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

4. 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，
5. 电阻和欧姆定律
   • 自然界常见金属电导率排序：Ag > Cu > Au > Al

6. 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

CH01-KP1-01: 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

参考答案	A

解析：

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。

CH01-KP1-02: 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

参考答案	A

解析：

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。

CH01-KP1-03: 下列电路中，p1、p4 为未知类型元件，请计算每个元件消耗或提供的功率，并验证功率守恒。

参考答案	; ; ; 。

解析：

CH01-KP1-04: 已知空间有 、 两点，电压 ， 点电位为 ，则 点电位 为________。

A.

B.

C.

参考答案	B

解析：

知识点2：电容电感的性质

CH01-KP2-01: 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

参考答案	A；B

解析：

电容电压不能突变；电感电流不能突变。

CH01-KP2-02: 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

参考答案	D

解析：

，对某一电容， 加倍即 加倍，而能量 = ，所以能量为原来的 4 倍。

CH01-KP2-03: 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

参考答案	D

解析：

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

CH01-KP3-01: 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

参考答案	B

解析：

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。

CH01-KP3-02: 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 ________ 、 ________ 、 ________ 、 ________ 。

参考答案	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）

解析：

电压电流四种组合

CH01-KP3-03: 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。

参考答案	D

解析：

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。

CH01-KP3-04: 理想电压源的内阻为 ________ ，理想电流源的内阻为 ________ 。

参考答案	0，

解析：

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正无穷大的内阻；若非理想，则上述内阻非零。

CH01-KP3-05: 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

参考答案	C

解析：

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。