X001-习题课解答-清华大学-电子电路与系统基础

电子电路与系统基础习题课第一讲正弦波的时域和频域表述（数、数值表示、复数、正弦波）李国林清华大学电子工程系大纲•0、关于本课程•1、常用电量符号附录1•2、科学计数法附录2•3、工程计数法•4、dB数附录3•5、有效位数•6、复数表示及运算附录4•7、旋转矢量与正弦波附录5•8、信号附录7（简化版）李国林电子电路与系统基础2清华大学电子工程系2013年春季学期联系方式•李国林–EMAIL：[e-mail]–TEL(O)：62781842–罗姆楼4105房间–周四下午固定答疑：2:00-4:30•闻和–EMAIL：[e-mail]–TEL(O)：62772635–罗姆楼3302房间–周三下午固定答疑：2:00-5:003清华大学电子工程系2013年春季学期李国林电子电路与系统基础课程简介•课程名称：电子电路与系统基础•课程内容–大一下学期：基础I---电阻电路•线性电阻电路：线性电阻、电源、受控源、…•非线性电阻电路：二极管、晶体管、放大器、…•组合逻辑电路：非门、或门、与门、…–大二上学期：基础II---动态电路•线性动态电路：线性电容、电感、滤波器、小信号放大器、…•非线性动态电路：大信号放大器、振荡器、…•时序逻辑电路：锁存器、触发器、存储器、计数器、…•本课程是电子系第一门专业核心基础课程，是后续专业课程学习的基础4清华大学电子工程系2013年春季学期李国林电子电路与系统基础前导课与后续课•基础I–前导课：几何与代数、微积分–后续课：基础II•基础II–前导课：基础I，微积分，几何与代数，电磁学–后续课：数字逻辑与处理器基础，信号与系统，模拟电路原理，通信电路原理，数字系统设计李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期5课程安排•理论课–电子电路与系统基础I：电阻电路2学分–电子电路与系统基础II：动态电路2学分–李国林，闻和•实验课–电路基础实验I1学分–电路基础实验II1学分–刘小艳，金平•安排–每周一次理论课：15次•每周一次习题课：15次，课外，不要求必须上，根据学习情况自己掌握–每周一次实验课，同学分散排课，大约5、6个实验•一次实验可能持续2周–期中考试+期末考试李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期6考评•期末考试40分•期中考试30分•作业30分25分+5分考评•关于作业–本周布置的作业，下周上课时提交–本周提交的作业，下周上课时取走–助教批改，随时汇报作业问题，习题课教师汇总讲解李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期7小班设定教材•讲义–2012版•根据2011年小班试讲课件与录像资料整理而成•可以从学兄处借来做参考材料–2013版•根据2011年小班试讲、大班推广实践整理而成–430页，每周30页内容李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期8参考教材•FoundationsofAnalogandDigitalElectronicCircuits–AnantAgarwal,JerrreyHLang–MIT教材：EECS二年级本科必修课6.002–中译本：《模拟和数字电子电路基础》，于歆杰等译，清华大学出版社，2008年•中国《电路原理》教材–邱关源，《电路》，第5版，罗先觉修订，高等教育出版社，2006–李瀚荪，《电路分析基础》，第4版，高等教育出版社，2006–于歆杰等，《电路原理》，清华大学出版社，2007•国外《电路原理》教材–FundamentalsofElectricCircuits,3rdEdition•CharlesKAlexander,MattewN.O.Sadiku。–ElectricCircuits,8thEdition•JamesWNilsson,SusanARiedel9李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期参考教材•模拟电路–MicroelectronicCircuits,5thedition•AdelSSedra,KennethC.Smith，中译本，《微电子电路》，电子工业出版社–ElectronicPrinciples,7thedition•AlbertPMalvino,DavidJBates–AnalysisandDesignofAnalogIntegratedCircuits,4thedition•PaulRGray,…–高文焕，李冬梅，《电子线路基础》，第二版，高等教育出版社，2005年•数字电路–CMOSDigitalIntegratedCircuits,AnalysisandDesign,Sung-MoKang,YusufLeblebici–《数字集成电路-电路、系统与设计》，JMRabaey，…，周润德等译–《数字集成电路分析与设计-深亚微米工艺》，DavidAHodges，…，蒋安平等译•通信电路–陈邦媛，《射频通信电路》，科学出版社，2006–董在望主编，《通信电路原理》，第二版，高等教育出版社，2002年李国林电子电路与系统基础10清华大学电子工程系2013年春季学期2011年小班试讲：内容量为1.002012年大班推广：内容量为0.752013年大班推广：内容量为0.60仿真•PSPICE–电路仿真是电路实验的一种特殊形式，本课程要求同学必须掌握PSPICE的基本应用–MultiSim：核心也是SPICE•matlab–希望大家能掌握并熟练运用该工具•作业用这个工具画图，计算都可以•matlab工具箱中很多工具可用于系统仿真11李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期大纲•0、关于本课程•1、常用电量符号•2、科学计数法•3、工程计数法•4、dB数•5、有效位数•6、复数表示及运算•7、旋转矢量与正弦波•8、信号李国林电子电路与系统基础12清华大学电子工程系2013年春季学期一、常用电量的符号和单位李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期13电量中文电量英文符号SI单位单位符号源于电压voltageV，U伏【特】VVolt电流currentI安【培】AAmpere电阻resistanceR欧【姆】Ohm电导conductanceG西【门子】SSiemens能量EnergyWorkEW焦【耳】JJoule功率PowerP瓦【特】WWatt电荷chargeQ库【仑】CCoulomb电容capacitanceC法【拉】FFarad电感inductanceL亨【利】HHenry其他常用量单位李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期14物理量中文名称物理量英文名称符号SI单位单位符号单位英文名称时间timet秒ssecond频率frequencyf赫兹HzHertz角频率angularfrequency弧度每秒rad/sradianspersecond长度Lengthdistancel，d米mmeter速度velocityv米每秒m/smeterspersecond…SI:internationalsystemofUnits：国际单位制二、科学计数法ScientificNotation•采用10的乘方幂来表示数的量级–以10为底的指数李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期15100=1101=1010-1=0.1102=10010-2=0.01103=100010-3=0.001104=1000010-4=0.0001105=10000010-5=0.00001106=100000010-6=0.000001数的科学计数法表述李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期16普通十进制数2005000850000000.20.00000630.00000093科学计数法表示21022.010251035.001038.5107210-16.310-69.310-7na10significand：有效数mantissa：尾数exponentnumber：幂次阶数三、工程计数法engineeringnotation•工程计数法类似于科学计数法，有效数在1到1000之间，10的幂次数是3的倍数–很方便地转换为SI词头表述李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期17普通十进制数2005000850000000.20.00000630.00000093科学计数法表示210251038.5107210-16.310-69.310-7工程计数法表示20051038510620010-36.310-693010-9SI词头SIprefixes•和工程计数法密切相关的一种前缀表示称为SI词头表示法，是日常生活和电子工程中被实际采用的方便的表述方法李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期1810的幂方词头符号词头名称中文称呼10-15ffemto飞10-12ppico皮10-9nnano纳10-6micro微（缪）10-3mmilli毫10-2ccenti厘1102hhecto百103kkilo千（剋）106Mmega兆109Ggiga吉1012Ttera太SI词头的用法•SI词头位于单位之前19例通常表示或科学计数表示工程计数法表示SI词头法表示读法电流I=0.025AI=2510-3AI=25mAI等于25毫安25毫安的电流电压U=7.610-7VU=76010-9VU=760nVU等于760纳伏U=0.76V0.76微伏的电压频率f=2.45109Hzf=2.45109Hzf=2.45GHz频率为2.45吉赫兹时间t=0.001st=110-3st=1ms1毫秒的时间功率P=310-4WP=30010-6WP=300W300微瓦的功率P=0.3mW0.3毫瓦的功率计算时经常采用电路中通常的表示方法李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期四、dB数表述•在比较数的相对大小时，dB数表述可以解决数值在多个数量级上变化难以分明的问题–dB数采用对数方法压缩数值的相对变化范围•以功率表述为例–设线性表示的功率值为a，对数表示的功率值为b–a如果为1W，则等量dB数表述为30dBm20功率单位单位功率dBab1log1010单位功率11010ba李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期dBm，dBW，dBV，dB•dB数表示中，求对数的值一定是相对比值21dBPPPPioio：功率相对值：10log10dBWWPP：：功率1log1010VdBVUU：：电压1log2010dBVVVVioio：电压相对值：10log20李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期dBmmWPP：：功率1log10103.02log10dB32log10103dB代表2倍的功率比值关系dB数表示例•某放大器输入信号电压幅度为1mV，输出信号电压幅度为100mV，同时有0.2mV的噪声，求该放大器的电压增益和输出信噪比。22dBmVmVVVAiov401001100dBmVmVSNRo545002.0100答：该放大器的电压增益为40dB，输出信噪比为54dB李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期五、有效位数•例题、作业中的数值计算，一般取三位有效位数就足够了李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季学期23691.0707.063744022...690737833.0...707106781.0一般不这样表示不能一目了然一般不这样表示眼晕表示很清楚估算精度足够和数的实际精度有关大纲•0、关于本课程•1、常用电量符号•2、科学计数法•3、工程计数法•4、dB数•5、有效位数•6、复数表示及运算附录4•7、旋转矢量与正弦波附录5•8、信号附录7（简化版）李国林电子电路与系统基础24清华大学电子工