Fundamentals of Electronic Circuits

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电路基本概念 ​

INFO

1. 电路基本概念（建议4学时）

1.1 绪论

​ 1.1.1 课程要求及其参考书籍

​ 1.1.2 电子电路的发展历史

1.2 电路基础知识

​ 1.2.1 实际电路和电路模型

​ 1.2.2 电路基本物理量（包括电荷、电流、电压、功率和能量）

​ 1.2.3 电路参数符号书写规范

1.3 基本电路元件

​ 1.3.1 电阻、电容和电感（原理、符号及其特性定量描述）

​ 1.3.2 独立电源和受控电源（原理、符号及其特性定量描述）

TIP

  1. 集总参数 vs. 分布参数

    • 集总参数电路（lumped circuit）: 实际电路的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长。【本课程主要考虑集总参数电路】

    • 分布参数电路（distributed circuit）: 实际电路的尺寸与电路工作时电磁波的波长相当或更大。一般超过十分之一波长时需要考虑。如蓝牙工作频率 2.4 GHz， , 故蓝牙PCB电路中，铜线超过12.5 mm后需要考虑传输线分布效应

  2. 参考方向

    • 电流参考方向：因事先不知道流过元件的实际电流方向，故可假定电流的方向，这一假定的方向即为电流参考方向；

    • 电压参考方向：因事先不知道元件两端电压的高低，故可假定一端电压高（标记为﹢）、另一端电压低（标记为﹣），这一假定的﹢﹣即为电压参考方向；

    • 关联参考方向：电流参考方向从元件的﹢端流进；

    • 非关联参考方向：电流参考方向从元件的﹣端流进；

    • 关联参考方向的意义：功率p大于0，表示元件吸收功率（消耗能量），如电阻；功率p小于0，表示元件释放功率（提供能量），如电源。

  3. 符号规范

    • 大写字母、大写下标，直流量，

    • 大写字母、小写下标，交变信号的幅度，

    • 小写字母、大写下标，瞬时总量，

    • 小写字母、小写下标，增量信号（交变小信号），

    • 字母大写表示恒定的量；字母小写表示随时间变化的量

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  1. 电荷、电流、电压、功率
    • 电流：单位时间内流过的电荷，
    • 电压：移动单位电荷所需要的能量（从 b 节点移动到 a 节点），; 两节点间的电压也指两节点相对于“地”节点的电势之差
    • 功率：单位时间内消耗或吸收的能量，
  2. 电阻和欧姆定律
    • 自然界常见金属电导率排序：Ag > Cu > Au > Al
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  1. 电容电感
    • 电容是储能元件，存储电荷或电场能量 ；
    • 电容的电压电流约束关系：; 电容两端电压不能突变，否则电流会无穷大；
    • 电感也是储能元件，储存磁场能量
    • 电感的电压电流约束关系： ; 流过电感的电流不能突变，否则电压会无穷大；

习题及参考解答 ​

知识点1：电压电流参考方向 ​

1、电流与电压为关联参考方向是指 ________ 。

A. 电流参考方向与电压降参考方向一致

B. 电流参考方向与电压升参考方向一致

C. 电流实际方向与电压升实际方向一致

D. 电流实际方向与电压降实际方向一致

A，关联参考方向指电流的参考方向从电压参考方向的正端流入，与实际电流电压方向无关。

2、当电压和电流选取关联参考方向时，计算得到某元件消耗的功率值为负，则表示该元件实际是 ________ 功率。

A. 产生

B. 吸收

C. 与元件类型有关

D. 无法判断

A， 关联参考方向时，计算功率为正，表示消耗功率；计算功率为负，表示提供功率。

3、下列电路中，p1、p4关联的为未知元件，请计算每个元件消耗的或提供的功率，并验证功率守恒。

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知识点2：电容电感的性质 ​

1、电容不可能发生跃变的是 ________ ，电感不可能发生跃变的是 ________ 。

A. 两端的电压

B. 通过的电流

A

B

电容电压不能突变；电感电流不能突变。

2、当电容器内的总电荷量加倍时，其储存的能量 ________ 。

A. 保持不变

B. 减半

C. 加倍

D. 为原来的4倍

D，Q=CV，对某一电容，Q加倍即V加倍，而能量=，所以能量为原来的4倍。

3、关于有限激励下的动态电路的描述，以下错误的有 ________ 。

A. 电容两端电压不能突变

B. 流经电感的电流不能突变

C. 电容和电感的储能均不能突变

D. 以上都不对

D， A和B显然是正确的，电容储能=，电感储能=，故也不能突变，也是正确的。

知识点3：其他 ​

1、如下电路中的受控源是 ________ 。

1-4-1

A. 电压控制电压源

B. 电压控制电流源

C. 电流控制电压源

D. 电流控制电流源

B，菱形为受控源；标示箭头故为电流源；其值为5v，即5倍的2电阻上的电压，故为电压控制电流源。

2、受控源有两对端钮，一对输出端和一对输入端。受控源可分为以下四种 ________ 、 ________ 、 ________ 、 ________ 。

电压控制电流源（VCCS）

电流控制电流源（CCCS）

电压控制电压源（VCVS）

电流控制电压源（CCVS）

四种组合

3、理想独立电压源是指 ________ 。

A. 电压值是定值，与负载无关

B. 电压值是定值，与负载和时间无关

C. 电压值是时间的函数，与负载无关

D. 电压值是定值或者是时间的函数，与负载无关。

D，独立电源指电源的值是独立的，不受电路中其他量的控制，但这一独立的值可以是常数，也可以是时间的函数（如正弦电源）；理想电源，则其值不受负载影响。

4、理想电压源的内阻为 ________ ，理想电流源的内阻为 ________ 。

0

∞

理想电压源串联一个阻值为0的内阻；理想电流源并联一个阻值为无穷大的内阻；若非理想，则上述内阻非零。

5、下图中的受控源是 ________ 。

1-4-5

A. 电压控制电流源

B. 电压控制电压源

C. 电流控制电流源

D. 电流控制电压源

C， 标示箭头，则为电流源；值为，表示受电流控制；故为电流控制电流源。