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计算机电路基础( 1)
课程简介文字教材、
参考书 面授辅导音像教材、
网上学习作业、实验学习者学习环节环节 1－自学利用好文字教材、音像教材,CAI课件等教学资源进行自主学习，培养自我学习的能力。文字教材：
① 主教材,计算机电路基础( 1),
② 实验教材,计算机电路基础( 1)实验,
音像教材,14 讲
CAI课件：,数字电子电路,CAI课件参考书
,模拟电路与数字电路,自考教材
,模拟电路与数字电路同步辅导／同步训练,
学习环节环节 2－面授辅导
(重点难点、解题思路与方法，问题讨论)
环节 3
网上讨论、答疑电子邮件、电话答疑
学习环节－作业和实验
作好习题是理解和巩固所学知识的重要环节。
,计算机电路基础作业与评价,
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② 可能有超纲或超考试范围的题目措施：对原题作修正或删去。
作业书写请用钢笔、直尺等工具。
本课程是实践性较强的课程，结合实验有助于对课程的理解。
第一章电路分析的基础知识
电路中的主要物理量掌握电流的参考方向、电压的参考极性等概念。
电路的基本元件掌握电阻、电容、电感、电压源、电流源伏安关系式。
基尔霍夫定律掌握列写 KCL,KVL的方法。
简单电阻电路的分析方法掌握等效变换计算方法；
熟悉戴维南定理及叠加定理。
1.2 电路中的主要物理量
1.2.1 电流及其参考方向电荷的定向移动形成电流，电流的大小用电流强度表示
(电流强度简称电流)。
电流 (强度 )：单位时间内通过导体截面的电荷量。
t
qi
大写 I 表示恒定的电流(直流电流)
小写 i 表示电流的一般符号电流的方向用箭头表示。
正电荷在电场力作用下是从电势高处向电势低处移动，所以 导体中电流的方向是从电势高的一端流向电势低的一端。
任意假设的电流方向称为电流的参考方向。
(ａ)电流实际方向
(ｂ)电流实际方向
(ｃ)电流实际方向
a→b
b→a
不能确定
1.2 电路中的主要物理量
1.2.2 电压和电位从 a点到 b点两点间的 电压 定义为单位正电荷由 a点移至 b点电场力所做的功。
选择电路中某个点作为参考点，电路中其它各点到参考点的电压称为相应点的 电位,参考点的电位规定为零。
24V
6Ω 4Ω
3Ω 36V
a
o
b 0?OU
aoa UU?
电压与电位的关系：
baab UUU
1.2 电路中的主要物理量
1.2.2 电压及其参考极性电压的方向是从高电位端指向低电位端，即电压的方向指示的是电位降落的方向。
A点至 B点电场力做正功，则 A点至 B点电位降低，电压极性标为
A点至 B点电场力做负功，则 A点至 B点电位升高，电压极性标为
－ ＋
电路中对 a,b两点任意假设的电压极性称为电压的参考极性。
0?abu
0?abu
实际极性与参考极性一致实际极性与参考极性相反
24V
6Ω 4Ω
3Ω 36V
a b
＋ －
(a) 从 a点到 b点为电压降
(b) 从 a点到 b点为电压升我们常用电压符号下标的书写次序表示该电压的参考方向。
c
Vu ab 2? Vu ba 2
b
bcabac uuu
_ +
a
关联参考方向在电路分析中,常采用关联参考方向的标注方法所谓关联参考方向,是对某一元件而言,电压的参考极性与电流的参考方向相一致。
(a),( c) 关联 ; (b),(d) 非关联
1.2 电路中的主要物理量
1.2.3 功率
功率定义为单位时间内电路元件吸收或产生的能量
关联参考方向下元件吸收的功率 p = u i
非关联参考方向下元件吸收的功率 p = - u i
教材 p7：国际单位制中 u,i,p的单位以及辅助单位，如 μA,mA,kV等。 P36习题 6,7。
1.3 电路的基本元件
电路的基本元件：电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。
电路元件在电路中的作用或者说它的特性是由其端钮上电压与电流的关系即伏安关系( VAR)来决定的。
教材 p8
1.3 电路的基本元件
iRu
iRu
1.3.1电阻元件其电压与电流的比值是一个常数，称为该电阻元件的电阻，用符号 R表示。
电阻的单位是欧姆 (Ω) 。
伏安关系
i
u0
1.3 电路的基本元件
1.3.1电阻元件电阻元件另一个参数是电导，
电导定义为电阻的倒数，用符号 G表示电导的单位是西门子( S)
R
G 1?
1.3 电路的基本元件电路术语：
开路 使流过某个电路元件的电流为零，称为把此电路元件开路。
短路 使某个电路元件两端的电压为零，称为把此电路元件短路。
×
×
1.3 电路的基本元件
1.3.4 电压源理想电压源模型：
它的端钮电压总是保持某个恒定值，
而与通过它的电流无关。
电压源元件端钮的伏安关系可写为恒定值?U
( 1)电压源吸收的功率
( 2)特例 US＝ 0，ａ、ｂ两点间相当于短路。
IUP
24V
6Ω 4Ω
3Ω 36V
＋ 24V
6Ω 4Ω
3Ω
＋ 36V
a
o
o
a
1.3 电路的基本元件
1.3.5 电流源理想电流源模型：
它的端钮上的电流总是保持某个恒定值，与通过它两端的电压无关。
电流源元件端钮的伏安关系可写为恒定值?I
( 1)电流源吸收的功率
( 2)特例 IS＝ 0，ａ、ｂ两点间相当于开路。
SIUP
1.3 电路的基本元件
实际电压源模型：
理想电压源与一个内阻 RS的串联组合；
实际电流源模型：
理想电流源与一个内阻 RS的并联组合。
电路的组成及电路分析的概念每一个二端元件称为一条支路流过同一个电流的几个电路元件的串联组合称为一条支路
1
2 3
4 5 6
电路的组成及电路分析的概念元件的连接点称为节点三个及三个以上支路的连接点称为节点电路的组成及电路分析的概念由支路构成的闭合路径称为回路,
1
2 3
4 5 6
(4,2,5)
(5,3,6)
(1,2,3)
(4,2,3,6)
1.4基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律
Kirchhoff’ Current law 简称 KCL
基尔霍夫电压定律
Kirchhoff’ Voltage law 简称 KVL
KCL：对于电路中的任何一个节点，在任何时刻，
流入(或流出)该节点的电流的代数和为零，即
0i
如何列写节点 KCL方程
方法一首先要规定以电流流入节点为正，还是以电流流出节点为正，
如取流入节点的电流为正，根据各支路电流的参考方向，列写ａ点的 KCL方程如下
方法二流入节点ａ的电流总和＝流出节点ａ的电流总和
=？
0i
054321 iiiii
54321 iiiii
如何列写节点 KCL方程应用 KCL解题涉及了两套正负符号：
〔 1〕 列写 KCL方程时由各支路电流的参考方向决定的正、负号；
〔 2〕 代入数值时各支路电流本身的正、负值。
Aiiiii 7)7()1()2(343215
=？ 054321 iiiii
1.4基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律
Kirchhoff’ Current law 简称 KCL
基尔霍夫电压定律
Kirchhoff’ Voltage law 简称 KVL
KVL：对于电路中的任何一个回路，在任何时刻，
沿着该回路的所有支路的电压降的代数和为零，即
0u
如何列写回路 KVL方程
首先要规定回路的绕行方向是顺时针还是逆时针，
如选为顺时针，则根据回路中各个元件电压的参考方向，列写 KVL方程
021 xuuu 031 uuu y
如何列写回路 KVL方程应用 KVL解题涉及了两套正负符号：
〔 1〕 列写 KVL方程时根据各元件电压的参考方向与回路的绕行方向是否一致而决定的正、负号；
〔 2〕 代入数值时各元件电压本身的正、负值。
)(7)4(321 Vuuu x
021 xuuu
如何直接求回路中某元件的未知电压如何直接列写,u x =…,u y =...
某元件的未知电压等于从其假定的“＋”极性端沿任一路径到其“－”极性端，其路径上各元件的电压降的代数和。
)(73)4(12 Vuuu x
1
2
3 4
5
a
b
电路如图所示，试计算电压 UX的值。
U4
R1 2V
3VR2
R3
R4
UX－ 14V
怎样用 KVL求解回路电流？
10V
2Ω 8Ω
6V
求图示电路中的电流。
解：设电压 U1,U2如图所示。
I ＋
U1
－
－
U2
＋
IU 81 IU 2
2
根据 KVL列写方程：
0610 21 UU
0428 II
AI 4.0
如图所示电路中，
求电压 Uab。
VIUU 8.610)4.0(8108101ab
VIUU 8.66)4.0(26262ab
若 6V电源电压改为 10V，电压 Uab的数值是( )。
a) 0V b) 2V c) 10V d) 8V
10V
2Ω 8Ω
a
b
6V
＋
Uab
－
＋
U1
－
－
U2
＋
I
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换
1.5.1二端网络的等效电路中的某个部分只有两个端钮与电路中的其他部分连接，这部分电路称为二端网络。如果一个二端网络与另一个二端网络端钮的伏安关系相同，
则称这两个二端网络互相等效。
'SSS Riu?
SS uiRu ''' )( SSSSS RiiRiiRu
SS RR?'
S
S
S R
ui?
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换理想电压源与任何一个电路元件并联时等效为一个理想电压源。
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换理想电流源与任何一个电路元件串联时等效为一个理想电流源。
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换
0321 iiii
321 iiii
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换
123 uuuu
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换
nRRRR 21
nRRRR
1111
21
R=R1∥ R2=
21
21
RR
RR
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换分压、分流公式
SuRR
Ru
21
1
1
SuRR
Ru
21
2
2
SiRR
Ri
21
2
1
SiRR
Ri
21
1
2
SuRRR
Ru
321
1
1
SiGGG
Gi
321
1
1
P23公式( 1.5.10)
a
b
a
b
01年 1月试题：电路如图所示，
试求电路 I1,I2,I3的数值。
51Ω+
－
30V
78Ω
95Ω
+
－
U
15Ω
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
等效变换
注意：等效变换过后只能用来求解外电路，不能用来求解被等效的电路。
3?I
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
戴维南定理戴维南定理：任何一个由电压源、电流源、电阻组成的二端网络，总可以用一个电压源和一个电阻的串联电路来等效。
其电压源的电压等于该二端网络的开路电压 UOC,
其串联电阻的电阻值等于从二端网络的端钮看进去，该网络中所有电压源及电流源为零值时的等效电阻 RO 。
只需计算复杂电路中某一支路的电流或电压时，
应用戴维南定理来求解最为方便。应用戴维南定理求解某一支路的步骤如下：
① 断开待求支路，其余电路为一个二端网络。
(画出二端网络)
② 计算二端网络的开路电压 UOC
③ 计算二端网络中所有电压源及电流源为零值时的等效电阻 RO (画出电压源及电流源为零值时的二端网络)
④ 二端网络用戴维南等效电路代替，连接待求支路并求解。(画出替代后的电路)
2Ω
I
10V
0.4Ω
20V
3Ω
＋
－ ＋
－
10V
－＋
15Ω＋
－
3V 15Ω
＋
－
U
5Ω
02年 1月,3月试题：电路如图所示，试求电路 I的数值。
01年 3月试题：电路如图所示，
试求电路中电压 U的数值。
＋
2A
2Ω2Ω
－
10V
3Ω
I
2Ω
I
10V
0.4Ω
20V
3Ω
＋
－ ＋
－
＋
2A
2Ω2Ω
－
10V
3Ω
I
02年 7月试题：用叠加定理求图示电路中电压 UX的数值。
03年 1月试题：用戴维南定理求图示电路中电压 UX的数值。
－
U
6Ω
1A
4Ω
＋
－
7V
＋
3Ω
01年 7月试题：用戴维南定理求图示电路中电压 U的数值。
1.5 简单电阻电路的分析方法 ——
叠加定理叠加定理：
电路中任何一个支路的电压或电流都可以看成是电路中各个电源单独作用时，在这个支路所产生的电压或电流的和。
某个电源单独作用时，其他电源都不作用。
所谓电源不作用是指其电压或电流值为零。
+ －
2Ω
5V3Ω
5Ω5A
－
+
U
I′
－
+
U′2Ω
3Ω
5Ω5A
(1)电流源单独作用，电压源取为零值。由分流公式得
AI 1)82(25'
VU 515'
U
+ －
2Ω
5V3Ω
5Ω
－
+
U″
+ －
2Ω
5V3Ω
5Ω5A
－
+
U (2)电压源单独作用，电流源取为零值。由分压公式得
a b
5
235
5?
〃U
V5.2
+ －
2Ω
5V3Ω
5Ω5A
－
+
U
(3) 根据叠加定理
VUUU 5.2)5.2(5