第1章 计算机电路基础知识

(一)    课程简介

章节	内容	要求	类比（建一个房子）
第一章	电路分析的基础知识	掌握	水泥、水、砂子
第二章	半导体基本器件	掌握	水泥、水、砂子
第三章	开关理论基础	掌握	水泥、水、砂子
第四章	门电路	最基本的电路	水泥、水、砂子
第五章	组合逻辑电路	重点（分析方法、设计）	墙
第六章	时序逻辑电路	重点（分析方法）	墙
第七章	知识扩展		房子
第八章	知识扩展		房子

 

(二)    学习方法

1. 学任何一门课，注意两点：

① 基础知识：它们在几十年内是有效的，基本概念，要弄熟，记得牢

② 能力：分析问题，解决问题的能力。包括看书的能力，新器件，新技术不断地涌现。这些能力不是凭空出现的，而是在基础知识地积累的基础上，有目的有针对性地去学。

 

第一章           计算机电路基础知识

（一）  总括

1. 电路的基本物理量：①电流 ②电压 ③功率

2. 电路的2类约束关系：①元件的伏安关系 ②基尔霍夫定律（与电路有关，与元件无关）

3. 三种重要方法：①等效变化 ②戴维南定理 ③叠加定理

4. 基本概念：①电路图（由电路元件所构成） ②电压源元件 ③电流源元件 ④电路支路（电路元件构成） ⑤连接点（3条支路以上的连接点习惯上在电路图上打一个点） ⑥电路回路（由闭合的电路支路所构成） ⑦参考点（任意假定的点，记为o） ⑧电路分析（求某个支路的电流是多少）

（二） 内容主体

一、电路的基本物理量：

1. 电流 i,I(大写的I表示直流电流) 具有大小和方向(①参考方向(任意假定的方向) ②真实方向(正电荷运动的方向))的物理量  安培(A) mA   在一个串联有电流表的电路图中，就规定了电流的参考方向是在电流表的内部的+极到-极。

2. 电压 u，U(大写的U代表直流电压) 具有大小和方向的物理量 与电路中的2个节点有关 伏特V  方向（又称为极性，分为①参考极限（任意假定的方向）、②真实极性（将正电荷从a移动到b,当电场失去能量时，那么极性为a到b）、计算值有正负值）。

3. 电位（电路中的某些节点对于参考点的电压）。

4. 关联参考方向：电压的参考方向与电流的参考方向相一致。（反之，称为非关联参考方向）。

5. 吸收的功率（电压与电流的乘积） 单位：瓦特（W） 计算式P=+U*I;(关联参考方向) P=-U*I;(非关联参考方向)  当P>0(表明吸收功率假定是成立的，即电路中的元件吸收功率)  当P<0（电流流过的元件产生功率）。

附录：EWB模拟及数字电路仿真平台

 

二、电路的基本元件及伏安关系

1. 电阻 R （是实际电阻器的理想模型） 单位：欧姆   U=R*I (关联)  U=-R*I(非关联)

    P=U*I=(R*I)*I=R* I²   P=U*I=U² /R  这说明了电阻是吸收功率的元件。

2. 电容 C （是实际电容器的理想模型） I=C*du/dt  具有储藏电场能量的元件 特性：

① 电容上的电压一般不能突变。

② 在直流电路中u=U(恒定)，i=0,电容相当于开路（隔直作用）。

3. 电感 L 单位：亨（H） U=L*di/dt  具有储藏磁场能量的元件 特性：

① 电感上的电流一般不能突变。

② 在直流电路中i=I(恒定)，u=0,故电感相当于短路。

4. (理想)电压源 u=U_s ; i由U_s及外电路共同确定。 当U_s=0时，零值电压源）相当于短路的导线。 

5. (理想)电流源 i=I_S ;u由I_S及外电路共同确定。当I_S=0时，（零值电流源），相当于开路的导线。同时注意他们的画法，圆形内部的横线的方向。 

6. 受控源（三极管、放大器等有用） 

三、基尔霍夫定律

1. 要点：与电路结构有关与电路元件无关

2. 电流定律（KCL）Σi=0 (流入某节点的电流之代数和等于流出该节点的电流之代数和)。

3. 电压定律（KVL）Σu=0 (沿着一个闭合的支路，所有支路的电压的代数和为0)。

  

四、简单电阻电路的分析方法

1. 等效变换：若两电路等效,则他们端口的伏安关系相同。

① 实际电压源与实际电流源之间的等效变换 (伏安关系与基尔霍夫定律结合)

② 电流源之间的合并（根据KCL）

③ 电压源之间的合并（根据KVL）

④ 串、并联及分压、分流公式；串联：R=R1+R2;并联:R=R1*R2/(R1+R2) 该并联公式只适合2个并联情况

⑤ 注意点：两电路求出U_R相同，但内部消耗功率不同，说明等效变换分析的对象是外电路。

2. 戴维南定理  

I  适用条件：只适合线性电路，即由线性元件组成的电路，上述元件均为线性元件

II 求解步骤：

① 将带求电路部分开路，求出开路电压U_oc

② 求戴维南等效电阻R_O,将电压源短路、电流源开路，然后用串联或并联公式求得

③ 将开路部分复原，求出带求的电压或电流

3. 叠加定理  u=u’+u’’  

I  适用条件：只适合线性电路，即由线性元件组成的电路，非线性元件如二极管等。

II 求解步骤：

① 电压源不作用为0值电压源：短路   求出u’

② 电流源不作用为0值电流源：开路   求出u’’

③ 求出带求的电压u=u’+u’’  

五、简单RC电路的过渡过程

1. 简单RC电路定义：只有一个R和C以及一个电压源组成的这样一个电路，有时又称为一阶RC电路，因为它只有一个电容

2. 一阶电路的三要素法：

① U_c⁽⁰⁾:过渡过程初始电容电压

② U_c^(∞):过渡过程终了电容电压

③ RC:时间常数（R:电容两端看进去的戴维南等效电阻）