《北郵電路分析與信號(hào)系統(tǒng)課件第一章.ppt》由會(huì)員分享,可在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)《北郵電路分析與信號(hào)系統(tǒng)課件第一章.ppt(32頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、自我介紹,張軼 北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院教師,聯(lián)系方式: 電話(huà):62282118 辦公室:教四樓440室 電子郵箱:epic_,前 言,Fundamentals of Electric Circuit and Signal Analysis,電路與信號(hào)分析(基礎(chǔ)),整本書(shū)圍繞著“信號(hào)”、“電路”和“系統(tǒng)”這三個(gè)核心展開(kāi)討論和分析。,課程內(nèi)容,什么是信號(hào)?,信號(hào)(Signal):指消息的表現(xiàn)形式與傳送載體。 消息(Message):在通信系統(tǒng)中,一般將語(yǔ)言、文字、圖像或數(shù)據(jù)統(tǒng)稱(chēng)為消息。,注意:消息與信息的區(qū)別!,信號(hào)種類(lèi)很多,如聲、光、電信號(hào)都很常見(jiàn),而作為通信領(lǐng)域最為廣泛出現(xiàn)的則是電信號(hào)。
2、電流、電壓、電荷、磁鏈等都是電信號(hào)。,什么是電路?,通俗說(shuō),就是電流所通過(guò)的路徑。它是由電路元、器件按一定方式組合而成的。我們習(xí)慣認(rèn)為:電路是由若干電氣元器件相互有機(jī)聯(lián)接完成特定功能的整體。,掌握電路分析的基本概念、理論和一些基本分析方法,培養(yǎng)分析和解決問(wèn)題的能力。,汽車(chē)電路,,較復(fù)雜的電路我們一般也稱(chēng)其為電系統(tǒng)。,什么是系統(tǒng)?,系統(tǒng):具有特定功能的總體,可以看作信號(hào)的變換器、處理器。,舉例,重點(diǎn)研究: 線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的基本特性,綜上所述,電路部分:學(xué)習(xí)電路的基本概念、規(guī)律、定理和分析方法,能夠獨(dú)立分析較復(fù)雜的電路問(wèn)題。 信號(hào)與系統(tǒng)部分:掌握常用確定性信號(hào)的基本概念、性質(zhì)和信號(hào)作用于線(xiàn)性時(shí)不變
3、系統(tǒng)的基本分析方法。,參考書(shū),簡(jiǎn)明電路分析基礎(chǔ) 李瀚蓀著 高等教育出版社,信號(hào)與系統(tǒng)鄭君里等 清華大學(xué)出版社,電路 邱關(guān)源 西安交通大學(xué),電路分析霍錫真等 北郵出版社,學(xué)習(xí)方法,聽(tīng)(筆記)、讀、想、練,以上課教師的講述為主! 教材作為主要參考書(shū)!,電路理論的兩大分支:,1、電路分析:給定電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù),求輸入(激勵(lì)) 與輸出(響應(yīng))的關(guān)系;,2、電路綜合:給出輸入輸出的傳輸特性(即:輸入與輸出 之間的關(guān)系),求電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。,1-1 電路及集總電路模型,第一章 電路基礎(chǔ)知識(shí),電路定義:,例如:手電筒是日常生活中最簡(jiǎn)單的一個(gè)電路例子。,就是電流所通過(guò)的路徑。它是由電路
4、元、器件按一定方式組合而成的。,,,理想電路模型,在一定條件下,突出其在電路中的主要性能,忽略次要因素,將實(shí)際電路元件理想化(模型化)。,理想電路元件模型: (理想元件、元件),三種理想電路元件模型和符號(hào):,R 電阻元件(resistor),消耗電能并轉(zhuǎn)化為非電能(熱效應(yīng)),圖片,L 電感元件(inductor),C 電容元件(capacitor),存儲(chǔ)或釋放電場(chǎng)能量,存儲(chǔ)或釋放磁場(chǎng)能量,指無(wú)體積大小, 特性集總在空間一點(diǎn)上的理想元件模型。,集總參數(shù)元件(lumped parameter element):,集總參數(shù)電路:由集總參數(shù)元件組成的電路。,!電路理論分析的對(duì)象是電路模型而不是實(shí)際電路
5、。,圖片,圖片,電路采用集總參數(shù)概念的條件:,元件的尺寸 l 正常工作頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) 其中:=c/f,例1:無(wú)線(xiàn)電調(diào)頻接收機(jī)接受100MHz的頻率的信號(hào), =3m,接收天線(xiàn)與接收機(jī)間的傳輸線(xiàn)即使只1m長(zhǎng),也不能作集總參數(shù)對(duì)待。,例2:我國(guó)民用電,頻率為50Hz,波長(zhǎng)為6000km,對(duì)以此頻率工作的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可按集總電路處理,但對(duì)遠(yuǎn)距離的電力傳輸線(xiàn)則要考慮電場(chǎng)、磁場(chǎng)沿電線(xiàn)的分布情況。,本課程的電路基本定律、定理的前提是:集總假設(shè),下面首先討論由電阻和電源組成的電阻電路(resistive circuit),1-2 電路的基本變量 電流、電壓和功率,一、電流(current)及其參考方向(r
6、eference direction),單位名稱(chēng):安(培) 符號(hào):A (Ampere),參考方向:任意選定的一個(gè)方向作為電流的參考方向。,例,I1 = 1A,I1 = -1A,Direct Current, Alternating Current,實(shí)際電流方向:正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。,分析電路時(shí),首先應(yīng)假設(shè)電流的一個(gè)參考方向,以此對(duì)電路進(jìn)行分析、計(jì)算。由得出的電流正負(fù)值,可判斷出實(shí)際的電流方向。,二、電壓(voltage)及其參考方向(極性)(reference direction),電壓(Uab):?jiǎn)挝徽姾蓮腶點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所獲得或失去 的能量,稱(chēng)為ab兩點(diǎn)的電位差。,單位名稱(chēng):伏(特) 符號(hào)
7、:V(Volt),U 0,U < 0,與電流一樣,有了電壓的參考方向和電壓的正負(fù)值,可判斷實(shí)際電位。,三、關(guān)聯(lián)參考方向(associated reference direction),電流的參考方向由電壓參考極性的正極指向負(fù)極。,關(guān)聯(lián)參考方向,非關(guān)聯(lián)參考方向,小結(jié),(1) 分析電路前必須選定電壓或電流的參考方向。,(2) 參考方向一經(jīng)選定,必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包括方向 和符號(hào)),在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。,(3) 參考方向也稱(chēng)為假定正方向,以后討論均在參考方向下進(jìn) 行,不考慮實(shí)際方向。,四、電路元件的(吸收)功率 (power),功率單位:瓦(特) 符號(hào)(W),能量單位:焦(耳)符
8、號(hào)(J),關(guān)聯(lián)參考方向下: p = u*i (W,瓦),非關(guān)聯(lián)參考方向下: p =- u*i (W,瓦),將能量的傳輸(流動(dòng))方向定為功率的正方向。,P 為正值,吸收功率;反之,供出功率。,P 0 實(shí)際吸收5W,(b) U = 5V, I = - 1A,P= -UI = -5(-1) = +5 W,P< 0 實(shí)際供出5W,例 1: (a) U = 5V, I = - 1A,P= UI = 5(-1) = -5 W,要將功率公式中的正、負(fù)號(hào)與將電壓電流的值的正、負(fù)區(qū)別開(kāi)。,例2:求所給電路的功率。,u=-2V, i=-5A,p = -ui =- 10W,u=-8V,i=2A,p =ui
9、 = -16W,u=12V, i= -3A,p= -ui =36W,節(jié)點(diǎn)(node):支路的聯(lián)接點(diǎn)。,回路(loop):電路中任一閉合的路徑。,網(wǎng)孔(mesh): 內(nèi)部不含支路 的回路。,1,2,3,支路(branch):電路中一個(gè)兩端元件或具有兩個(gè)端鈕而由多個(gè)元件串聯(lián)而成的組合。稱(chēng)為一條支路。,1-3 基爾霍夫定律(Kirchhoffs laws),2個(gè)節(jié)點(diǎn),3個(gè)回路,2個(gè)網(wǎng)孔,電網(wǎng)絡(luò)( network):包含較多元件的電路。,網(wǎng)孔是回路,但回路不一定是網(wǎng)孔,3個(gè)支路,在任一時(shí)刻,電路的任一節(jié)點(diǎn),流出(或流入)該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流代數(shù)和為零。,一、基爾霍夫電流定律(KCL定律,或稱(chēng)基爾霍夫第
10、一定律),物理基礎(chǔ): 電荷守恒。,或,或,若規(guī)定流入為正,則流出就為負(fù)。,KCL又可表示為:,KCL的推廣:,,想象為廣義的節(jié)點(diǎn),對(duì)KCL的理解:,第二:KCL方程是系數(shù)為1,-1,0的線(xiàn)性齊次代數(shù)方程。它表明了節(jié)點(diǎn)上各個(gè)支路電流受線(xiàn)性約束。,第三:KCL適合于任何集總參數(shù)電路。它只與元件的連接方式有關(guān),與元件性質(zhì)無(wú)關(guān)。,第一:流入節(jié)點(diǎn)電荷必須等于流出節(jié)點(diǎn)的電荷。這是因?yàn)樽袷仉姾墒睾愣伞?拓?fù)浼s束,運(yùn)用KCL時(shí)需要和兩套符號(hào)打交道: 一是方程中各項(xiàng)前的正、負(fù)號(hào)。對(duì)KCL來(lái)說(shuō),正、負(fù)號(hào)取決于電流參考方向是流出節(jié)點(diǎn)還是流入節(jié)點(diǎn)。 二是電流或電壓本身數(shù)值的正、負(fù)號(hào)。該正負(fù)號(hào)反映的是參考方向與真實(shí)
11、方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,正確列寫(xiě)KCL的注意點(diǎn):,即:電路中任一回路,在任一時(shí)刻,沿該回路的所有支路電壓的代數(shù)和為零。,二、基爾霍夫電壓定律(KVL,或稱(chēng)基爾霍夫第二定律),物理基礎(chǔ): 能量守恒。,使用基爾霍夫電壓定理(KVL)強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn):,第一:KVL方程是系數(shù)為1,-1,0的線(xiàn)性齊次代數(shù)方程。它表明一個(gè)回路中各個(gè)支路電壓的線(xiàn)性約束關(guān)系。,第二:KVL適用于任何集總參數(shù)電路,它僅與元件的連接方式有關(guān),與元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。,列KVL方程時(shí),必須選定回路的繞行方向。支路電壓參考方向與回路繞行方向一致的取正號(hào),相反的取負(fù)號(hào)。,例:,或:電壓升=電壓降 u3+u2=u1+u4+u5,u1-u2-u
12、3+u4+u5=0,,KCL,KVL使支路的電流和電壓具有約束關(guān)系。此約束關(guān)系與構(gòu)成電路的元件無(wú)關(guān)。因此在研究這些約束關(guān)系時(shí),可用定向圖(directed graph)表示。,支路,節(jié)點(diǎn),上面的幾何結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“圖形”,或“圖” 。,若G中的任兩個(gè)節(jié)點(diǎn)至少存在一條由支路構(gòu)成的路徑,圖G成為連通圖(connected graph)。否則,稱(chēng)為非連通圖。,圖論的起源,圖論屬于數(shù)學(xué)的一個(gè)分支,它是一個(gè)年輕但卻迅速成熟的學(xué)科,它主要是研究事物之間客觀規(guī)律。,哥尼斯堡橋問(wèn)題,從任一陸地出發(fā)走遍七座橋(而且只走一次)再回到原地是否可行?,古普魯士哥尼斯堡城的Pregel有七座橋?qū)⑺膲K陸地相連。,1736年Euler(歐拉:圣彼得堡大學(xué)的數(shù)學(xué)教授)證明無(wú)解。原因:連通圖每點(diǎn)連接的邊數(shù)為偶數(shù)才能有解。,定值電阻,壓敏電阻,返回,各種形式的電容器,返回,高頻電感器,去耦電感器,直流-直流電感器,徑向引線(xiàn)電感器,軸向引線(xiàn)電感器,返回,