石群電路課程講義

石群電路課程講義日期：目錄CATALOGUE電路基礎(chǔ)概念電路分析方法動(dòng)態(tài)電路分析正弦穩(wěn)態(tài)電路頻率響應(yīng)與濾波器實(shí)際應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)案例電路基礎(chǔ)概念01電阻表示對(duì)電流的阻礙作用，符號(hào)為R，單位為歐姆。電路基本元件與符號(hào)01電容儲(chǔ)存電荷的元件，符號(hào)為C，單位為法拉。02電感產(chǎn)生磁場(chǎng)的元件，符號(hào)為L(zhǎng)，單位為亨利。03二極管具有單向?qū)щ娦缘脑?，常用于整流、檢波等電路。04電壓電荷在導(dǎo)體中的定向移動(dòng)，符號(hào)為I，單位為安培。電流功率單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功，符號(hào)為P，單位為瓦特。單位正電荷在靜電場(chǎng)中由于電勢(shì)不同所產(chǎn)生的能量差，符號(hào)為U，單位為伏特。電壓、電流與功率的定義歐姆定律在同一電路中，通過(guò)某段導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比，公式為I=U/R?；鶢柣舴蚨蓺W姆定律與基爾霍夫定律熱輻射定律，表述為物體輻射的能量與吸收的能量之差等于物體熱能的凈增加。0102電路分析方法02定義節(jié)點(diǎn)電壓是一種求解對(duì)象的電路計(jì)算方法。節(jié)點(diǎn)電壓是在為電路任選一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)（此點(diǎn)通常編號(hào)為“0”），并令其電位為零后，其余節(jié)點(diǎn)對(duì)該參考點(diǎn)的電位。適用范圍適用于求解節(jié)點(diǎn)數(shù)較少、支路較多的電路，特別適用于含有受控源和電路元件的電路。節(jié)點(diǎn)電壓方程的建立基于KCL（基爾霍夫電流定律）列出節(jié)點(diǎn)電壓方程，求解各節(jié)點(diǎn)電壓值。優(yōu)點(diǎn)直接求解節(jié)點(diǎn)電壓，無(wú)需列出全部支路電流方程，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。節(jié)點(diǎn)電壓法網(wǎng)孔分析法定義電路基本分析方法的一種，以網(wǎng)孔電流為待求變量，按KVL（基爾霍夫電壓定律）建立方程求解電路的方法。方程建立對(duì)于M個(gè)網(wǎng)孔，可以列出M個(gè)獨(dú)立的KVL方程，求解各網(wǎng)孔電流。適用范圍主要適用于平面電路，特別是網(wǎng)孔數(shù)較少的電路。自電阻與互電阻每個(gè)網(wǎng)孔的自電阻是指該網(wǎng)孔內(nèi)所有電阻之和；互電阻則是指兩個(gè)相鄰網(wǎng)孔之間共有的電阻。網(wǎng)孔電流法01020304疊加定理與戴維南定理疊加定理：電路的疊加定理指出，對(duì)于一個(gè)線性系統(tǒng)，一個(gè)含多個(gè)獨(dú)立源的雙邊線性電路的任何支路的響應(yīng)（電壓或電流），等于每個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)的響應(yīng)。戴維南定理：含獨(dú)立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N，就端口特性而言，可以等效為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)。其中，電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路時(shí)的端口電壓，電阻等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨(dú)立源置零后的等效電阻。疊加定理應(yīng)用：在求解復(fù)雜電路時(shí)，可以通過(guò)疊加定理將電路分解為多個(gè)簡(jiǎn)單電路進(jìn)行求解，然后疊加各支路的響應(yīng)。戴維南定理應(yīng)用：在求解含源網(wǎng)絡(luò)的電路時(shí)，可以將含源網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的形式，從而簡(jiǎn)化電路分析。動(dòng)態(tài)電路分析03電容特性電容器能夠存儲(chǔ)電荷，具有隔斷直流電和通過(guò)交流電的特性。在電路中，電容器可以充電和放電，對(duì)電流的變化具有一定的緩沖作用。電感特性電容與電感的特性電感器能夠存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量，具有阻礙電流變化的特性。當(dāng)電流通過(guò)電感器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，對(duì)電流的變化起到慣性作用。0102一階RC電路響應(yīng)指電容器通過(guò)電阻器充放電的過(guò)程。在充電過(guò)程中，電容器兩端的電壓逐漸上升；在放電過(guò)程中，電容器兩端的電壓逐漸下降。這一過(guò)程具有時(shí)間常數(shù)τ=RC的特性，描述了電容器充放電的速度。一階RL電路響應(yīng)指電感器通過(guò)電阻器放電的過(guò)程。在放電過(guò)程中，電感器中的電流逐漸減小，產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量逐漸轉(zhuǎn)化為電能。這一過(guò)程同樣具有時(shí)間常數(shù)τ=L/R的特性，描述了電感器放電的速度。一階RC/RL電路響應(yīng)二階電路概述二階電路是指含有兩個(gè)儲(chǔ)能元件（電容器和電感器）的電路。由于電路中同時(shí)存在電容和電感，因此電路在暫態(tài)過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出振蕩和衰減的特性。自由振蕩在二階電路中，當(dāng)儲(chǔ)能元件的初始能量不為零時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生自由振蕩。振蕩的頻率和振幅由電路的參數(shù)決定，而振蕩的衰減則取決于電路中的阻尼因素。阻尼振蕩在實(shí)際的二階電路中，由于電阻等阻尼因素的存在，自由振蕩會(huì)逐漸衰減直至停止。阻尼振蕩的特性和阻尼比決定了電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間。二階電路的暫態(tài)分析正弦穩(wěn)態(tài)電路04相量表示法正弦量可以表示為復(fù)數(shù)形式，用相量表示，其中模表示有效值，輻角表示初相位。用相量圖可以直觀地表示正弦量的幅值和相位關(guān)系，方便進(jìn)行電路分析和計(jì)算。相量運(yùn)算遵循復(fù)數(shù)運(yùn)算規(guī)則，包括加減、乘除、乘方等，運(yùn)算結(jié)果仍為相量。相量法基本概念相量圖表示相量運(yùn)算規(guī)則阻抗定義導(dǎo)納定義阻抗計(jì)算導(dǎo)納計(jì)算阻抗是復(fù)數(shù)形式的電阻，表示電路對(duì)電流的阻礙作用，包括電阻和電感、電容等元件的影響。導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù)，表示電路對(duì)電流的導(dǎo)通能力，包括電導(dǎo)和電納兩部分。阻抗計(jì)算公式為Z=R+jX，其中R為電阻，X為電抗，j為虛數(shù)單位。導(dǎo)納計(jì)算公式為Y=1/Z，其中Z為阻抗，導(dǎo)納的模值為導(dǎo)納模，輻角為導(dǎo)納角。阻抗與導(dǎo)納計(jì)算瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的，等于電壓和電流的瞬時(shí)值乘積。瞬時(shí)功率無(wú)功功率是電感和電容元件在電源和負(fù)載之間交換的功率，不消耗能量但占用電網(wǎng)容量。無(wú)功功率有功功率是平均功率，等于電壓和電流的有效值乘積再乘以功率因數(shù)。有功功率視在功率是有功功率和無(wú)功功率的矢量和，表示電源提供的總功率。視在功率正弦穩(wěn)態(tài)功率分析頻率響應(yīng)與濾波器05傳遞函數(shù)描述電路輸入與輸出之間的頻率響應(yīng)關(guān)系，通過(guò)數(shù)學(xué)公式表示。傳遞函數(shù)與波特圖01波特圖以圖形方式展示電路的增益和相位隨頻率變化的特性，便于直觀分析。02增益與相位增益表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅度比，相位表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差。03頻率特性電路對(duì)不同頻率信號(hào)的響應(yīng)能力，包括通頻帶、截止頻率和增益等。0401020304允許高頻信號(hào)通過(guò)，抑制低頻信號(hào)，主要由電容、電感等元件組成。低通/高通濾波器原理高通濾波器濾波器的性能優(yōu)劣直接影響信號(hào)處理的效果，需根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的濾波器。濾波效果基于信號(hào)的頻率特性，通過(guò)調(diào)整電路元件的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率信號(hào)的抑制和傳輸。濾波原理允許低頻信號(hào)通過(guò)，抑制高頻信號(hào)，主要由電感、電容等元件組成。低通濾波器ACBD由電感、電容等元件組成的具有特定頻率響應(yīng)的電路，能在特定頻率下產(chǎn)生共振現(xiàn)象。諧振電路在諧振頻率附近表現(xiàn)出特殊的頻率響應(yīng)，如增益突增、相位突變等。電路發(fā)生諧振時(shí)的頻率，與電路元件的參數(shù)有關(guān)。諧振電路在無(wú)線通信、音頻處理等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如調(diào)諧器、濾波器、振蕩器等。諧振電路諧振電路特性分析諧振頻率諧振特性應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)案例06照明電路設(shè)計(jì)包括燈具的布局、開(kāi)關(guān)控制、調(diào)光等功能。插座布置與電路保護(hù)合理規(guī)劃插座位置和數(shù)量，設(shè)置過(guò)載、短路保護(hù)?？照{(diào)等大功率電器電路設(shè)計(jì)專線供電、專用插座和保險(xiǎn)絲等安全措施。弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)電話、網(wǎng)絡(luò)、有線電視等弱電線路的布線與整合。家用電路設(shè)計(jì)實(shí)例低通濾波器帶通濾波器高通濾波器數(shù)字濾波器濾除高頻噪聲，保留低頻信號(hào)，適用于音頻放大、傳感器信號(hào)等。允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，抑制其他頻率的信號(hào)，用于頻率選擇、抑制干擾等。濾除低頻噪聲，保留高頻信號(hào)，應(yīng)用于無(wú)線電接收、音頻信號(hào)處理等?；跀?shù)字信號(hào)處理技術(shù)的濾波器，具有高精度、靈活性、穩(wěn)定性等特點(diǎn)。信號(hào)處理中的濾波應(yīng)用通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)