車輛電子控制技術(shù)課程必備知識(shí)自學(xué)指導(dǎo)書2011版

1、車輛電子控制技術(shù)課程必備知識(shí)自學(xué)指導(dǎo)書2012年 3月編（2014 年 1月修改 ）、/. 前言車輛電子控制技術(shù)課程是車輛工程專業(yè)車輛電子控制技術(shù)研究 方向?qū)W生的一門專業(yè)學(xué)位課程，它涉及車輛結(jié)構(gòu)和理論、機(jī)械基礎(chǔ)、 電子技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)等知識(shí)，教學(xué)中要求研究生有較寬 廣的基礎(chǔ)知識(shí)和交叉專業(yè)知識(shí)。 近年來(lái)，跨專業(yè)報(bào)考車輛工程并選擇 車輛電子控制技術(shù)研究方向與技術(shù)開發(fā)的學(xué)生增多。 但是，來(lái)自不同 本科專業(yè)的學(xué)生，基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)相差很大，研究生學(xué)習(xí)本課程的水平 參差不齊，教學(xué)效果難于使每個(gè)學(xué)生都達(dá)到了教學(xué)培養(yǎng)的目標(biāo)要求。 為此，編寫了該車輛電子控制技術(shù)課程必備知識(shí)自學(xué)指導(dǎo)書，擬幫助同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)

2、車輛電子控制技術(shù)課程過(guò)程中通過(guò)自學(xué)掌握必備的知目錄一、 車輛電子控制技術(shù)課程教學(xué)知識(shí)體系 4二、車輛電子控制技術(shù)課程必備知識(shí)自學(xué)指導(dǎo) 9（一）機(jī)械學(xué)科基礎(chǔ)類知識(shí) 錯(cuò)誤！未定義書簽。1. 機(jī)械制圖自學(xué)指導(dǎo) 錯(cuò)誤！未定義書簽。2. 理論力學(xué)自學(xué)指導(dǎo) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3. 機(jī)械原理自學(xué)指導(dǎo) 錯(cuò)誤！未定義書簽。4. 汽車構(gòu)造自學(xué)指導(dǎo) 錯(cuò)誤！未定義書簽。5. 汽車?yán)碚撟詫W(xué)指導(dǎo) 錯(cuò)誤！未定義書簽。（二）電子信息學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí) 91. 電路分析基礎(chǔ)自學(xué)指導(dǎo) 92. 模擬電子技術(shù)自學(xué)指導(dǎo) 323. 數(shù)字電子技術(shù)自學(xué)指導(dǎo) 404. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)自學(xué)指導(dǎo) 485. 電力電子技術(shù)自學(xué)指導(dǎo) 506. 自動(dòng)控制

3、原理自學(xué)指導(dǎo) 54一、車輛電子控制技術(shù)課程教學(xué)知識(shí)體系車輛電子技術(shù)是現(xiàn)代汽車的一個(gè)標(biāo)志性技術(shù)，從而車輛電子在國(guó)內(nèi)外也逐漸形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)的開發(fā)也日益呈現(xiàn)出高科技含量 和智能水平，同時(shí)需要技術(shù)開發(fā)人員具有綜合的知識(shí)和理論水平， 并 掌握一定的技術(shù)開發(fā)技能。因此，目前車輛電子產(chǎn)品企業(yè)普遍缺乏技 術(shù)開發(fā)人才，尤其車輛電子控制技術(shù)人才供不應(yīng)求， 培養(yǎng)好這樣的人 才是當(dāng)務(wù)之急的事情。車輛電子控制技術(shù)是一門典型的機(jī)電一體化課程，也是車輛工程 專業(yè)碩士研究生的重要專業(yè)（學(xué)位）課，搞好這門課程的教學(xué)，是培 養(yǎng)好車輛電子控制技術(shù)開發(fā)技術(shù)人才的重要環(huán)節(jié)。車輛電子控制技術(shù)涉及機(jī)械學(xué)、汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚摗④囕v動(dòng)

4、力學(xué)、電子技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、控制理論與控制技術(shù)等先導(dǎo) 課程知識(shí)，在此基礎(chǔ)上展開進(jìn)一步的學(xué)習(xí)車輛電子控制技術(shù)較為容 易。但在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生本科階段是學(xué)習(xí)不同專業(yè)，很多還是跨學(xué)科考研，女口：考車輛工程研究生的考生有來(lái)自電子信息工程、 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、交通運(yùn)輸工程、 車輛工程等專業(yè)，因此對(duì)上述知識(shí)掌握不夠全面，如機(jī)械設(shè)計(jì)及其自 動(dòng)化專業(yè)學(xué)生缺乏汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚?、電子技術(shù)、控制理論等知識(shí)， 但電子與控制類學(xué)生對(duì)機(jī)械學(xué)、理論力學(xué)和車輛知識(shí)又沒有一個(gè)基本 的掌握，即便是車輛工程畢業(yè)的本科學(xué)生對(duì)控制理論和技術(shù)的掌握也 極其有限，因此，在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，同學(xué)們

5、普遍感到學(xué)習(xí)難度大，掌 握起來(lái)不容易。車輛電子控制技術(shù)為何會(huì)涉及較廣的知識(shí)面呢？車輛是一種行 走機(jī)械，與一般的工業(yè)機(jī)械不同，要求其操縱控制精確、可靠、實(shí)時(shí) 性好。車輛電子控制技術(shù)雖然重點(diǎn)在于控制， 而從圖1所表示的車輛 控制結(jié)構(gòu)框圖可見，控制效果的好壞取決于控制方案的選擇， 而控制 的選擇又依賴于汽車被控系統(tǒng)的特性（盡管實(shí)際控制并不要求被控對(duì) 象有精確的建模，但針對(duì)其被控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性選擇恰當(dāng)?shù)目刂品椒?卻是必要的）。這就需要掌握好能對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模方法和 培養(yǎng)好分析其特性的能力。此外，現(xiàn)代車輛電子系統(tǒng)開發(fā)中常采用并 行工程，即控制軟件的開發(fā)和機(jī)械系統(tǒng)研制及控制器硬件設(shè)計(jì)同步進(jìn) 行。控

6、制軟件的先期開發(fā)往往采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)完成，于是，控制 效果的好壞只能通過(guò)被控對(duì)象數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)體現(xiàn)， 這種情況下，被控對(duì) 象的精確建模尤為重要。期望輸岀給定輸入指令存儲(chǔ)器信號(hào)調(diào)理電路涉及機(jī)械、車輛構(gòu)涉及單片微機(jī)（嵌入式微 處理器）、接口電路，控 制理論與方法，控制軟件 設(shè)計(jì)方法等知識(shí)造、車輛理論、動(dòng)力學(xué)理論等知識(shí)驅(qū)涉及電工學(xué)、電磁學(xué)、電機(jī)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等知識(shí)動(dòng)執(zhí)行器被控對(duì)象器實(shí)際輸岀控制器被控對(duì)象的理論建模方法主要涉及到汽車?yán)碚?、車輛動(dòng)力學(xué)、理 論力學(xué)、機(jī)械原理、汽車構(gòu)造、機(jī)械制圖等課程中的一些重要知識(shí)和 方法，如：機(jī)械組成分析、機(jī)械構(gòu)件或系統(tǒng)受力分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、 動(dòng)力學(xué)分析、 車輛性能分析等

7、， 由這些知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)建模過(guò)程的 知識(shí)體系（見圖 2）。在圖 2 所示的建模過(guò)程中，各個(gè)主要環(huán)節(jié)都需要應(yīng)用一些相關(guān)知 識(shí)來(lái)完成。 例如，對(duì)車輛被控車輛機(jī)械子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的分析是建模 環(huán)節(jié)的第一步，對(duì)已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)（或者已設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)）首先必須借 助于機(jī)械識(shí)圖知識(shí)來(lái)看懂其組成關(guān)系和結(jié)構(gòu)； 運(yùn)用機(jī)械原理知識(shí)了解 和掌握構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系、 運(yùn)動(dòng)副的類型和運(yùn)動(dòng)傳遞關(guān)系； 運(yùn)用 車輛構(gòu)造知識(shí)來(lái)明確該機(jī)械子系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能。 第二步，運(yùn)用理論 力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和機(jī)械原理中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)分析方法 對(duì)該機(jī)械子系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)分析， 明確其運(yùn)動(dòng)類型屬于轉(zhuǎn)動(dòng)還是 平動(dòng)或者是一種復(fù)合型運(yùn)動(dòng)， 為動(dòng)力

8、學(xué)建模做準(zhǔn)備。 由于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)變化的根本原因是系統(tǒng)所受的力和力矩， 所以第三步需要應(yīng)用理論 力學(xué)中靜力學(xué)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行受力分析。第四步和第五步是運(yùn)用理論力學(xué) 中的動(dòng)力學(xué)分析方法和車輛動(dòng)力學(xué)理論對(duì)被控系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析 并完成動(dòng)力學(xué)建模。第六步，在必要時(shí)可分析車輛被控子系統(tǒng)的性能 特性，為進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。進(jìn)行性能特性分析所涉及的主要 知識(shí)和理論仍然是汽車?yán)碚摵推噭?dòng)力學(xué)。可見，掌握了這些知識(shí)點(diǎn)和分析方法，就具備了車輛動(dòng)力學(xué)建模 和分析應(yīng)有的知識(shí)體系，學(xué)習(xí)車輛電子控制技術(shù)的難度將會(huì)大大降 低，同時(shí)，可以很好地為進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。V運(yùn)動(dòng)學(xué)知 *機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)I理K靜力學(xué)知*機(jī)械構(gòu)

9、件的V動(dòng)力學(xué)知-車輛動(dòng)力機(jī)械動(dòng)力學(xué)V車輛被控系 sz汽車?yán)碚?1 車輛被控系 *圖1結(jié)構(gòu)中的執(zhí)行器是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，它將電能直接（也可 通過(guò)液壓系統(tǒng)或氣動(dòng)系統(tǒng)）轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此對(duì)執(zhí)行器的建模也涉 及到電路原理知識(shí)、電工學(xué)、電磁學(xué)、電機(jī)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等理論知 識(shí)，或許還涉及液壓和氣動(dòng)技術(shù)等。圖1結(jié)構(gòu)中的傳感器也需要建立數(shù)學(xué)模型，也涉及到傳感器理論?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。硬件設(shè)計(jì)以電路分 析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、傳感器技 術(shù)、電力電子技術(shù)等課程知識(shí)為基礎(chǔ)；軟件設(shè)計(jì)以控制理論、計(jì)算機(jī) 語(yǔ)言、程序設(shè)計(jì)方法等知識(shí)為核心?？刂破髟O(shè)計(jì)的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)用圖 3反

10、映。在學(xué)習(xí)車輛電子控制技術(shù)時(shí)如何應(yīng)用好上述機(jī)械和電子信息兩 大學(xué)科知識(shí)體系， 對(duì)于跨專業(yè)學(xué)習(xí)的研究生尤為困惑， 感到不知從何 學(xué)起？必須掌握哪些內(nèi)容？本車輛電子控制技術(shù)課程必備知識(shí)自學(xué) 指導(dǎo)書將可以為他們學(xué)習(xí)提供幫助。 二、車輛電子控制技術(shù)課程必備知識(shí)自學(xué)指導(dǎo)必備知識(shí)的自學(xué)從機(jī)械學(xué)科基礎(chǔ)和電子信息學(xué)科基礎(chǔ)兩個(gè)理論 體系分別按知識(shí)鏈結(jié)構(gòu)順序開展。（二）電子信息學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)1. 電路分析基礎(chǔ)自學(xué)指導(dǎo)1.1 電路模型和電路定律學(xué)習(xí)指導(dǎo)：電路理論主要研究電路中發(fā)生的電磁現(xiàn)象，用電流 i 、電壓 u 和功率 P 等物理量的變化規(guī)律來(lái)描述其中的過(guò)程。因?yàn)殡娐肥怯呻?路元件構(gòu)成的，因而整個(gè)電路的表現(xiàn)如何既要

11、看元件的聯(lián)接方式， 又要看每個(gè)元件的特性，這就決定了電路中各支路電流、電壓要受 到兩種基本規(guī)律的約束，即： （1）電路元件性質(zhì)的約束。也稱電路元件的伏安關(guān)系（VCR; （2）電路聯(lián)接方式的約束（亦稱拓?fù)浼s束） 基爾霍夫電流定律（KCL和基爾霍夫電壓定律（KVL是概括這種 約束關(guān)系的基本定律。學(xué)習(xí)本章應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1、掌握基本物理量電流i、電壓u和功率P的定義式、物理含 義以及相互關(guān)系。 從電流、電壓實(shí)際方向的規(guī)定出發(fā)理解引入電流、 電壓參考方向的意義。特別弄清電流、電壓的實(shí)際方向和參考方向 之間的關(guān)系，參考方向和功率釋放、吸收的聯(lián)系。2、明確理想電路元件是組成電路的最小單元， 元件的特性

12、可以用端鈕上的電壓、電流滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系式（VCR嚴(yán)格定義，元件的VCF僅與元件性質(zhì)有關(guān)，與元件接入怎樣的電路以及接入方式無(wú) 關(guān)。學(xué)習(xí)中要注重每一個(gè)元件的 VCR弄清其反映了元件的什么性 質(zhì)和特點(diǎn)。注意理想元件的電流、電壓參考方向的習(xí)慣標(biāo)注法及與 XCR的關(guān)系。3、明確基爾霍夫定律反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循 的基本規(guī)律，與構(gòu)成電路的元件性質(zhì)無(wú)關(guān)，不論電路是由什么性質(zhì) 的（線性、非線性、時(shí)變、非時(shí)變等）集總元件所組成，基爾霍夫 定律總是成立的。學(xué)習(xí)中要注意基爾霍夫定律的數(shù)學(xué)表示式與電 壓、電流參考方向密切相關(guān)。4、會(huì)應(yīng)用基爾霍夫定律和元件的特性方程分析電路。1.2 電阻電路的等效變換 學(xué)

13、習(xí)指導(dǎo)：深刻地理解電路“等效變換”的思想，熟練掌握“等效變換” 的方法在電路分析中是很重要的。學(xué)習(xí)本章應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1、電路等效變換的概念。要求明確：（1）電路等效變換的條件是相互代換的兩部分電路在端子上具 有相同的伏安特性；（2）電路等效的對(duì)象是外接電路（或電路未變化部分）中的電 壓、電流和功率；（3）電路等效變換的目的是簡(jiǎn)化電路，方便求出結(jié)果。2、根據(jù)電路等效變換的思想和電路的基本定律， 理解等效電阻與各串聯(lián)電阻、各并聯(lián)電阻之間的關(guān)系，熟練掌握串并聯(lián)等效電阻 的求解方法以及分壓電路和分流電路的工作原理。注意電阻的串并 聯(lián)等效方法可以推廣應(yīng)用于電容、電感的串并聯(lián)等效。3、在弄清電路的連

14、接和丫連接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，理解 -Y 等效變換的方法，掌握 -Y等效變換中各電阻之間的關(guān)系和計(jì)算各 等效電阻的方法。4、明確一個(gè)實(shí)際電源工作時(shí)表現(xiàn)出的外特性可以用一個(gè)非理想 電壓源模型或一個(gè)非理想電流源模型表征，因此，兩種實(shí)際電源模 型可以相互轉(zhuǎn)換。應(yīng)用電路等效變換的概念，理解實(shí)際電壓源和實(shí) 際電流源等效變換的條件，掌握其等效變換中各電路參數(shù)及物理量 方向之間的關(guān)系。注意，兩種實(shí)際電源模型等效變換的方式可以推廣應(yīng)用于受控電源的等效變換。5、在深刻理解一端口電路概念的基礎(chǔ)上， 明確一個(gè)無(wú)源一端口 電路可以用其輸入電阻等效代換，熟練掌握輸入電阻的計(jì)算方法。1.3 電阻電路的一般分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)：電路

15、的一般分析是指以KCL KVL為依據(jù)，結(jié)合元件的特性建立 以支路電流、或回路電流、或結(jié)點(diǎn)電壓為獨(dú)立變量的方程組求解電 路的方法。常用的方法有支路電流法、回路電流法（網(wǎng)孔法）和結(jié) 點(diǎn)電壓法。學(xué)習(xí)本章應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：1、本章介紹的各種方程分析方法雖然是在線性電阻電路中引出 的，但對(duì)所有的線性電路和非線性電路都具有普遍的意義。2、明確方程分析法的關(guān)鍵是根據(jù) KCL KVL和元件的特性方程 列出電路的獨(dú)立方程組。因此，在學(xué)習(xí)中要緊緊抓住基爾霍夫定律 去理解這些方法，弄清獨(dú)立結(jié)點(diǎn)方程和獨(dú)立回路方程的含義及與結(jié) 點(diǎn) n 和支路 b 的關(guān)系，能熟練地選取獨(dú)立結(jié)點(diǎn)和獨(dú)立回路。3、 弄清各種方程分析法中獨(dú)立

16、變量是怎樣引出的，特別是回路 法中回路電流的概念和結(jié)點(diǎn)法中結(jié)點(diǎn)電壓的概念。弄清為什么回路 電流自動(dòng)滿足KCL？為什么結(jié)點(diǎn)電壓自動(dòng)滿足 KVL？理解回路法列 的是KVL方程，結(jié)點(diǎn)法列的是KCL方程。4、明確方程分析法中方程的建立有一套固定不變的步驟和格 式。重點(diǎn)學(xué)會(huì)用觀察電路的方法，熟練寫出支路電流法、回路電流 法和結(jié)點(diǎn)電壓法的“方程通式”。要注意方程通式中各項(xiàng)的物理含 義，以及決定各項(xiàng)正負(fù)號(hào)的規(guī)律。5、弄清對(duì)含有無(wú)伴電流源和受控源支路的電路列寫回路電流方 程的方法，對(duì)含有無(wú)伴電壓源和受控源支路的電路列寫結(jié)點(diǎn)電壓方 程的方法。1.4 電路定理學(xué)習(xí)指導(dǎo) ： 電路定理是電路理論的重要組成部分，學(xué)習(xí)中

17、應(yīng)明確以下幾個(gè) 方面：1、所有的定理都是在遵從基爾霍夫定理和元件的電壓、 電流特 性關(guān)系的前提下對(duì)某類電路歸納總結(jié)出的，因此定理反映了電路的 一些性質(zhì)，使其不僅在電路的計(jì)算方法上，而且在理論分析上起了 重要作用。2、電路定理為求解電路提供了另一類分析方法，具有靈活、變 換形式多樣、目的性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此相對(duì)來(lái)說(shuō)比 1.3 中的方法較難 掌握一些，但若應(yīng)用正確，將使得一些看似復(fù)雜的問(wèn)題的求解過(guò)程 變得非常簡(jiǎn)單。學(xué)習(xí)中要重點(diǎn)做到深刻理解各定理的內(nèi)容，注意其 應(yīng)用的條件，熟練掌握應(yīng)用的方法和步驟。3、要認(rèn)識(shí)到應(yīng)用電路定理分析電路問(wèn)題時(shí)， 有時(shí)是多個(gè)定理的 綜合應(yīng)用，并往往與回路法、結(jié)點(diǎn)法等方程分析法結(jié)

18、合應(yīng)用 重要提示：1、疊加定理：在線性電路中，任一支路電流（或電壓）都是電 路中各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù) 和。疊加定理的一個(gè)直接推論是齊性定理： 在線性電路中， 當(dāng)所 有激勵(lì)（電壓源和電流源）都同時(shí)增大或縮小 心咅（K為實(shí)常數(shù)） 時(shí)，響應(yīng)（電壓和電流）也將同樣增大或縮小 K倍。 應(yīng)用疊加定理應(yīng)注意的問(wèn)題有：（1）疊加定理只適用于線性電路。（2）一個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)， 其余電源均置零， 即不作用的電壓源處短路，不作用的電流源處開路。（3）功率不能疊加。（4）疊加時(shí)要注意各電壓、電流分量的方向。（5）對(duì)含受控源的線性電路， 疊加只對(duì)獨(dú)立源進(jìn)行， 受控源應(yīng)始終保留，且控制

19、量應(yīng)是每次疊加時(shí)電路的相應(yīng)的電壓或電流分 量。2、替代定理：對(duì)于給定的任意一個(gè)電路，其中第 k 條支路電壓 為Uk和電流為i k，那么這條支路就可以用一個(gè)電壓等于 Uk的獨(dú)立電 壓源，或者用一個(gè)電流等于i k獨(dú)立電流源來(lái)替代，替代后電路中全 部電壓和電流均保持原有值。應(yīng)用替代定理應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）替代定理既適用于線性電路，也適用于非線性電路。（2）替代后電路必須有唯一解。3、戴維南定理和諾頓定理戴維南定理：任何一個(gè)含有獨(dú)立電源、線性電阻和線性受控源的二端（一端口）網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)電壓源（uoc）和電阻R的串聯(lián)組合來(lái)等效置換；此電壓源的電 壓等于該網(wǎng)絡(luò)的端口開路電壓，而電阻等于該

20、一端口網(wǎng) 絡(luò)中全部獨(dú)立電源置零后的輸入電阻。諾頓定理： 任何一個(gè)含有獨(dú)立電源、線性電阻和線性受控源的二端（一端口）網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，可以用一個(gè)電流源（isc）和電阻R的并聯(lián)組合來(lái)等效置換；此電流源的電 流等于該網(wǎng)絡(luò)的端口的短路電流，而電阻等于該一端口 網(wǎng)絡(luò)中全部獨(dú)立電源置零后的輸入電阻。諾頓等應(yīng)用戴維南定理和諾頓定理應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）戴維南定理與諾頓定理適用于線性網(wǎng)絡(luò)，但對(duì)外電路沒有限制，（2）等效是對(duì)外電路而言，對(duì)被等效的部分（內(nèi)部）不等效。（3）當(dāng)被等效的一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有受控源時(shí)， 其控制支路也必須 包含在內(nèi)部。（4） 等效電阻的求法可將被等效的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部獨(dú)立源均置零，用前面 介紹的求

21、等效電阻的各種方法。對(duì)不含受控源的網(wǎng)絡(luò)，可用電 阻的串并聯(lián)、Y變換等方法得到等效電阻。也可以不將被等效的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部獨(dú)立源置零，而用開路電壓、短路電流法得到。4、特勒根定理：對(duì)于兩個(gè)具有相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電路 N和N*，即 兩個(gè)電路的結(jié)點(diǎn)數(shù)和支路數(shù)相同。兩個(gè)電路對(duì)應(yīng)支路具有相同的編 號(hào)順序，且各支路的電壓、電流均取關(guān)聯(lián)（或非關(guān)聯(lián)）的參考方向， 且設(shè)它們的支路電壓、電流分別為 Uk和i k、u*k和i *k （k=1, 2,， b）。bb則有：V Uki；ukik =0k=1k A上式類似于一個(gè)電路的功率守恒方程。特勒根定理對(duì)電路中的元件性質(zhì)沒有任何約束，所以它與KCL和KVL樣，適用于任何集總參數(shù)電路

22、。備注：集總參數(shù)電路是由集總元件構(gòu)成的電路；集總元件是具有下述性質(zhì)的元件：在任何時(shí)刻，流入二端元件的一個(gè)端子的電流一定等于從另一端子流出的電流，兩個(gè)端子之間的電壓為單值量。5、互易定理互易定理的基本意義是，對(duì)任一僅有唯一獨(dú)立源，且僅由線性電 阻構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，則獨(dú)立源所在端口與響應(yīng)所在端口可以彼此互換位 置，而互換位置前后，激勵(lì)和響應(yīng)的關(guān)系不變。該定理有兩種基本 形式，第一種是電壓源激勵(lì)，電流為響應(yīng)；第二種是電流源激勵(lì)， 電壓為相應(yīng)；-u+ Oca| i kjI jk *®+Ukbdbd(a( b上圖是第一種形式，支路ab (j )中僅有唯一電壓源Uj，其在支路 cd( k)中產(chǎn)生的電流

23、為i © ；支路cd( k)中有唯一電壓源Uk，其 在支路ab (j)中產(chǎn)生的電流為ijk。則有：或山1耳=55。當(dāng) 山二山時(shí)有ikj=ijk。Uj Uk下圖是第二種形式，在一對(duì)結(jié)點(diǎn) a、b間接入一電流源ij，它在另 一對(duì)結(jié)點(diǎn)c、d間產(chǎn)生電壓為Ukj ；改在結(jié)點(diǎn)c、d間接入一電流源 i k，它在結(jié)點(diǎn)a、b間產(chǎn)生中電壓為Ujk。則有： =或uqik二山川。當(dāng)ik =ij時(shí)有皿 二皿ij ikbdbdi j應(yīng)用互易定理應(yīng)注意的問(wèn)題:(1) 互易定理是研究線性網(wǎng)絡(luò)在單一激勵(lì)下兩個(gè)支路間的電壓、電流關(guān)系。當(dāng)激勵(lì)為電壓源時(shí)，響應(yīng)為電流；當(dāng)激勵(lì)為電流源 時(shí)，響應(yīng)為電壓。(2) 應(yīng)用互易定理時(shí)要注

24、意電壓、電流的方向，即支路電壓和電流 均取關(guān)聯(lián)參考方向或均取非關(guān)聯(lián)參考方向。(3) 含有受控源的網(wǎng)絡(luò)，互易定理一般不成立。備注：應(yīng)用互易定理可以簡(jiǎn)化有些電路的計(jì)算，但其主要作用是用 于深入研究線性電路的性質(zhì)。1.5儲(chǔ)能元件學(xué)習(xí)指導(dǎo)：電路中用理想電容元件表征存儲(chǔ)電場(chǎng)能量的現(xiàn)象，用理想電感 元件表征存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量的現(xiàn)象。學(xué)習(xí)電容和電感這兩個(gè)儲(chǔ)能元件時(shí) 應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1、弄清電磁感應(yīng)定律、楞次定律、電荷與電流連續(xù)性原理、電 容和電感的定義以及電壓與電流、電荷與電場(chǎng)之間的關(guān)系等物理概2、認(rèn)識(shí)到電容、電感的電流和電壓滿足微分和積分的關(guān)系，根 據(jù)這些關(guān)系式深刻認(rèn)識(shí)電容、電感的動(dòng)態(tài)性質(zhì)、記憶性質(zhì)和儲(chǔ)能性

25、 質(zhì)，會(huì)熟練運(yùn)用這些關(guān)系分析、計(jì)算電容、電感的電壓和電流。3、抓住電容、電感在性質(zhì)上的相似之處，用互相對(duì)比的方法來(lái) 加深對(duì)其性質(zhì)的理解和掌握。重要提示：1、電磁感應(yīng)定律：只要穿過(guò)導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)。導(dǎo)體回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 的大小， 與穿過(guò)回路的磁通量的變化 率成正比，若閉合電路為一個(gè) n 匝的線圈，則又可表示為：式中 n 為線圈匝數(shù)，為磁通量變化量，單位 Wb , t為發(fā)生變化所 用時(shí)間，單位為s, £為產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為 V （伏）。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小計(jì)算公式：1）E = n / t （普適公式）法拉第電磁感應(yīng)定律，E:感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V） , n

26、：感應(yīng)線圈匝數(shù)，/ t:磁通量的變化率2）E = BLv垂（切割磁感線運(yùn)動(dòng)） L:運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度（m）, v:速度（m/s） , B:勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） 3）Em = nBS® （交流發(fā)電機(jī)最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)） Em感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值24）E = BL 3 12 （一端固定的導(dǎo)體以 3旋轉(zhuǎn)切割） w :角速度（rad/s） *磁通量 二BS :磁通量（Wb）, B:勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(T) , S:正對(duì)面積(m2)*感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極可利用感應(yīng)電流方向判定電源內(nèi)部的電流方向：由負(fù)極流向正極* 自感電動(dòng)勢(shì)E自=n/ t = L 1/ t L:自感系數(shù)(H)(線圈L有鐵芯比無(wú)鐵芯

27、時(shí)要大)， I:變化電流，？t:所用時(shí) 間， I/ t:自感電流變化率(變化的快慢)2、楞次定律：閉合導(dǎo)體回路中的感應(yīng)電流，其流向總是企圖使感應(yīng)電流自己 激發(fā)的穿過(guò)回路面積的磁通量，能夠抵消或補(bǔ)償引起感應(yīng)電流的磁 通量的增加或減少?；蛘哒f(shuō)：回路中感應(yīng)電流的流向，總是使感應(yīng)電流激發(fā)的穿過(guò)該回路的磁通量，反抗回路中原磁通量的變化。aycb并聯(lián)總電容：C 9 c2cn3、電容器的串并聯(lián)：aC " C2C,b串聯(lián)總電容:C G C2 Cn4、電感器的串并聯(lián):aa丄丄總并聯(lián)電感:LiL2Ln bLLiL2Ln總串聯(lián)電感：L =Lj L2Ln5、電容與電感的重要特性：電容：電容器兩端的電壓不能突

28、變；對(duì)直流激勵(lì)來(lái)說(shuō)電容相當(dāng) 于開路。電容的國(guó)際制單位為：法拉（F）。但在實(shí)際應(yīng)用中，法拉 這個(gè)單位太大了，常用微法（卩F）和皮法（pF）來(lái)標(biāo)注。對(duì)于平 行板式電容器來(lái)說(shuō)，其電容為： C。式中，A是任一極板的面d積（單位為平方米）；d是距離（單位是米）；而£是電解質(zhì)的介電 常數(shù)（單位是每米法拉）；極板面積越大、極板間距離越小或者電 介質(zhì)的介電常量越大，電容值就會(huì)越大。電感：電感器中流過(guò)的電流不能突變；對(duì)直流激勵(lì)來(lái)說(shuō)電感相當(dāng)于短路。電感的一般結(jié)構(gòu)為線圈。電感的國(guó)際制單位是亨利（H）; 線圈的電感量取決于線圈的形狀、環(huán)繞材料的磁導(dǎo)率、匝數(shù)、匝的 間隔及其它因素；對(duì)于單層線圈，電感量大約為：

29、L二N2-1彳。式中, N為線圈的匝數(shù)；A為磁芯的橫截面積（單位為平方米）；I為線圈 長(zhǎng)度（單位為米）；卩為磁芯的磁導(dǎo)率。長(zhǎng)度與直徑比越大，公式 越精確。當(dāng)長(zhǎng)度是直徑的10倍時(shí)，實(shí)際電感量比公式所給出的值小4 %。1.6 一階電路與二階電路的時(shí)域分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)： 當(dāng)電路中含有電容或電感元件時(shí)，這樣的電路稱為動(dòng)態(tài)電路。動(dòng)態(tài)電路的特征是：（ 1）當(dāng)電路的結(jié)構(gòu)或元件的參數(shù)發(fā)生變化時(shí) （稱 為換路），其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變需要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡時(shí)期； （2）由于動(dòng) 態(tài)元件的伏安特性關(guān)系是對(duì)時(shí)間變量 t 的微分或積分關(guān)系，因此， 描述動(dòng)態(tài)電路的方程是微分方程，且方程的階數(shù)由電路中動(dòng)態(tài)元件 的個(gè)數(shù)決定。學(xué)習(xí)本章應(yīng)注重以

30、下幾個(gè)方面：1、明確掌握動(dòng)態(tài)元件的儲(chǔ)能特性是理解動(dòng)態(tài)電路的性質(zhì)和弄清 動(dòng)態(tài)過(guò)程與穩(wěn)態(tài)的區(qū)別的前提。明確動(dòng)態(tài)電路換路時(shí)過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生 的原因是由于儲(chǔ)能元件換路時(shí)能量的存儲(chǔ)和釋放需要一定的時(shí)間 來(lái)完成，表現(xiàn)在：（1）要滿足電荷守恒，即換路瞬間，若電容電流 保持為有限值，則電容電壓（電荷）在換路前后保持不變； （ 2）要 滿足磁鏈?zhǔn)睾?，即換路瞬間，若電感電壓保持為有限值，則電感電 流（磁鏈）在換路前后保持不變。以上二條稱為動(dòng)態(tài)電路的換路定 律。學(xué)習(xí)中要記住電容電流和電感電壓為有限值是換路定律成立的 條件。換路定律反映了能量不能突變的事實(shí)，會(huì)根據(jù)換路定律確定 電路各量的初始條件。2、動(dòng)態(tài)電路的分析涉及到

31、初始條件、時(shí)間常數(shù)、零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)、階躍響應(yīng)、沖擊響應(yīng)、強(qiáng)制分量、自由分量、 穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量的概念。學(xué)習(xí)中要把注意力集中在深刻理解這 些概念的物理含義上，了解其相互關(guān)系。3、 會(huì)用經(jīng)典法分析一階和二階電路，其步驟為：（1）依據(jù)KCL 和KVL及元件的伏安特性關(guān)系建立以時(shí)間為自變量的線性常微分方程；（2）確定電路中待求量的初始值；（3）確定方程的通解和特解， 求得所求電壓和電流。注意通解是與方程對(duì)應(yīng)的齊次方程的解，而 特解是與輸入激勵(lì)的變化規(guī)律有關(guān)的量。避免死記書中的公式。4、對(duì)于一階電路的響應(yīng)可以歸結(jié)為三要素公式：tf（t）二 f（：）f（ o ）一 f（ ：）e 一一把分

32、析一階電路問(wèn)題轉(zhuǎn)為求解電路的初值 f（0+）、穩(wěn)態(tài)值f（X） 及時(shí)間常數(shù)的三個(gè)要素的問(wèn)題。因此，電阻電路中介紹的各種分 析方法可以應(yīng)用于線性動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析。要會(huì)用這些方法確定 三要素公式中的三個(gè)要素。弄清三要素公式與零輸入響應(yīng)、零狀態(tài) 響應(yīng)、全響應(yīng)的關(guān)系將有助于熟練地應(yīng)用三要素法分析一階電路。5、要認(rèn)識(shí)到二階電路的響應(yīng)隨時(shí)間變化的規(guī)律與方程特征根的 性質(zhì)有關(guān)，而特征根的性質(zhì)又決定于電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，因此學(xué)習(xí) 中要注重掌握根據(jù)電路結(jié)構(gòu)正確列寫微分方程的方法。明確二階電 路在過(guò)渡期存在非振蕩放電、振蕩放電和臨界三種狀態(tài)，重點(diǎn)要弄 清三種狀態(tài)的物理過(guò)程，三種狀態(tài)取決于什么條件，與初始值的關(guān) 系，

33、如何計(jì)算等問(wèn)題。6、動(dòng)態(tài)電路的階躍響應(yīng)是指激勵(lì)為單位階躍函數(shù)時(shí)，電路中產(chǎn) 生的零狀態(tài)響應(yīng)，學(xué)習(xí)中要弄清單位階躍函數(shù)的定義和特征，特別 要注意當(dāng)激勵(lì)為復(fù)雜函數(shù)時(shí)，可以借助于單位階躍函數(shù)來(lái)表示，然 后結(jié)合線性電路的齊次性和疊加性可以方便地求得一階電路對(duì)復(fù) 雜激勵(lì)的響應(yīng)。7、動(dòng)態(tài)電路的沖擊響應(yīng)是指激勵(lì)為單位沖擊函數(shù)時(shí)電路中產(chǎn)生 的零狀態(tài)響應(yīng)，注意電路中的沖擊激勵(lì)往往使電容電壓和電感電流 初值發(fā)生躍變，因此動(dòng)態(tài)過(guò)程可以分為兩段，第一階段為沖擊作用 時(shí)，電容相當(dāng)于短路，電感相當(dāng)于開路。利用這個(gè)等效電路確定電 容電壓和電感電流初值；第二階段為零輸入的動(dòng)態(tài)過(guò)程；由于線性 電路中單位階躍響應(yīng)s(t )與單位沖

34、擊響應(yīng)h( t )之間滿足關(guān)系： h(t)=舸，會(huì)應(yīng)用這一關(guān)系通過(guò)一階電路的單位階躍響應(yīng)來(lái)求得沖dt擊響應(yīng)。重要提示：1、一階電路的零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng)是指電路無(wú)外加激勵(lì)，僅由儲(chǔ)能元件的初始值引起 的響應(yīng)。一階電路的零輸入響應(yīng)是滿足初始條件的齊次常微分方程 的解。若y (t)表示電路中的電壓或電流，則零輸入響應(yīng)的一般形t式為：y(t) = y(0 )ept =y(0 )e 。其中，p為齊次微分方程的特征 根，已為電路的時(shí)間常數(shù)，兩者關(guān)系為 人。備注：時(shí)間常數(shù)反映了過(guò)渡過(guò)程的快慢，工程上認(rèn)為經(jīng)過(guò)3 5時(shí) 間后過(guò)渡過(guò)程結(jié)束。時(shí)間常數(shù)只與電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，當(dāng)電路為含電容電路時(shí)，.二RQ ;電路為

35、含電感電路時(shí)，.二lr。R是 電路中獨(dú)立源置零后從儲(chǔ)能元件兩端看入的等效電阻。2、一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)是指在零初始條件下，由外加激勵(lì)在電路中引起的 響應(yīng)。描述一階電路零狀態(tài)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型是一階非齊次常微分方 程，設(shè)y(t)表示電路中的電壓或電流，則微分方程的一般形式為： dyd ky(t)二 fs(t)。其解的形式為：y(t)二 y(： ) Aedtt 其中，yCJ是微分方程的特解，電路中稱為響應(yīng)的強(qiáng)制分量；Ae_-是齊次常微分方程的通解，電路中稱為自由分量，A為由出始值確定的常數(shù)。當(dāng)激勵(lì)為直流或正弦時(shí)間函數(shù)時(shí)，強(qiáng)制分量也稱為穩(wěn)定 分量，相應(yīng)的自由分量稱為暫態(tài)分量。3、一階電路的全響

36、應(yīng)全響應(yīng)為非零初始狀態(tài)的電路受到外加激勵(lì)時(shí)所引起的響應(yīng)，描述其電路特征的方程是非齊次常微分方程。全響應(yīng)有兩種分解方 法，(1)全響應(yīng)二強(qiáng)制分量+自由分量；這種分解方法是經(jīng)典法求解 非齊次常微分方程的直接結(jié)果。(2)全響應(yīng)二零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響 應(yīng)；這種分解方法是線性電路應(yīng)用疊加定理的必然結(jié)果。上述表明，可以利用全響應(yīng)的兩種分解方法求取電路的全響應(yīng)。4、三要素法三要素法是從求解一階電路經(jīng)典法中提煉出來(lái)的一種簡(jiǎn)便方法。求解一階電路的三要素公式為：y(t)二y(：) y(0 ) - yf：) |t=0】e。其中，y(：)為電路的穩(wěn)態(tài)解，y(0 )為電路的初始值，.為時(shí)間常數(shù)確定了三要素yc：)、y(

37、0 )和.，響應(yīng)也就確定了，避免了列寫 微分方程和求解微分方程的過(guò)程。三要素法可方便地求解恒定激 勵(lì)、正弦激勵(lì)和周期性激勵(lì)等作用時(shí)一階電路的過(guò)渡過(guò)程。5、一階電路的沖激響應(yīng)電路在單位函數(shù)(t)激勵(lì)下所產(chǎn)生的零狀態(tài)響應(yīng)稱為沖激響應(yīng)(t)=0,t 嚴(yán) 0單位沖激函數(shù)(t)的定義為:單位沖激函數(shù)、;(t)與單位階躍函數(shù)之間與之間的關(guān)系為:時(shí)域中分析沖激響應(yīng)常用以下兩種方法:(1) 分成兩個(gè)時(shí)間段求解：t在0-到0+時(shí)間段，沖激電源作用 使電容或電感瞬間存儲(chǔ)能量，電容電壓或電感電流初始值發(fā)生躍 變。t > 0+后，沖激電源為零(6(t)=0),但Uc(0+)或0十)不為零，電 路為零輸入響應(yīng)，(

38、2) 利用單位階躍響應(yīng)與單位沖激響應(yīng)的關(guān)系求解：線性電路的單位沖激響應(yīng)h(t)和單位階躍響應(yīng)s(t)之間的關(guān)系為，h(t)=聲或 s(t)t=h( )d o0 -用此法求沖激響應(yīng)時(shí)，階躍響應(yīng)的表達(dá)式應(yīng)寫為含有；(t)的形式。并注意；(t)的定義，不能與錯(cuò) 6、二階電路的零輸入響應(yīng)描述二階電路零輸入響應(yīng)的是二階齊次常微分方程， 它的解有三 種類型，取決于特征根的不同性質(zhì)。(1 )特征根Pi,P2為兩個(gè)不相等的負(fù)實(shí)根，響應(yīng)形式為： y(t) = A2e“t。這種情況稱為過(guò)阻尼，響應(yīng)是非振蕩性質(zhì)。(2) 特征根pi,p2為兩個(gè)相等的負(fù)實(shí)根，響應(yīng)形式為： y(t) = AePlt A2teP2t。這種

39、情況稱為臨界阻尼，響應(yīng)是非振蕩性質(zhì)。(3) 特征根Pi , P2為一對(duì)共軛復(fù)根Pi,2=-§±陰，響應(yīng)形式為： y(t) = AeJsin(二)。這種情況稱為欠阻尼，響應(yīng)是振蕩性質(zhì)。當(dāng)=0時(shí)，為無(wú)阻尼情況，此時(shí)響應(yīng)為不衰減的正弦波y(t) = As in (t 打。上述三種情況中兩個(gè)常數(shù) Ai, A或A, 0為待定常數(shù)，由初始值確定O求解二階電路零輸入響應(yīng)的主要步驟如下：(1) 選擇合適變量列寫電路的微分方程；(2) 求特征根，確定響應(yīng)類型；(3) 又初始值確定積分常數(shù)。(一般由待求量的出始值和待求量一階導(dǎo)數(shù)的出始值來(lái)確定)7、二階電路的零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)描述二階電路零狀態(tài)

40、響應(yīng)或全響應(yīng)的是二階非齊次常微分方程，它的解由特解和對(duì)應(yīng)齊次常微分方程的通解組成。y(t) = y(t) y (t)。顯然，二階電路零狀態(tài)響應(yīng)或全響應(yīng)的性質(zhì)也只取決于特征根而與 激勵(lì)無(wú)關(guān)，求解方法與零輸入響應(yīng)方法相同，只需多求一個(gè)特解。&二階電路的沖激響應(yīng)二階電路沖激響應(yīng)的求解方法和一階電路類似， 時(shí)域中常用兩種 方法。（1）分成兩個(gè)時(shí)間段；（2）利用單位階躍響應(yīng)與單位沖激響 應(yīng)的關(guān)系求沖激響應(yīng)。1.7相量法學(xué)習(xí)指導(dǎo)：同頻率正弦電源激勵(lì)下的線性穩(wěn)態(tài)電路， 具有所有響應(yīng)與激勵(lì)源 同頻率的特點(diǎn)，因此，求解電路的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，在數(shù)學(xué)上是求非 齊次微分方程的特解。引用相量法使求解微分方程特解的

41、運(yùn)算變?yōu)?復(fù)數(shù)的代數(shù)運(yùn)算，從而大大簡(jiǎn)化了正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1、首先要弄清正弦量的最大值、有效值、周期、頻率、角頻率、 出相位、相位差、超前、滯后、同相、反相、正交、計(jì)時(shí)起點(diǎn)等術(shù) 語(yǔ)的含義及相互關(guān)系，能正確地用三角函數(shù)式和波形圖來(lái)表示正弦 量。2、明確相量法是建立在用復(fù)數(shù)來(lái)表示正弦量的基礎(chǔ)上的， 因此, 必須熟悉掌握復(fù)數(shù)的四種表示形式和它們之間的相互轉(zhuǎn)換，以及它 們?cè)趶?fù)平面上的幾何意義。特別要要弄清一個(gè)復(fù)數(shù)乘以（或除以）旋轉(zhuǎn)因子ej后在復(fù)平面上的幾何意義。3、明確相量法實(shí)質(zhì)上是一種變換，它通過(guò)相量把時(shí)域里求微分 方程正弦穩(wěn)態(tài)解的問(wèn)題，“變換”為在頻域里解復(fù)數(shù)代數(shù)方

42、程的問(wèn) 題。因此，學(xué)習(xí)中必須弄清什么是相量、相量和正弦量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能熟練地把正弦量用相量表示，理解正弦量的加、減、求導(dǎo)、 積分可以變換為相量的加、減、乘以j.和除以j.的運(yùn)算。4、掌握KCL KVL的相量表示，注意區(qū)分電壓、電流的相量之 和與有效值之和的不同。掌握R、L、C元件伏安關(guān)系式的相量形式，注意元件上電壓相量與電流相量之間的關(guān)系，弄清感抗Xl和容抗Xc的物理意義，它們與頻率的關(guān)系。會(huì)畫電路的相量模型以及相 量圖。重要提示：1、正弦量的相量表示一個(gè)正弦量，如一個(gè)正弦形式的電流：i(t)=lmSin( t ,：i) = .21 sin( t '- ,)?？梢杂煞?I m (

43、或有效值 I )、 角頻率和初相角=唯一確定。又根據(jù)數(shù)學(xué)理論，這樣一個(gè)正弦量 可以與一個(gè)復(fù)變函數(shù)建立起一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即：i(t) = I m sin(t 十叫)=42 sin®t 十屮 i) It l mej = I ii(t)=lmsin(-=.21 sin('- 小 .2lej Q' > Ier ； = I <上述兩式分別將一個(gè)正弦函數(shù)形式的電流與一個(gè)最大值電流相 量和有效值電流相量建立起一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。類似可將一個(gè)正弦函數(shù)形式的電壓與一個(gè)最大值電壓相量和有 效值電壓相量建立起一一對(duì)應(yīng)關(guān)系：u(t)二Ums in ( t二-2U si n( t - 小

44、Umej Q u > Umeji 二Um =u(t)=Umsin( tr：；'2Usin(7 - J -2Uej Q二 > Uer U ' u注意：還可以將一個(gè)余弦函數(shù)形式的電壓或電流與一個(gè)最大值電壓或電流相量和有效值電壓或電流相量建立起對(duì)應(yīng)的關(guān)系 對(duì)應(yīng)是“對(duì)應(yīng)”而決不是“相等”；僅僅是為解決問(wèn)題方便而換了 一個(gè)分析平臺(tái)，即時(shí)間域平臺(tái)（微分方程求解）換成頻域平臺(tái)（復(fù) 數(shù)運(yùn)算求解）。2、正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量模型（1）電路元件:+1 1U ：OU：= :IRI >_RU1-LUliloUL = j 丄lL+CUU對(duì)一般無(wú)源二端元件 Z當(dāng)電流相量與電壓相量的參考方向取

45、為關(guān) 聯(lián)方向時(shí)其該二端無(wú)源元件用相量來(lái)表示的伏安特性為：u； = z I；（該式稱為相量形式的歐姆定律）（2）基爾霍夫兩個(gè)定律的相量形式：KCL 送KVL : Z U = 0（3）電路的相量模型：將線性時(shí)不變正弦穩(wěn)態(tài)電路中各電路元件的時(shí)域模型均變?yōu)橄鄳?yīng)的相量模型，各元件的連接關(guān)系不變，便得到了電路的頻域相量模型。描述相量模型中電壓、電流關(guān)系的方程是復(fù)數(shù)線性代數(shù)方程。這種在頻域分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的方法稱為相量法。（4）相量圖：在復(fù)平面上用有向線段表示相量的圖形稱為相量圖。有向線段的長(zhǎng) 度為相量的模；有向線段與實(shí)軸的夾角為相量的幅角，且規(guī)定逆時(shí) 針?lè)较驗(yàn)檎?，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)。同頻正弦量的加、減運(yùn)算可借

46、助相量圖進(jìn)行。利用相量圖有時(shí)可以 簡(jiǎn)化電路分析。1.8 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)：正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析一般均在頻域內(nèi)應(yīng)用相量法進(jìn)行。通過(guò)引 入相量法，建立了阻抗和導(dǎo)納的概念，給出了 KCL、KVL 和歐姆定 律的相量形式，由于它們與直流電路分析中所用的同一公式在形式 上完全相同，因此能夠把分析直流電路的方法、原理、定律（如網(wǎng) 孔法、結(jié)點(diǎn)法、疊加定理、戴維南定理、等效電源原理）等直接應(yīng) 用于分析正弦電路的相量模型。學(xué)習(xí)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1、深刻理解復(fù)阻抗和復(fù)導(dǎo)納的定義。 弄清復(fù)阻抗與相量的區(qū)別， 復(fù)阻抗與電路元件參數(shù)和電源頻率的關(guān)系，復(fù)阻抗與電路感性和容 性特性的聯(lián)系，復(fù)阻抗與復(fù)導(dǎo)納的關(guān)系。會(huì)

47、熟練計(jì)算一端口電路的 等效復(fù)阻抗和串聯(lián)阻抗的分壓及并聯(lián)阻抗的分流。學(xué)習(xí)中可以對(duì)比 電阻的串并聯(lián)等效及分壓、分流的概念來(lái)加深對(duì)阻抗、導(dǎo)納的認(rèn)識(shí) 和理解。2、明確交流穩(wěn)態(tài)分析是用對(duì)應(yīng)的相量形式來(lái)表征各種關(guān)系， 相應(yīng)的運(yùn)算是復(fù)數(shù)的運(yùn)算。會(huì)熟練應(yīng)用相量法分析電路3、會(huì)畫電路的相量圖， 明確相量圖不僅能形象的表征出電路中 各量之間的關(guān)系，借助它的幾何關(guān)系有時(shí)還能方便地分析和簡(jiǎn)化計(jì) 算。通過(guò)相量圖弄清電壓三角形和阻抗三角形之間的聯(lián)系，理解交 流電路中分電壓（數(shù)值上）會(huì)大于總電壓、分電流（數(shù)值上）會(huì)大 于總電流的現(xiàn)象。4、明確在正弦電流電路中，由于電容、電感的存在，使電路中 出現(xiàn)能量的往返交換現(xiàn)象。學(xué)習(xí)中注

48、意弄清平均功率、無(wú)功功率、 視在功率、復(fù)功率、功率因數(shù)及最大功率傳輸?shù)母拍罴八鼈冎g的 聯(lián)系，理解功率因數(shù)提高的意義，會(huì)計(jì)算各種功率。2. 模擬電子技術(shù)自學(xué)指導(dǎo)模擬電子技術(shù)課程的主要內(nèi)容和需要掌握的知識(shí)點(diǎn)如下：2.1 基本概念和基本分析方法主要知識(shí)點(diǎn)： 信號(hào)的分類、模擬信號(hào)、模擬電路，模擬電子技術(shù)為什么選擇正弦信號(hào)作為研究對(duì)象？學(xué)習(xí)方法 : 攻其一點(diǎn)信號(hào)，不計(jì)其余，即其它內(nèi)容暫不必考慮，將其分散到各章相關(guān)內(nèi)容中詳細(xì)講解和討論。2.2 二極管及其基本電路主要介紹半導(dǎo)體的基本知識(shí)、PN結(jié)、二極管和二極管電路。主要知識(shí)點(diǎn) ：N型和P型半導(dǎo)體的形成、多子與少子；PN結(jié)與二極管的基本特性單向?qū)щ娦裕粚?dǎo)通

49、電壓、死區(qū)電壓和反向擊穿電壓；二極管電路的 4 種模型；二極管整流、限幅、穩(wěn)壓等應(yīng)用電路及其分析方法。穩(wěn)壓管的 穩(wěn)壓條件、穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓原理。學(xué)習(xí)方法 :以二極管的單向?qū)щ娦院退姆N等效模型為依據(jù)，分析各種二極管 基本應(yīng)用電路輸出量與輸入量的關(guān)系。難點(diǎn)提醒：緊緊抓住二極管的單向?qū)щ娦院退姆N等效模型， 靈活應(yīng)用于各個(gè) 具體電路的分析中。2.3 雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)主要介紹BJT的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部導(dǎo)電機(jī)制、內(nèi)部電流分配關(guān)系，三極 管的參數(shù)和特性； 共發(fā)射極電路、 共集電極電路和共基極電路的放大 條件，工作原理和分析方法。 比較上述三種組態(tài)放大電路的性能特點(diǎn) 及其使用場(chǎng)合； 定性解析放大電路的幅頻響應(yīng)

50、、 相頻相應(yīng)、低通電路、 高通電路、波特圖、帶寬等概念，分別弄懂影響電路低頻相應(yīng)和高頻 相應(yīng)的器件。主要知識(shí)點(diǎn)：BJT的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部導(dǎo)電機(jī)制、內(nèi)部電流分配關(guān)系三極管工作在不同區(qū)域的條件和特點(diǎn)；共發(fā)、共集和共基極電路的分析方法； 靜態(tài)工作點(diǎn)的作用和計(jì)算； 電壓增益、輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算； 共發(fā)、共集和共基三種組態(tài)放大電路的性能特點(diǎn)； 低通電路、高通電路、波特圖、帶寬、截止頻率等概念。學(xué)習(xí)方法 :（ 1）弄懂兩個(gè)關(guān)系 :a. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)行和分配，是理解放大電路工作原理的 基礎(chǔ)；b. 只有設(shè)置合適的直流（靜態(tài)）工作點(diǎn)，三極管電路才能成為放 大電路；若只接入直流電源而不接入信號(hào)源， 三極管

51、電路的放大作用 則是一句空話。（2）理解三種三極管電路的結(jié)構(gòu)、直流和交流工作原理；分析每 種電路的三個(gè)基本參數(shù)；區(qū)分每種電路的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。 難點(diǎn)提醒：三個(gè)電極電流的大小和相位關(guān)系、 三種電路輸出電量和輸入電量的大小和相位關(guān)系、為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)、每個(gè)放大電路為什么要使用交、直流兩個(gè)電源等問(wèn)題，務(wù)必理解清2.4 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路主要介紹MOSFE的種類，N溝道和P溝道MOS管的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機(jī) 制及主要參數(shù)；討論 MOSFE放大電路的靜態(tài)工作原理和動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì) 算，所用的分析方法與 2.4 所述內(nèi)容相似，望進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，以收事 半功倍之功效。結(jié)型FET也是本章介紹的主要內(nèi)容之一，其結(jié)構(gòu)、工作原

52、理、特 性、參數(shù)和電路的構(gòu)成、放大過(guò)程的分析與計(jì)算，與MOSFE電路有相似之處， 但重點(diǎn)應(yīng)注意其與前者的不同之處。 第 4章所討論的近似 估算法、 圖解法和小信號(hào)模型法等 3 種分析方法， 都可運(yùn)用來(lái)分析本 章的放大電路，望多加注意這一點(diǎn)。除此之外，還應(yīng)注意兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是對(duì)各種放大電路進(jìn)行 性能比較，找出共性和特點(diǎn)，以便因地制宜，碰到不同的工程實(shí)際情 況，運(yùn)用不同組態(tài)的放大電路。二是對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管而言，在選擇、使用 和存放中，要比晶體三極管更加小心，以免損壞這種嬌生慣養(yǎng)的 FET 器件。主要知識(shí)點(diǎn)：MOSFETJFET的種類及控制關(guān)系；NMO管和 PMO管的工作條件；NMO管和PMO管三個(gè)工

53、作區(qū)域的劃分； 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的基本分析方法。學(xué)習(xí)方法 : 利用 2.3 中所學(xué)知識(shí)與分析方法，進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)。難點(diǎn)提醒：雖然分析方法也是第 2.4 中所用的方法， 但場(chǎng)效應(yīng)三極管 與雙極結(jié)型三極管在結(jié)構(gòu)、內(nèi)部導(dǎo)電機(jī)制、特性曲線、放大條件、Q點(diǎn)設(shè)置、電路模型、所求參數(shù)等方面是有差別的， 必須細(xì)心區(qū)分。2.5 模擬集成電路2.5.1 集成運(yùn)算放大器主要介紹集成運(yùn)放的基本概念、集成運(yùn)放線性應(yīng)用電路的分析 等。主要知識(shí)點(diǎn) ：理想集成運(yùn)放的含義 ;虛短、虛斷和虛地概念 ;同相運(yùn)放、反相運(yùn)放、加法運(yùn)算和減法運(yùn)算等電路的輸出電壓與 輸入電壓的關(guān)系。學(xué)習(xí)方法:用“理想”代替“現(xiàn)實(shí)”，運(yùn)用“兩虛”和“ KCL

54、分析運(yùn)放輸出 電壓和輸入電壓的運(yùn)算關(guān)系（比例關(guān)系、通向與反相關(guān)系，加、減、 微分和積分關(guān)系等）。難點(diǎn)提醒： 何時(shí)存在“虛地” ? 集成運(yùn)放芯片內(nèi)部電路為何不要進(jìn)行分析 ? 由教材分析可見， 各種運(yùn)算結(jié)果似與集成運(yùn)放芯片無(wú)關(guān)， 那 么，運(yùn)放芯片是否可以去掉 ?2.5.2 模擬集成電路與 2.5.1 實(shí)屬同一內(nèi)容，之所以要進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，是因?yàn)閮蓚€(gè) 特殊的技術(shù)需要強(qiáng)調(diào)和詳細(xì)研究， 即直流偏置技術(shù)和零點(diǎn)漂移抑制技 術(shù)。因?yàn)槟M集成電路是高放大倍數(shù)的直接耦合的多級(jí)放大器， 其內(nèi) 部所需直流偏置電流很小且要求十分穩(wěn)定， 故一方面需要用一種特殊 的偏置電路來(lái)供電， 這就是利用專門的直流偏置技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái)的各

55、種 電流源電路；另一方面需要將電源的波動(dòng)、溫度的變化、元器件的更 換與老化等所帶來(lái)的靜態(tài)工作點(diǎn)的變化 （簡(jiǎn)稱零點(diǎn)漂移或零漂） 盡量 縮小，達(dá)到?jīng)]有信號(hào)輸入時(shí)便沒有信號(hào)輸出這種正常工作狀態(tài)， 這就 需要對(duì)內(nèi)部電路采取特殊措施， 從源頭上抑制零漂， 差動(dòng)放大器就是 為了抑制零漂而引入的。 需要掌握的主要知識(shí)點(diǎn)：電流源的種類、電流源在模擬集成電路中的用途； 差模信號(hào)、共模信號(hào)、共模抑制比等概念的含義； 差分式放大器的種類、抑制零點(diǎn)漂移的原理； 4類差動(dòng)放大器的主要參數(shù)計(jì)算； 實(shí)際集成運(yùn)放的組成部分（ 5 個(gè)）。學(xué)習(xí)方法 :由“ mini ”和“ perfect ”出發(fā)去思考本章各節(jié)內(nèi)容；將第 2.2

56、 中作為本章的基本應(yīng)用電路一起思考。 難點(diǎn)提醒： （1）為何要研發(fā)微電流技術(shù) ?（2）為何要研發(fā)差分式放大電路 ?（3）為何要研究防干擾技術(shù) ?這三個(gè)問(wèn)題是理解本章全部?jī)?nèi)容的邏輯主線。2.6 反饋放大電路 從反饋的基本概念開始，分別討論各類反饋的識(shí)別、 4 種反饋組 態(tài)的判斷、 負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響、 深度負(fù)反饋電路電壓放大倍數(shù) 的計(jì)算，以及引入負(fù)反饋的一般原則。需要掌握的主要知識(shí)點(diǎn) : 反饋的定義； 反饋電路的種類 （電壓/電流反饋、交流/ 直流反饋、正/負(fù)反饋、 串聯(lián) / 并聯(lián)反饋）；分別用什么方法來(lái)判斷這些反饋電路？負(fù)反饋對(duì)電路增益、 輸出量、 輸入/ 輸出電阻、抑制噪聲和干擾、 減少非線性失真等有何影響？什么情況下引入什么樣的反饋才合適？學(xué)習(xí)方法 : 抓住反饋電路的定義，判斷反饋電路組態(tài)的類型，弄懂反饋