第1章 電腦電路基礎知識

(一)    課程簡介

章節	內容	要求	類比（建一個房子）
第一章	電路分析的基礎知識	掌握	水泥、水、砂子
第二章	半導體基本器件	掌握	水泥、水、砂子
第三章	開關理論基礎	掌握	水泥、水、砂子
第四章	門電路	最基本的電路	水泥、水、砂子
第五章	組合邏輯電路	重點（分析方法、設計）	牆
第六章	時序邏輯電路	重點（分析方法）	牆
第七章	知識擴充		房子
第八章	知識擴充		房子

 

(二)    學習方法

1. 學任何一門課，注意兩點：

① 基礎知識：它們在幾十年內是有效，基本概念，要弄熟，記得牢

② 能力：分析問題，解決問題的能力。包括看書的能力，新器件，新技術不斷地湧現。這些能力不是憑空出現的，而是在基礎知識地積累的基礎上，有目的有針對性地去學。

 

第一章           電腦電路基礎知識

（一）  總括

1. 電路的基本物理量：①電流 ②電壓 ③功率

2. 電路的2類約束關係：①元件的伏安關係 ②基爾霍夫定律（與電路有關，與元件無關）

3. 三種重要方法：①等效變化 ②戴維南定理 ③疊加定理

4. 基本概念：①電路圖（由電路元件所構成） ②電壓源元件 ③電流源元件 ④電路支路（電路元件構成） ⑤連接點（3條支路以上的連接點習慣上在電路圖上打一個點） ⑥電路迴路（由閉合的電路支路所構成） ⑦參考點（任意假定的點，記為o） ⑧電路分析（求某個支路的電流是多少）

（二） 內容主體

一、電路的基本物理量：

1. 電流 i,I(大寫的I表示直流電流) 具有大小和方向(①參考方向(任意假定的方向) ②真實方向(正電荷運動的方向))的物理量  安培(A) mA   在一個串聯有電流表的電路圖中，就規定了電流的參考方向是在電流表的內部的+極到-極。

2. 電壓 u，U(大寫的U代表直流電壓) 具有大小和方向的物理量 與電路中的2個節點有關 伏特V  方向（又稱為極性，分為①參考極限（任意假定的方向）、②真實極性（將正電荷從a移動到b,當電場失去能量時，那麼極性為a到b）、計算值有正負值）。

3. 電位（電路中的某些節點對於參考點的電壓）。

4. 關聯參考方向：電壓的參考方向與電流的參考方向相一致。（反之，稱為非關聯參考方向）。

5. 吸收的功率（電壓與電流的乘積） 單位：瓦特（W） 計算式P=+U*I;(關聯參考方向) P=-U*I;(非關聯參考方向)  當P>0(表明吸收功率假定是成立的，即電路中的元件吸收功率)  當P<0（電流流過的元件產生功率）。

附錄：EWB類比及數字電路模擬平台

 

二、電路的基本元件及伏安關係

1. 電阻 R （是實際電阻器的理想模型） 單位：歐姆   U=R*I (關聯)  U=-R*I(非關聯)

    P=U*I=(R*I)*I=R* I2   P=U*I=U2 /R  這說明了電阻是吸收功率的元件。

2. 電容 C （是實際電容器的理想模型） I=C*du/dt  具有儲藏電場能量的元件 特性：

① 電容上的電壓一般不能突變。

② 在直流電路中u=U(恒定)，i=0,電容相當於開路（隔直作用）。

3. 電感 L 單位：亨（H） U=L*di/dt  具有儲藏磁場能量的元件 特性：

① 電感上的電流一般不能突變。

② 在直流電路中i=I(恒定)，u=0,故電感相當於短路。

4. (理想)電壓源 u=Us ; i由Us及外電路共同確定。 當Us=0時，零值電壓源）相當於短路的導線。 

5. (理想)電流源 i=IS ;u由IS及外電路共同確定。當IS=0時，（零值電流源），相當於開路的導線。同時注意他們的畫法，圓形內部的橫線的方向。 

6. 受控源（三極體、放大器等有用） 

三、基爾霍夫定律

1. 要點：與電路結構有關與電路元件無關

2. 電流定律（KCL）Σi=0 (流入某節點的電流之代數和等於流出該節點的電流之代數和)。

3. 電壓定律（KVL）Σu=0 (沿著一個閉合的支路，所有支路的電壓的代數和為0)。

  

四、簡單電阻電路的分析方法

1. 等效變換：若兩電路等效,則他們連接埠的伏安關係相同。

① 實際電壓源與實際電流源之間的等效變換 (伏安關係與基爾霍夫定律結合)

② 電流源之間的合并（根據KCL）

③ 電壓源之間的合并（根據KVL）

④ 串、並聯及分壓、分流公式；串聯：R=R1+R2;並聯:R=R1*R2/(R1+R2) 該並聯公式只適合2個並聯情況

⑤ 注意點：兩電路求出UR相同，但內部消耗功率不同，說明等效變換分析的對象是外電路。

2. 戴維南定理  

I  適用條件：只適合線性電路，即由線性元件組成的電路，上述元件均為線性元件

II 求解步驟：

① 將帶求電路部分開路，求出開路電壓Uoc

② 求戴維南等效電阻RO,將電壓源短路、電流源開路，然後用串聯或並聯公式求得

③ 將開路部分複原，求出帶求的電壓或電流

3. 疊加定理  u=u’+u’’  

I  適用條件：只適合線性電路，即由線性元件組成的電路，非線性元件如二極體等。

II 求解步驟：

① 電壓源不作用為0值電壓源：短路   求出u’

② 電流源不作用為0值電流源：開路   求出u’’

③ 求出帶求的電壓u=u’+u’’  

五、簡單RC電路的過渡過程

1. 簡單RC電路定義：只有一個R和C以及一個電壓源組成的這樣一個電路，有時又稱為一階RC電路，因為它只有一個電容

2. 一階電路的三要素法：

① Uc(0):過渡過程初始電容電壓

② Uc(∞):過渡過程終了電容電壓

③ RC:時間常數（R:電容兩端看進去的戴維南等效電阻）