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1、自我介绍,张轶 北京邮电大学电子工程学院教师,联系方式：电话：62282118办公室：教四楼440室电子邮箱：epic_,前 言,Fundamentals of Electric Circuit and Signal Analysis,电路与信号分析(基础）,整本书围绕着“信号”、“电路”和“系统”这三个核心展开讨论和分析。,课程内容,什么是信号？,信号（Signal）：指消息的表现形式与传送载体。消息（Message）：在通信系统中，一般将语言、文字、图像或数据统称为消息。,注意：消息与信息的区别！,信号种类很多，如声、光、电信号都很常见，而作为通信领域最为广泛出现的则是电信号。电流、电压、
2、电荷、磁链等都是电信号。,什么是电路？,通俗说，就是电流所通过的路径。它是由电路元、器件按一定方式组合而成的。我们习惯认为：电路是由若干电气元器件相互有机联接完成特定功能的整体。,掌握电路分析的基本概念、理论和一些基本分析方法，培养分析和解决问题的能力。,汽车电路,较复杂的电路我们一般也称其为电系统。,什么是系统？,系统：具有特定功能的总体，可以看作信号的变换器、处理器。,举例,重点研究:线性时不变系统的基本特性,综上所述,电路部分：学习电路的基本概念、规律、定理和分析方法，能够独立分析较复杂的电路问题。信号与系统部分：掌握常用确定性信号的基本概念、性质和信号作用于线性时不变系统的基本分析方法
3、。,参考书,简明电路分析基础 李瀚荪著 高等教育出版社,信号与系统郑君里等 清华大学出版社,电路 邱关源 西安交通大学,电路分析霍锡真等 北邮出版社,学习方法,听（笔记）、读、想、练,以上课教师的讲述为主！教材作为主要参考书！,电路理论的两大分支：,1、电路分析：给定电路结构与元件参数，求输入（激励）与输出（响应）的关系；,2、电路综合：给出输入输出的传输特性（即：输入与输出 之间的关系），求电路的结构和参数。,1-1 电路及集总电路模型,第一章 电路基础知识,电路定义：,例如：手电筒是日常生活中最简单的一个电路例子。,就是电流所通过的路径。它是由电路元、器件按一定方式组合而成的。,理想电路模
4、型,在一定条件下，突出其在电路中的主要性能，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。,理想电路元件模型：（理想元件、元件）,三种理想电路元件模型和符号：,R 电阻元件（resistor）,消耗电能并转化为非电能（热效应）,图片,L 电感元件(inductor）,C 电容元件（capacitor),存储或释放电场能量,存储或释放磁场能量,指无体积大小，特性集总在空间一点上的理想元件模型。,集总参数元件(lumped parameter element)：,集总参数电路：由集总参数元件组成的电路。,！电路理论分析的对象是电路模型而不是实际电路。,图片,图片,电路采用集总参数概念的条件：,元件
5、的尺寸 l 正常工作频率对应的波长 其中：=c/f,例1：无线电调频接收机接受100MHz的频率的信号，=3m，接收天线与接收机间的传输线即使只1m长，也不能作集总参数对待。,例2：我国民用电，频率为50Hz，波长为6000km，对以此频率工作的实验设备可按集总电路处理，但对远距离的电力传输线则要考虑电场、磁场沿电线的分布情况。,本课程的电路基本定律、定理的前提是：集总假设,下面首先讨论由电阻和电源组成的电阻电路（resistive circuit),1-2 电路的基本变量 电流、电压和功率,一、电流（current)及其参考方向(reference direction),单位名称：安（培）符
6、号：A（Ampere）,参考方向：任意选定的一个方向作为电流的参考方向。,例,I1=1A,I1=-1A,Direct Current,Alternating Current,实际电流方向：正电荷运动的方向。,分析电路时，首先应假设电流的一个参考方向，以此对电路进行分析、计算。由得出的电流正负值，可判断出实际的电流方向。,二、电压（voltage)及其参考方向（极性）(reference direction),电压（Uab）：单位正电荷从a点移动到b点所获得或失去 的能量，称为ab两点的电位差。,单位名称：伏(特)符号：V（Volt）,U 0,U 0,与电流一样，有了电压的参考方向和电压的正负值
7、，可判断实际电位。,三、关联参考方向(associated reference direction),电流的参考方向由电压参考极性的正极指向负极。,关联参考方向,非关联参考方向,小结,(1)分析电路前必须选定电压或电流的参考方向。,(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向 和符号），在计算过程中不得任意改变。,(3)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进 行，不考虑实际方向。,四、电路元件的（吸收）功率(power),功率单位：瓦（特）符号（W）,能量单位：焦（耳)符号（J）,关联参考方向下：p=u*i（W，瓦）,非关联参考方向下：p=-u*i（W，瓦）,将能量的传
8、输（流动）方向定为功率的正方向。,P 为正值，吸收功率；反之，供出功率。,P 0 实际吸收5W,(b)U=5V，I=-1A,P=-UI=-5(-1)=+5 W,P 0 实际供出5W,例 1:(a)U=5V，I=-1A,P=UI=5(-1)=-5 W,要将功率公式中的正、负号与将电压电流的值的正、负区别开。,例2：求所给电路的功率。,u=-2V,i=-5A,p=-ui=-10W,u=-8V,i=2A,p=ui=-16W,u=12V,i=-3A,p=-ui=36W,节点（node）：支路的联接点。,回路(loop)：电路中任一闭合的路径。,网孔(mesh)：内部不含支路 的回路。,1,2,3,支路
9、(branch)：电路中一个两端元件或具有两个端钮而由多个元件串联而成的组合。称为一条支路。,1-3 基尔霍夫定律（Kirchhoffs laws）,2个节点,3个回路,2个网孔,电网络（network)：包含较多元件的电路。,网孔是回路，但回路不一定是网孔,3个支路,在任一时刻，电路的任一节点，流出（或流入）该节点的所有支路电流代数和为零。,一、基尔霍夫电流定律（KCL定律，或称基尔霍夫第一定律）,物理基础:电荷守恒。,或,或,若规定流入为正，则流出就为负。,KCL又可表示为：,KCL的推广：,想象为广义的节点,对KCL的理解：,第二：KCL方程是系数为1，-1，0的线性齐次代数方程。它表明
10、了节点上各个支路电流受线性约束。,第三：KCL适合于任何集总参数电路。它只与元件的连接方式有关，与元件性质无关。,第一：流入节点电荷必须等于流出节点的电荷。这是因为遵守电荷守恒定律。,拓扑约束,运用KCL时需要和两套符号打交道：一是方程中各项前的正、负号。对KCL来说，正、负号取决于电流参考方向是流出节点还是流入节点。二是电流或电压本身数值的正、负号。该正负号反映的是参考方向与真实方向的对应关系。,正确列写KCL的注意点：,即：电路中任一回路，在任一时刻，沿该回路的所有支路电压的代数和为零。,二、基尔霍夫电压定律（KVL，或称基尔霍夫第二定律）,物理基础:能量守恒。,使用基尔霍夫电压定理（KV
11、L）强调以下两点：,第一：KVL方程是系数为1，-1，0的线性齐次代数方程。它表明一个回路中各个支路电压的线性约束关系。,第二：KVL适用于任何集总参数电路，它仅与元件的连接方式有关，与元件的性质无关。,列KVL方程时，必须选定回路的绕行方向。支路电压参考方向与回路绕行方向一致的取正号，相反的取负号。,例：,或：电压升=电压降 u3+u2=u1+u4+u5,u1-u2-u3+u4+u5=0,KCL，KVL使支路的电流和电压具有约束关系。此约束关系与构成电路的元件无关。因此在研究这些约束关系时，可用定向图（directed graph）表示。,支路,节点,上面的几何结构称为“图形”，或“图”。,若G中的任两个节点至少存在一条由支路构成的路径，图G成为连通图(connected graph)。否则，称为非连通图。,图论的起源,图论属于数学的一个分支，它是一个年轻但却迅速成熟的学科，它主要是研究事物之间客观规律。,哥尼斯堡桥问题,从任一陆地出发走遍七座桥（而且只走一次）再回到原地是否可行？,古普鲁士哥尼斯堡城的Pregel有七座桥将四块陆地相连。,1736年Euler（欧拉：圣彼得堡大学的数学教授）证明无解。原因：连通图每点连接的边数为偶数才能有解。,定值电阻,压敏电阻,返回,各种形式的电容器,返回,高频电感器,去耦电感器,直流-直流电感器,径向引线电感器,轴向引线电感器,返回,
