计算机硬件技术基础 计算机硬件技术基础课程群 傅扬烈 15-16-1学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群.

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1 计算机硬件技术基础 计算机硬件技术基础课程群 傅扬烈 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

2 一、理论 二、实验 三、平时 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

3 第1章 电路模型与电路定律 1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路
第1章 电路模型与电路定律 1.1 电路和电路模型 电路 电路是指由电路元件（如电源、电阻、电容、电感、晶体管等）按照一定的方式连接而成的电流回路，以实现某一具体的能量转换、传输和信号处理任务。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

4 从电路的组成来看，实际电路分为三个部分：一是向电路提供电能或信号的电器元件，称为电源或信号源；二是用电设备，称为负载；三是中间环节，如导线、开关、控制器等。电路在电源或信号源作用下，才会产生电压、电流。 图1.1 手电筒实际电路图 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

5 1.1.2 电路模型 电路模型是指由理想电路元件构成的电路。 常见的理想电路元件有电阻、电感、电容、独立电源、受控电源、理想变压器、开关等。
电路模型 电路模型是指由理想电路元件构成的电路。 常见的理想电路元件有电阻、电感、电容、独立电源、受控电源、理想变压器、开关等。 图1.2 手电筒电路模型 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

6 1.2 电路的主要物理量 电压及其参考方向 电压是描述电场力对电荷做功能力的物理量。一般来说，用u表示随时间变化的电压，用U表示不随时间变化的电压（称为直流电压）。 电场中任意两点的电位差就是这两点之间的电压，其值可正可负，也可为零，零电压表示这两点是等电位点。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

7 电压的基本单位是伏（特），用字母V表示。此外，为表示不同大小级别的电压，还有千伏（KV）、毫伏（mV）和微伏（ μV）等电压单位，它们的换算关系为：
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8 电压的实际方向规定为由高电位指向低电位的方向，即电压降的方向。在进行电路分析时，由于很难事先知道某个电压的实际方向，为求解方便起见，必须事先假设其方向，这个假设的电压方向称为参考方向。
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9 电压的参考方向可用双极性法或双下标法（如uab，即a端为正极性，b端为负极性）表示。
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10 电流及其参考方向 国际单位制（SI）中，电荷［量］的单位为库［仑］（C）；时间单位为秒（s）；电流的基本单位是安（培），用字母A表示。此外，为表示不同大小级别的电流，还有千安（KA）、毫安（mA）和微安（ μA）等电流单位，它们的换算关系为: 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

11 电流的参考方向一般用箭头来表示，或用双下标法表示。还必须在箭头旁用一个字母来表示其大小，或直接标注已知的电流值。如果电流的求解结果为正值，表明该电流的实际方向与参考方向相同，如果电流的计算结果为负值，表明该电流的实际方向与参考方向相反，这样就可以根据电流的参考方向和其值的正负情况来确定电流的实际流向。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

12 1.2.3 电位 在电路中任选一点为参考点，则某一点a到参考点的电压就叫做a点的电位，用Va表示。
电位 在电路中任选一点为参考点，则某一点a到参考点的电压就叫做a点的电位，用Va表示。 电位实质上就是电压，其单位也是伏［特］（V）。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

13 电功率 功率是指一段电路在单位时间内所吸收（消耗）或提供（发出）的（电）能量，它反映的是一段电路吸收或发出能量的能力，一般用小写字母 表示随时间变化的动态功率，用大写字母 表示不随时间变化的恒定功率（直流电路功率或交流电路的平均功率）。 在直流电路中，功率 P=UI。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

14 功率的基本单位为瓦（特），用字母W表示。此外，为表示不同大小级别的功率，还有千瓦（KW）、兆瓦（MW）、毫瓦（mW）和微瓦（μW）等功率单位，它们的换算关系为:
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15 1.3 电路元件 电阻元件 电阻是一种无记忆的二端线性元件，电阻只消耗功率，不能发出功率，是常见的负载元件。当电阻的电压和电流为关联参考方向时，其伏安特性（ VAR）即为欧姆定律: U=RI 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

16 R为常数，称为电阻（值）。在不引起混淆的情况下，有时也用字母R直接表示电阻元件本身。电阻的基本单位为欧（姆），用字母Ω表示。另外，还有兆欧（MΩ）和千欧（KΩ）等电阻单位，它们的换算关系为:
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17 由于线性电阻是耗能元件，它的功率总是正的，所以其电压和电流的实际方向总是相同的，不会随其电压和电流方向是否为关联方向而变化。
电阻消耗的功率为: 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

18 电阻R越大，电流I就越小，负载就越小，其极端情况为开路，此时负载为零（即电源没有接负载）；电阻R越小，电流I就越大，负载就越大，极端情况为短路，此时负载变得非常大。总之，负载大小与电阻大小成反比。
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19 1.3.2 电容元件 理想电容元件是一个线性二端元件，其电路符号如图1.7所示。 15-16-1学期 淮海工学院 计算机工程学院
电容元件 理想电容元件是一个线性二端元件，其电路符号如图1.7所示。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

20 电容的基本单位为法（拉），用字母F表示。另外，还有微法（μF）和皮法（pF）等电容单位，它们的换算关系为:
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21 在直流电路中，当电路处于稳定状态时，电容相当于开路，直流信号不能通过电容，所以电容具有“隔直”作用。
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22 电感元件 载流导线的周围会产生磁场。绕制成线圈的载流导线会在其内部形成较强磁场，如果将导线绕在具有高导磁率的导磁材料上，则可制成可储存更多磁能的大电感元件。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

23 电感的基本单位为亨（利），用字母H表示。另外，还有毫亨（mH）和微亨（μH）等电感单位，它们的换算关系为：
在直流电路中，当电路处于稳定状态时，电感相当于短路，直流信号可以无损耗地通过电感。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

24 电源元件 1．电压源 理想电压源是一个二端有源元件，其端电压仅由电压源自身决定，与流过它的电流及外电路无关。理想电压源的端电压可以是时变的，也可以是恒定的，而流过它的电流由与之相连接的外电路共同确定。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

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26 实际电压源可以用一个理想电压源Us和内阻Rs相串联的电路模型来表示，有关系式 U = Us – IRs
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27 2．电流源 理想电流源是一个二端有源元件，其电流仅由电流源自身决定，与其端电压及外电路无关，它的端电压由与之相联接的外电路确定。理想电流源的电流可以是时变的，也可以是恒定的。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

28 实际电流源可用一个理想电流源Is与内电导Gs相并联的电路模型来表示。并有关系式： I=Is – GsU
I=Is – GsU 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

29 3．受控源 受控电源简称受控源，又称为非独立电源，分为受控电压源和受控电流源两种类型。顾名思义，受控电源就是其电压或电流受到电路中某支路（元件）的电压或电流控制，即受控电源的电压或电流与电路中某支路（元件）的电压或电流成比例关系。这种起控制作用的电压或电流称为受控电源的控制量。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

30 1.4 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律就阐明了任意电路中各处电压和电流的内在关系，它包含两个定律：其一是研究电路中各结点电流间联系的规律，称为基尔霍夫电流定律（KCL）；另一个是研究各回路电压之间联系的规律，称为基尔霍夫电压定律（KVL）。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

31 （1）支路：由一个或多个元件串联组成的一段电路称为支路。 （2）节点：三条及三条以上支路的连接点。 （3）回路：由支路构成的闭合回路。
（4）网孔：内部不含支路的回路称为网孔。 （5）网络：网络就是电路，但一般把较复杂的电路称为网络。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

32 基尔霍夫电流定律 描述电流守恒性的定律称为基尔霍夫电流定律，其内容为：在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有与该节点连接的支路电流的代数和等于零。这里所说的各支路电流是有符号的，且规定：根据各支路电流的参考方向，流出节点的电流符号为正，流入节点的电流符号为负。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

33 对电路中的任一节点，根据基尔霍夫电流定律有:
流出节点的电流之和等于流入节点的电流之和，即: 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

34 图1.14 KCL示例图 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

35 基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律对电路中任一回路上各支路电压进行约束，其内容为：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和等于零。规定：根据任意指定的回路绕行方向，若支路电压的参考方向与回路绕行方向相同，其符号为正，若支路电压的参考方向与回路绕行方向相反，其符号为负。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

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37 在实际应用中，一条支路往往是由一个元件或几个元件串联组成。这时可沿所选回路按指定的绕行方向针对每一个元件电压写出 方程。
在应用 或 求解电路问题时，应将所涉及到的电流或电压参考方向及字母（或数值）标识在电路图中，以避免混淆或出错。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

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44 1.5 电路中电位的计算 电位是一个相对量，而电压是一个绝对量。在电路中，如果假设某个点为零电位点（即参考点），则该点的电位就认为是零，一般用“⊥”表示。电路中任何一个点的电位就是该点与零电位点之间的电压，零电位点即为该电压的负极。 学期 淮海工学院 计算机工程学院 计算机硬件技术基础课程群

45 零电位点的选取是任意的，所以电位不是唯一的，它与零电位点的选取有关。但电路中任何元件或支路的电压值却是唯一的，不随零电位点的选取而改变，所以电压是一个绝对量。
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46 例1.4 在图1.19所示电路中，求当分别选取d点和a点作为零电位点时其余各点的电位和各元件的电压。
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