计算机电路基础(1)电子教案

《计算机电路基础》电子教案•第一章电路分析的基础知识•第二章半导体的基本器件•第三章开关理论基础•第四章门电路•第五章组合逻辑电路•第六章时序逻辑电路•第七章存储器和可编程逻辑器教学目标：掌握电流和电压的参考方向和极性；关联参考方向等概念掌握电阻，电容，电感的伏安关系式掌握电压源，电流源的伏安关系式掌握列写KCL，KVL的方法掌握用等效变换、串、并联和分压，分流公式熟悉戴维南定理及叠加定理熟悉简单RC电路的过渡过程了解受控源的四种形式第一章电路分析的基础知识教学重点、难点：电流的参考方向，电压的参考极性；关联参考方向等概念掌握电压源，电流源的伏安关系式掌握列写KCL，KVL的方法掌握列写KCL，KVL的方法戴维南定理及叠加定理教学内容：1．电路：是由若干电路元件按一定的方式相互连接而成的联结体，主要作用是产生或处理信号及功率。一般所涉及的元件有：电压源、电流源、受控源、电阻、电感和电容等。2．电路分析：在已知电路结构及参数的条件下，求解电路中待求电量的过程。3．电路设计：在设定输入信号或功率（能量）的条件下，欲在输出端口产生给定的信号或功率（能量），而求解电路应有的结构及参数的过程。对于一个实际电路，电路分析的结果具有唯一性，而电路设计的答案一般具有多样性。电路中的主要物理量及参考方向1．电流：电路中一个具有大小和方向的基本物理量，其定义为在单位时间内通过导体截面的电通量或电荷量。在物理学中，规定电流的方向是正电荷运动的方向，即电流的真实方向。对任意假定的电流方向称为电流的参考方向。2．电压：电路中一个具有大小和方向（极性）的重要物理量。电压又叫做电压差或电压降，与电路中两点有关。电压大小规定：在电路中，单位正电荷经任意路径由节点A运动到节点B电场力所做的功。电压的方向称为电压极性，其定义为：如果该电场力做功的数值为正，则A，B两节点之间电压为正，在电路中，可以把任意一个节点选定为参考节点。3．功率定义为单位时间内电路元件上能量的变化量，是具有大小及正负值的物理量。在一个电路中，电源所产生的功率一定消耗在该电路的其他一些元件上，这就是电路中的功率平衡原理。电路的基本元件1.电阻元件：实际电阻的理想模型2.电容元件：实际电容器的理想模型3.电感元件：实际电感器的理想化模型，它具有储存磁场能量的功能4.电压源：实际电源的一种抽象，实际的电压源是由理想电压源与一个内阻串联构成的5.电流源：实际电源的一种抽象。实际的电流源是由理想电流源与一个内阻并联构成的6.受控源：一种四端元件，由控制支路和受控支路两部分组成基尔霍夫定律将元件的伏安关系用于电路分析，是电路分析方法中的一个着重点。在另一方面，电路元件只有通过某种连接方式相互连接时，才能组成一个完整的电路，基尔霍夫定律正是涉及这方面的内容。基尔霍夫定律仅与电路结构（即组成电路的节点数，支路数及各支路的关系）有关，而与具体电路元件本身具有何种伏安关系无关。电路分析方法的根本依据就在于：将元件的伏安关系与基尔霍夫定律这两方面的约束巧妙地结合起来，形成对各种复杂电路的一般分析方法。基尔霍夫定律在电路中的任何一个回路，任何时刻，沿该回路绕行一周，该回路上所有支路的电压降的代数和为零KCLKVL在电路中的任何一个节点，在任何时刻，流入（或流出）该节点电流代数和为零。KCL和KVL均只与电路结构有关，而与元件的伏安关系无关。注意事项基尔霍夫定律仅是电磁场理论中麦克斯韦方程的近似，如同经典力学中的牛顿定律乃是相对论力学定律的近似。在某些条件下，例如对微波电路中的空腔谐振器，就不能很好地应用基尔霍夫定律。对由n个节点，b条支路组成的实际电路，由KVL对电路中的所有回路可以列出b-(n-1)个独立的方程式。对于一个由n个节点组成的实际电路，对于n个节点列写KCL方程，其中只有一个由n-1个方程是独立的。简单电阻电路的分析方法1．二端网络的等效概念当电路中的某个部分，由一个或多个元件组成，但只有两个端点（钮）与电路中的其他电路部分（外电路）相连接时，则称该电路部分为一个二端网络2．简单电阻电路的等效变换计算方法(串联和并联)3．戴维南定理指出：一个由电压源、电流源及电阻构成的二端网络，可以用一个电压源和一个电阻的串联来等效4．叠加定理：当电路由电阻、多个电压源或电流源组成时，任何一个支路上的电压或电流是各电源单独作用时，在该支路上产生的电压或电流之和。戴维南定理：一个由线性元件构成的二端网络可以等效为一个由电压源Uoc和内阻Ro串联的等效电路。求Uoc时：将二端网络对负载电路（外电路）开路，其所求出的开路电压值即为Uoc。求Ro时：将二端网络中的独立电压源等效为短路，独立电流源等效为开路注意事项叠加定理：一个由线性元件构成的电路中含有多个独立电源时，在求解某个支路电压、电流的过程中，可以让这些电源分别单独作用，再将每次作用的结果叠加。当电路中某些电压源（或电流源）不作用时，应将其等效为短路（或开路）简单RC电路当RC电路中的电容C上储存的电场能量开始累积或释放时，电容处于充、放电状态，因而电路也处于过渡过程（暂态）。电容C上的电压不能突变，而是按指数规律变化的。