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
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
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。
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
- 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,
- 电流:单位时间内流过的电荷,
- 电阻和欧姆定律
- 自然界常见金属电导率排序:Ag > Cu > Au > Al
- 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;
- 电容是储能元件,存储电荷或电场能量
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。
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 ________ 。
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 ________ 。
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。