車輛電子控制技術課程必備知識自學指導書2011版

1、車輛電子控制技術課程必備知識自學指導書2012年 3月編（2014 年 1月修改 ）、/. 前言車輛電子控制技術課程是車輛工程專業(yè)車輛電子控制技術研究 方向?qū)W生的一門專業(yè)學位課程，它涉及車輛結構和理論、機械基礎、 電子技術、控制理論、傳感器技術等知識，教學中要求研究生有較寬 廣的基礎知識和交叉專業(yè)知識。 近年來，跨專業(yè)報考車輛工程并選擇 車輛電子控制技術研究方向與技術開發(fā)的學生增多。 但是，來自不同 本科專業(yè)的學生，基礎知識結構相差很大，研究生學習本課程的水平 參差不齊，教學效果難于使每個學生都達到了教學培養(yǎng)的目標要求。 為此，編寫了該車輛電子控制技術課程必備知識自學指導書，擬幫助同學們在學習

2、車輛電子控制技術課程過程中通過自學掌握必備的知目錄一、 車輛電子控制技術課程教學知識體系 4二、車輛電子控制技術課程必備知識自學指導 9（一）機械學科基礎類知識 錯誤！未定義書簽。1. 機械制圖自學指導 錯誤！未定義書簽。2. 理論力學自學指導 錯誤！未定義書簽。3. 機械原理自學指導 錯誤！未定義書簽。4. 汽車構造自學指導 錯誤！未定義書簽。5. 汽車理論自學指導 錯誤！未定義書簽。（二）電子信息學科基礎知識 91. 電路分析基礎自學指導 92. 模擬電子技術自學指導 323. 數(shù)字電子技術自學指導 404. 單片機原理與接口技術自學指導 485. 電力電子技術自學指導 506. 自動控制

3、原理自學指導 54一、車輛電子控制技術課程教學知識體系車輛電子技術是現(xiàn)代汽車的一個標志性技術，從而車輛電子在國內(nèi)外也逐漸形成了一個產(chǎn)業(yè)，其技術的開發(fā)也日益呈現(xiàn)出高科技含量 和智能水平，同時需要技術開發(fā)人員具有綜合的知識和理論水平， 并 掌握一定的技術開發(fā)技能。因此，目前車輛電子產(chǎn)品企業(yè)普遍缺乏技 術開發(fā)人才，尤其車輛電子控制技術人才供不應求， 培養(yǎng)好這樣的人 才是當務之急的事情。車輛電子控制技術是一門典型的機電一體化課程，也是車輛工程 專業(yè)碩士研究生的重要專業(yè)（學位）課，搞好這門課程的教學，是培 養(yǎng)好車輛電子控制技術開發(fā)技術人才的重要環(huán)節(jié)。車輛電子控制技術涉及機械學、汽車構造、汽車理論、車輛動

4、力學、電子技術、單片機原理與接口技術、控制理論與控制技術等先導 課程知識，在此基礎上展開進一步的學習車輛電子控制技術較為容 易。但在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，由于學生本科階段是學習不同專業(yè)，很多還是跨學科考研，女口：考車輛工程研究生的考生有來自電子信息工程、 機械設計及其自動化、機械電子工程、計算機技術、交通運輸工程、 車輛工程等專業(yè)，因此對上述知識掌握不夠全面，如機械設計及其自 動化專業(yè)學生缺乏汽車構造、汽車理論、電子技術、控制理論等知識， 但電子與控制類學生對機械學、理論力學和車輛知識又沒有一個基本 的掌握，即便是車輛工程畢業(yè)的本科學生對控制理論和技術的掌握也 極其有限，因此，在學習本課程時，同學們

5、普遍感到學習難度大，掌 握起來不容易。車輛電子控制技術為何會涉及較廣的知識面呢？車輛是一種行 走機械，與一般的工業(yè)機械不同，要求其操縱控制精確、可靠、實時 性好。車輛電子控制技術雖然重點在于控制， 而從圖1所表示的車輛 控制結構框圖可見，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（盡管實際控制并不要求被控對 象有精確的建模，但針對其被控系統(tǒng)的動態(tài)特性選擇恰當?shù)目刂品椒?卻是必要的）。這就需要掌握好能對汽車系統(tǒng)進行動力學建模方法和 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)和機械系統(tǒng)研制及控制器硬件設計同步進 行?？?/p>

6、制軟件的先期開發(fā)往往采用計算機仿真技術完成，于是，控制 效果的好壞只能通過被控對象數(shù)學計算來體現(xiàn)， 這種情況下，被控對 象的精確建模尤為重要。期望輸岀給定輸入指令存儲器信號調(diào)理電路涉及機械、車輛構涉及單片微機（嵌入式微 處理器）、接口電路，控 制理論與方法，控制軟件 設計方法等知識造、車輛理論、動力學理論等知識驅(qū)涉及電工學、電磁學、電機學、機械動力學等知識動執(zhí)行器被控對象器實際輸岀控制器被控對象的理論建模方法主要涉及到汽車理論、車輛動力學、理 論力學、機械原理、汽車構造、機械制圖等課程中的一些重要知識和 方法，如：機械組成分析、機械構件或系統(tǒng)受力分析、運動學分析、 動力學分析、 車輛性能分析等

7、， 由這些知識點構成了一個建模過程的 知識體系（見圖 2）。在圖 2 所示的建模過程中，各個主要環(huán)節(jié)都需要應用一些相關知 識來完成。 例如，對車輛被控車輛機械子系統(tǒng)組成結構的分析是建模 環(huán)節(jié)的第一步，對已經(jīng)存在的結構（或者已設計的結構）首先必須借 助于機械識圖知識來看懂其組成關系和結構； 運用機械原理知識了解 和掌握構件間的相對運動關系、 運動副的類型和運動傳遞關系； 運用 車輛構造知識來明確該機械子系統(tǒng)應實現(xiàn)的功能。 第二步，運用理論 力學中的運動學理論和機械原理中的機構運動與機械傳動分析方法 對該機械子系統(tǒng)進行機械運動學分析， 明確其運動類型屬于轉(zhuǎn)動還是 平動或者是一種復合型運動， 為動力

8、學建模做準備。 由于系統(tǒng)運動狀 態(tài)變化的根本原因是系統(tǒng)所受的力和力矩， 所以第三步需要應用理論 力學中靜力學對系統(tǒng)進行受力分析。第四步和第五步是運用理論力學 中的動力學分析方法和車輛動力學理論對被控系統(tǒng)進行動力學分析 并完成動力學建模。第六步，在必要時可分析車輛被控子系統(tǒng)的性能 特性，為進行控制器設計打下基礎。進行性能特性分析所涉及的主要 知識和理論仍然是汽車理論和汽車動力學?？梢姡莆樟诉@些知識點和分析方法，就具備了車輛動力學建模 和分析應有的知識體系，學習車輛電子控制技術的難度將會大大降 低，同時，可以很好地為進行控制系統(tǒng)設計奠定基礎。V運動學知 *機構運動機械運動學I理K靜力學知*機械構

9、件的V動力學知-車輛動力機械動力學V車輛被控系 sz汽車理論 1 車輛被控系 *圖1結構中的執(zhí)行器是一個能量轉(zhuǎn)換裝置，它將電能直接（也可 通過液壓系統(tǒng)或氣動系統(tǒng)）轉(zhuǎn)換為機械能，因此對執(zhí)行器的建模也涉 及到電路原理知識、電工學、電磁學、電機學、機械動力學等理論知 識，或許還涉及液壓和氣動技術等。圖1結構中的傳感器也需要建立數(shù)學模型，也涉及到傳感器理論?？刂破鞯脑O計包括硬件和軟件設計兩個方面。硬件設計以電路分 析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、微機原理及接口技術、傳感器技 術、電力電子技術等課程知識為基礎；軟件設計以控制理論、計算機 語言、程序設計方法等知識為核心?？刂破髟O計的知識體系結構用圖 3反

10、映。在學習車輛電子控制技術時如何應用好上述機械和電子信息兩 大學科知識體系， 對于跨專業(yè)學習的研究生尤為困惑， 感到不知從何 學起？必須掌握哪些內(nèi)容？本車輛電子控制技術課程必備知識自學 指導書將可以為他們學習提供幫助。 二、車輛電子控制技術課程必備知識自學指導必備知識的自學從機械學科基礎和電子信息學科基礎兩個理論 體系分別按知識鏈結構順序開展。（二）電子信息學科基礎知識1. 電路分析基礎自學指導1.1 電路模型和電路定律學習指導：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)律來描述其中的過程。因為電路是由電 路元件構成的，因而整個電路的表現(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系（VCR; （2）電路聯(lián)接方式的約束（亦稱拓撲約束） 基爾霍夫電流定律（KCL和基爾霍夫電壓定律（KVL是概括這種 約束關系的基本定律。學習本章應注意以下幾個方面：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 義以及相互關系。 從電流、電壓實際方向的規(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、電壓的實際方向和參考方向 之間的關系，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)學關系式（VCR嚴格定義，元件的VCF僅與元件性質(zhì)有關，與元件接入怎樣的電路以及接入方式無 關。學習中要注重每一個元件的 VCR弄清其反映了元件的什么性 質(zhì)和特點。注意理想元件的電流、電壓參考方向的習慣標注法及與 XCR的關系。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，與構成電路的元件性質(zhì)無關，不論電路是由什么性質(zhì) 的（線性、非線性、時變、非時變等）集總元件所組成，基爾霍夫 定律總是成立的。學習中要注意基爾霍夫定律的數(shù)學表示式與電 壓、電流參考方向密切相關。4、會應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

13、習指導：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。學習本章應注意以下幾個方面：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化電路，方便求出結果。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、接和丫連接結構特點的基礎上，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系和計算各 等效電阻的方法。4、明確一個實際電源工作時表現(xiàn)出的外特性可以用一個非理想 電壓源模型或一個非理想電流源模型表征，因此，兩種實際電源模 型可以相互轉(zhuǎn)換。應用電路等效變換的概念，理解實際電壓源和實 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 方向之間的關系。注意，兩種實際電源模型等效變換的方式可以推廣應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上， 明確一個無源一端口 電路可以用其輸入電阻等效代換，熟練掌握輸入電阻的計算方法。1.3 電阻電路的一般分析學習指導：電路

15、的一般分析是指以KCL KVL為依據(jù)，結合元件的特性建立 以支路電流、或回路電流、或結點電壓為獨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 點電壓法。學習本章應注重以下幾個方面：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鍵是根據(jù) KCL KVL和元件的特性方程 列出電路的獨立方程組。因此，在學習中要緊緊抓住基爾霍夫定律 去理解這些方法，弄清獨立結點方程和獨立回路方程的含義及與結 點 n 和支路 b 的關系，能熟練地選取獨立結點和獨立回路。3、 弄清各種方程分析法中獨立

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點法中結點電壓的概念。弄清為什么回路 電流自動滿足KCL？為什么結點電壓自動滿足 KVL？理解回路法列 的是KVL方程，結點法列的是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。重點學會用觀察電路的方法，熟練寫出支路電流法、回路電流 法和結點電壓法的“方程通式”。要注意方程通式中各項的物理含 義，以及決定各項正負號的規(guī)律。5、弄清對含有無伴電流源和受控源支路的電路列寫回路電流方 程的方法，對含有無伴電壓源和受控源支路的電路列寫結點電壓方 程的方法。1.4 電路定理學習指導 ： 電路定理是電路理論的重要組成部分，學習中

17、應明確以下幾個 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 性關系的前提下對某類電路歸納總結出的，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、目的性強的特點。因此相對來說比 1.3 中的方法較難 掌握一些，但若應用正確，將使得一些看似復雜的問題的求解過程 變得非常簡單。學習中要重點做到深刻理解各定理的內(nèi)容，注意其 應用的條件，熟練掌握應用的方法和步驟。3、要認識到應用電路定理分析電路問題時， 有時是多個定理的 綜合應用，并往往與回路法、結點法等方程分析法結

18、合應用 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 路中各個獨立電源單獨作用在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù) 和。疊加定理的一個直接推論是齊性定理： 在線性電路中， 當所 有激勵（電壓源和電流源）都同時增大或縮小 心咅（K為實常數(shù)） 時，響應（電壓和電流）也將同樣增大或縮小 K倍。 應用疊加定理應注意的問題有：（1）疊加定理只適用于線性電路。（2）一個電源單獨作用時， 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）疊加時要注意各電壓、電流分量的方向。（5）對含受控源的線性電路， 疊加只對獨立源進行， 受控源應始終保留，且控制

19、量應是每次疊加時電路的相應的電壓或電流分 量。2、替代定理：對于給定的任意一個電路，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電壓等于 Uk的獨立電 壓源，或者用一個電流等于i k獨立電流源來替代，替代后電路中全 部電壓和電流均保持原有值。應用替代定理應注意的問題：（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：任何一個含有獨立電源、線性電阻和線性受控源的二端（一端口）網(wǎng)絡，對外電路來說，可以用一個電壓源（uoc）和電阻R的串聯(lián)組合來等效置換；此電壓源的電 壓等于該網(wǎng)絡的端口開路電壓，而電阻等于該

20、一端口網(wǎng) 絡中全部獨立電源置零后的輸入電阻。諾頓定理： 任何一個含有獨立電源、線性電阻和線性受控源的二端（一端口）網(wǎng)絡，對外電路來說，可以用一個電流源（isc）和電阻R的并聯(lián)組合來等效置換；此電流源的電 流等于該網(wǎng)絡的端口的短路電流，而電阻等于該一端口 網(wǎng)絡中全部獨立電源置零后的輸入電阻。諾頓等應用戴維南定理和諾頓定理應注意的問題：（1）戴維南定理與諾頓定理適用于線性網(wǎng)絡，但對外電路沒有限制，（2）等效是對外電路而言，對被等效的部分（內(nèi)部）不等效。（3）當被等效的一端口網(wǎng)絡內(nèi)部含有受控源時， 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)絡內(nèi)部獨立源均置零，用前面 介紹的求

21、等效電阻的各種方法。對不含受控源的網(wǎng)絡，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)絡內(nèi)部獨立源置零，而用開路電壓、短路電流法得到。4、特勒根定理：對于兩個具有相同拓撲結構的電路 N和N*，即 兩個電路的結點數(shù)和支路數(shù)相同。兩個電路對應支路具有相同的編 號順序，且各支路的電壓、電流均取關聯(lián)（或非關聯(lián)）的參考方向， 且設它們的支路電壓、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上式類似于一個電路的功率守恒方程。特勒根定理對電路中的元件性質(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成的電路；集總元件是具有下述性質(zhì)的元件：在任何時刻，流入二端元件的一個端子的電流一定等于從另一端子流出的電流，兩個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，對任一僅有唯一獨立源，且僅由線性電 阻構成的網(wǎng)絡，則獨立源所在端口與響應所在端口可以彼此互換位 置，而互換位置前后，激勵和響應的關系不變。該定理有兩種基本 形式，第一種是電壓源激勵，電流為響應；第二種是電流源激勵， 電壓為相應；-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 山二山時有ikj=ijk。Uj Uk下圖是第二種形式，在一對結點 a、b間接入一電流源ij，它在另 一對結點c、d間產(chǎn)生電壓為Ukj ；改在結點c、d間接入一電流源 i k，它在結點a、b間產(chǎn)生中電壓為Ujk。則有： =或uqik二山川。當ik =ij時有皿 二皿ij ikbdbdi j應用互易定理應注意的問題:(1) 互易定理是研究線性網(wǎng)絡在單一激勵下兩個支路間的電壓、電流關系。當激勵為電壓源時，響應為電流；當激勵為電流源 時，響應為電壓。(2) 應用互易定理時要注

24、意電壓、電流的方向，即支路電壓和電流 均取關聯(lián)參考方向或均取非關聯(lián)參考方向。(3) 含有受控源的網(wǎng)絡，互易定理一般不成立。備注：應用互易定理可以簡化有些電路的計算，但其主要作用是用 于深入研究線性電路的性質(zhì)。1.5儲能元件學習指導：電路中用理想電容元件表征存儲電場能量的現(xiàn)象，用理想電感 元件表征存儲磁場能量的現(xiàn)象。學習電容和電感這兩個儲能元件時 應注意以下幾個方面：1、弄清電磁感應定律、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、電荷與電場之間的關系等物理概2、認識到電容、電感的電流和電壓滿足微分和積分的關系，根 據(jù)這些關系式深刻認識電容、電感的動態(tài)性質(zhì)、記憶性質(zhì)和儲能性

25、 質(zhì)，會熟練運用這些關系分析、計算電容、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，用互相對比的方法來 加深對其性質(zhì)的理解和掌握。重要提示：1、電磁感應定律：只要穿過導體回路的磁通量發(fā)生變化回路中將產(chǎn)生感應電動 勢。導體回路中感應電動勢 e 的大小， 與穿過回路的磁通量的變化 率成正比，若閉合電路為一個 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 用時間，單位為s, £為產(chǎn)生的感應電動勢，單位為 V （伏）。感應電動勢的大小計算公式：1）E = n / t （普適公式）法拉第電磁感應定律，E:感 應電動勢（V） , n

26、：感應線圈匝數(shù)，/ t:磁通量的變化率2）E = BLv垂（切割磁感線運動） L:運動導體的有效長度（m）, v:速度（m/s） , B:勻強磁場的磁感應強度（T） 3）Em = nBS® （交流發(fā)電機最大的感應電動勢） Em感應電動勢峰值24）E = BL 3 12 （一端固定的導體以 3旋轉(zhuǎn)切割） w :角速度（rad/s） *磁通量 二BS :磁通量（Wb）, B:勻強磁場的磁感應強度(T) , S:正對面積(m2)*感應電動勢的正負極可利用感應電流方向判定電源內(nèi)部的電流方向：由負極流向正極* 自感電動勢E自=n/ t = L 1/ t L:自感系數(shù)(H)(線圈L有鐵芯比無鐵芯

27、時要大)， I:變化電流，？t:所用時 間， I/ t:自感電流變化率(變化的快慢)2、楞次定律：閉合導體回路中的感應電流，其流向總是企圖使感應電流自己 激發(fā)的穿過回路面積的磁通量，能夠抵消或補償引起感應電流的磁 通量的增加或減少?；蛘哒f：回路中感應電流的流向，總是使感應電流激發(fā)的穿過該回路的磁通量，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；對直流激勵來說電容相當 于開路。電容的國際制單位為：法拉（F）。但在實際應用中，法拉 這個單位太大了，常用微法（卩F）和皮法（pF）來標注。對于平 行板式電容器來說，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，電容值就會越大。電感：電感器中流過的電流不能突變；對直流激勵來說電感相當于短路。電感的一般結構為線圈。電感的國際制單位是亨利（H）; 線圈的電感量取決于線圈的形狀、環(huán)繞材料的磁導率、匝數(shù)、匝的 間隔及其它因素；對于單層線圈，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 長度（單位為米）；卩為磁芯的磁導率。長度與直徑比越大，公式 越精確。當長度是直徑的10倍時，實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域分析學習指導： 當電路中含有電容或電感元件時，這樣的電路稱為動態(tài)電路。動態(tài)電路的特征是：（ 1）當電路的結構或元件的參數(shù)發(fā)生變化時 （稱 為換路），其工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變需要經(jīng)歷一個過渡時期； （2）由于動 態(tài)元件的伏安特性關系是對時間變量 t 的微分或積分關系，因此， 描述動態(tài)電路的方程是微分方程，且方程的階數(shù)由電路中動態(tài)元件 的個數(shù)決定。學習本章應注重以

30、下幾個方面：1、明確掌握動態(tài)元件的儲能特性是理解動態(tài)電路的性質(zhì)和弄清 動態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)的區(qū)別的前提。明確動態(tài)電路換路時過渡過程產(chǎn)生 的原因是由于儲能元件換路時能量的存儲和釋放需要一定的時間 來完成，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 滿足磁鏈守恒，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。以上二條稱為動態(tài)電路的換路定 律。學習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，會根據(jù)換路定律確定 電路各量的初始條件。2、動態(tài)電路的分析涉及到

31、初始條件、時間常數(shù)、零輸入響應、零狀態(tài)響應、全響應、階躍響應、沖擊響應、強制分量、自由分量、 穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量的概念。學習中要把注意力集中在深刻理解這 些概念的物理含義上，了解其相互關系。3、 會用經(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系建立以時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應的齊次方程的解，而 特解是與輸入激勵的變化規(guī)律有關的量。避免死記書中的公式。4、對于一階電路的響應可以歸結為三要素公式：tf（t）二 f（：）f（ o ）一 f（ ：）e 一一把分

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

33、如何計算等問題。6、動態(tài)電路的階躍響應是指激勵為單位階躍函數(shù)時，電路中產(chǎn) 生的零狀態(tài)響應，學習中要弄清單位階躍函數(shù)的定義和特征，特別 要注意當激勵為復雜函數(shù)時，可以借助于單位階躍函數(shù)來表示，然 后結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復 雜激勵的響應。7、動態(tài)電路的沖擊響應是指激勵為單位沖擊函數(shù)時電路中產(chǎn)生 的零狀態(tài)響應，注意電路中的沖擊激勵往往使電容電壓和電感電流 初值發(fā)生躍變，因此動態(tài)過程可以分為兩段，第一階段為沖擊作用 時，電容相當于短路，電感相當于開路。利用這個等效電路確定電 容電壓和電感電流初值；第二階段為零輸入的動態(tài)過程；由于線性 電路中單位階躍響應s(t )與單位沖

34、擊響應h( t )之間滿足關系： h(t)=舸，會應用這一關系通過一階電路的單位階躍響應來求得沖dt擊響應。重要提示：1、一階電路的零輸入響應零輸入響應是指電路無外加激勵，僅由儲能元件的初始值引起 的響應。一階電路的零輸入響應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，已為電路的時間常數(shù)，兩者關系為 人。備注：時間常數(shù)反映了過渡過程的快慢，工程上認為經(jīng)過3 5時 間后過渡過程結束。時間常數(shù)只與電路的結構和參數(shù)有關，當電路為含電容電路時，.二RQ ;電路為

35、含電感電路時，.二lr。R是 電路中獨立源置零后從儲能元件兩端看入的等效電阻。2、一階電路的零狀態(tài)響應零狀態(tài)響應是指在零初始條件下，由外加激勵在電路中引起的 響應。描述一階電路零狀態(tài)響應的數(shù)學模型是一階非齊次常微分方 程，設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，電路中稱為響應的強制分量；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)。當激勵為直流或正弦時間函數(shù)時，強制分量也稱為穩(wěn)定 分量，相應的自由分量稱為暫態(tài)分量。3、一階電路的全響

36、應全響應為非零初始狀態(tài)的電路受到外加激勵時所引起的響應，描述其電路特征的方程是非齊次常微分方程。全響應有兩種分解方 法，(1)全響應二強制分量+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果。(2)全響應二零輸入響應+零狀態(tài)響 應；這種分解方法是線性電路應用疊加定理的必然結果。上述表明，可以利用全響應的兩種分解方法求取電路的全響應。4、三要素法三要素法是從求解一階電路經(jīng)典法中提煉出來的一種簡便方法。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，.為時間常數(shù)確定了三要素yc：)、y(

37、0 )和.，響應也就確定了，避免了列寫 微分方程和求解微分方程的過程。三要素法可方便地求解恒定激 勵、正弦激勵和周期性激勵等作用時一階電路的過渡過程。5、一階電路的沖激響應電路在單位函數(shù)(t)激勵下所產(chǎn)生的零狀態(tài)響應稱為沖激響應(t)=0,t 嚴 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)之間與之間的關系為:時域中分析沖激響應常用以下兩種方法:(1) 分成兩個時間段求解：t在0-到0+時間段，沖激電源作用 使電容或電感瞬間存儲能量，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，(

38、2) 利用單位階躍響應與單位沖激響應的關系求解：線性電路的單位沖激響應h(t)和單位階躍響應s(t)之間的關系為，h(t)=聲或 s(t)t=h( )d o0 -用此法求沖激響應時，階躍響應的表達式應寫為含有；(t)的形式。并注意；(t)的定義，不能與錯 6、二階電路的零輸入響應描述二階電路零輸入響應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為兩個不相等的負實根，響應形式為： y(t) = A2e“t。這種情況稱為過阻尼，響應是非振蕩性質(zhì)。(2) 特征根pi,p2為兩個相等的負實根，響應形式為： y(t) = AePlt A2teP2t。這種

39、情況稱為臨界阻尼，響應是非振蕩性質(zhì)。(3) 特征根Pi , P2為一對共軛復根Pi,2=-§±陰，響應形式為： y(t) = AeJsin(二)。這種情況稱為欠阻尼，響應是振蕩性質(zhì)。當=0時，為無阻尼情況，此時響應為不衰減的正弦波y(t) = As in (t 打。上述三種情況中兩個常數(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數(shù)的出始值來確定)7、二階電路的零狀態(tài)響應和全響應描述二階電路零狀態(tài)

40、響應或全響應的是二階非齊次常微分方程，它的解由特解和對應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)響應或全響應的性質(zhì)也只取決于特征根而與 激勵無關，求解方法與零輸入響應方法相同，只需多求一個特解。&二階電路的沖激響應二階電路沖激響應的求解方法和一階電路類似， 時域中常用兩種 方法。（1）分成兩個時間段；（2）利用單位階躍響應與單位沖激響 應的關系求沖激響應。1.7相量法學習指導：同頻率正弦電源激勵下的線性穩(wěn)態(tài)電路， 具有所有響應與激勵源 同頻率的特點，因此，求解電路的正弦穩(wěn)態(tài)響應，在數(shù)學上是求非 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、運算變?yōu)?復數(shù)的代數(shù)運算，從而大大簡化了正弦穩(wěn)態(tài)響應的數(shù)學運算。學習時應注意以下幾個方面：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、計時起點等術 語的含義及相互關系，能正確地用三角函數(shù)式和波形圖來表示正弦 量。2、明確相量法是建立在用復數(shù)來表示正弦量的基礎上的， 因此, 必須熟悉掌握復數(shù)的四種表示形式和它們之間的相互轉(zhuǎn)換，以及它 們在復平面上的幾何意義。特別要要弄清一個復數(shù)乘以（或除以）旋轉(zhuǎn)因子ej后在復平面上的幾何意義。3、明確相量法實質(zhì)上是一種變換，它通過相量把時域里求微分 方程正弦穩(wěn)態(tài)解的問題，“變換”為在頻域里解復數(shù)代數(shù)方

42、程的問 題。因此，學習中必須弄清什么是相量、相量和正弦量之間的對應關系，能熟練地把正弦量用相量表示，理解正弦量的加、減、求導、 積分可以變換為相量的加、減、乘以j.和除以j.的運算。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系，弄清感抗Xl和容抗Xc的物理意義，它們與頻率的關系。會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正弦量，如一個正弦形式的電流：i(t)=lmSin( t ,：i) = .21 sin( t '- ,)。可以由幅值 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)學理論，這樣一個正弦量 可以與一個復變函數(shù)建立起一一對應關系，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正弦函數(shù)形式的電流與一個最大值電流相 量和有效值電流相量建立起一一對應關系。類似可將一個正弦函數(shù)形式的電壓與一個最大值電壓相量和有 效值電壓相量建立起一一對應關系：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：還可以將一個余弦函數(shù)形式的電壓或電流與一個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應的關系 對應是“對應”而決不是“相等”；僅僅是為解決問題方便而換了 一個分析平臺，即時間域平臺（微分方程求解）換成頻域平臺（復 數(shù)運算求解）。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對一般無源二端元件 Z當電流相量與電壓相量的參考方向取

45、為關 聯(lián)方向時其該二端無源元件用相量來表示的伏安特性為：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：將線性時不變正弦穩(wěn)態(tài)電路中各電路元件的時域模型均變?yōu)橄鄳南嗔磕Ｐ?，各元件的連接關系不變，便得到了電路的頻域相量模型。描述相量模型中電壓、電流關系的方程是復數(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 度為相量的模；有向線段與實軸的夾角為相量的幅角，且規(guī)定逆時 針方向為正，順時針方向為負。同頻正弦量的加、減運算可借

46、助相量圖進行。利用相量圖有時可以 簡化電路分析。1.8 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析學習指導：正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析一般均在頻域內(nèi)應用相量法進行。通過引 入相量法，建立了阻抗和導納的概念，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、結點法、疊加定理、戴維南定理、等效電源原理）等直接應 用于分析正弦電路的相量模型。學習中應注意以下幾個方面：1、深刻理解復阻抗和復導納的定義。 弄清復阻抗與相量的區(qū)別， 復阻抗與電路元件參數(shù)和電源頻率的關系，復阻抗與電路感性和容 性特性的聯(lián)系，復阻抗與復導納的關系。會

47、熟練計算一端口電路的 等效復阻抗和串聯(lián)阻抗的分壓及并聯(lián)阻抗的分流。學習中可以對比 電阻的串并聯(lián)等效及分壓、分流的概念來加深對阻抗、導納的認識 和理解。2、明確交流穩(wěn)態(tài)分析是用對應的相量形式來表征各種關系， 相應的運算是復數(shù)的運算。會熟練應用相量法分析電路3、會畫電路的相量圖， 明確相量圖不僅能形象的表征出電路中 各量之間的關系，借助它的幾何關系有時還能方便地分析和簡化計 算。通過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）會大于總電壓、分電流（數(shù)值上）會大 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。學習中注

48、意弄清平均功率、無功功率、 視在功率、復功率、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，會計算各種功率。2. 模擬電子技術自學指導模擬電子技術課程的主要內(nèi)容和需要掌握的知識點如下：2.1 基本概念和基本分析方法主要知識點： 信號的分類、模擬信號、模擬電路，模擬電子技術為什么選擇正弦信號作為研究對象？學習方法 : 攻其一點信號，不計其余，即其它內(nèi)容暫不必考慮，將其分散到各章相關內(nèi)容中詳細講解和討論。2.2 二極管及其基本電路主要介紹半導體的基本知識、PN結、二極管和二極管電路。主要知識點 ：N型和P型半導體的形成、多子與少子；PN結與二極管的基本特性單向?qū)щ娦?；導?/p>

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。學習方法 :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 基本應用電路輸出量與輸入量的關系。難點提醒：緊緊抓住二極管的單向?qū)щ娦院退姆N等效模型， 靈活應用于各個 具體電路的分析中。2.3 雙極結型三極管及放大電路基礎主要介紹BJT的結構、內(nèi)部導電機制、內(nèi)部電流分配關系，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 及其使用場合； 定性解析放大電路的幅頻響應

50、、 相頻相應、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和高頻 相應的器件。主要知識點：BJT的結構、內(nèi)部導電機制、內(nèi)部電流分配關系三極管工作在不同區(qū)域的條件和特點；共發(fā)、共集和共基極電路的分析方法； 靜態(tài)工作點的作用和計算； 電壓增益、輸入電阻和輸出電阻的計算； 共發(fā)、共集和共基三種組態(tài)放大電路的性能特點； 低通電路、高通電路、波特圖、帶寬、截止頻率等概念。學習方法 :（ 1）弄懂兩個關系 :a. 三極管內(nèi)部載流子的運行和分配，是理解放大電路工作原理的 基礎；b. 只有設置合適的直流（靜態(tài)）工作點，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構、直流和交流工作原理；分析每 種電路的三個基本參數(shù)；區(qū)分每種電路的特點和應用場合。 難點提醒：三個電極電流的大小和相位關系、 三種電路輸出電量和輸入電量的大小和相位關系、為什么要設置靜態(tài)工作點、每個放大電路為什么要使用交、直流兩個電源等問題，務必理解清2.4 場效應管放大電路主要介紹MOSFE的種類，N溝道和P溝道MOS管的結構、導電機 制及主要參數(shù)；討論 MOSFE放大電路的靜態(tài)工作原理和動態(tài)參數(shù)計 算，所用的分析方法與 2.4 所述內(nèi)容相似，望進行對比學習，以收事 半功倍之功效。結型FET也是本章介紹的主要內(nèi)容之一，其結構、工作原

52、理、特 性、參數(shù)和電路的構成、放大過程的分析與計算，與MOSFE電路有相似之處， 但重點應注意其與前者的不同之處。 第 4章所討論的近似 估算法、 圖解法和小信號模型法等 3 種分析方法， 都可運用來分析本 章的放大電路，望多加注意這一點。除此之外，還應注意兩個方面的問題：一是對各種放大電路進行 性能比較，找出共性和特點，以便因地制宜，碰到不同的工程實際情 況，運用不同組態(tài)的放大電路。二是對場效應管而言，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。主要知識點：MOSFETJFET的種類及控制關系；NMO管和 PMO管的工作條件；NMO管和PMO管三個工

53、作區(qū)域的劃分； 場效應管放大電路的基本分析方法。學習方法 : 利用 2.3 中所學知識與分析方法，進行對比學習。難點提醒：雖然分析方法也是第 2.4 中所用的方法， 但場效應三極管 與雙極結型三極管在結構、內(nèi)部導電機制、特性曲線、放大條件、Q點設置、電路模型、所求參數(shù)等方面是有差別的， 必須細心區(qū)分。2.5 模擬集成電路2.5.1 集成運算放大器主要介紹集成運放的基本概念、集成運放線性應用電路的分析 等。主要知識點 ：理想集成運放的含義 ;虛短、虛斷和虛地概念 ;同相運放、反相運放、加法運算和減法運算等電路的輸出電壓與 輸入電壓的關系。學習方法:用“理想”代替“現(xiàn)實”，運用“兩虛”和“ KCL

54、分析運放輸出 電壓和輸入電壓的運算關系（比例關系、通向與反相關系，加、減、 微分和積分關系等）。難點提醒： 何時存在“虛地” ? 集成運放芯片內(nèi)部電路為何不要進行分析 ? 由教材分析可見， 各種運算結果似與集成運放芯片無關， 那 么，運放芯片是否可以去掉 ?2.5.2 模擬集成電路與 2.5.1 實屬同一內(nèi)容，之所以要進一步深入學習，是因為兩個 特殊的技術需要強調(diào)和詳細研究， 即直流偏置技術和零點漂移抑制技 術。因為模擬集成電路是高放大倍數(shù)的直接耦合的多級放大器， 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 的偏置電路來供電， 這就是利用專門的直流偏置技術設計出來的各

55、種 電流源電路；另一方面需要將電源的波動、溫度的變化、元器件的更 換與老化等所帶來的靜態(tài)工作點的變化 （簡稱零點漂移或零漂） 盡量 縮小，達到?jīng)]有信號輸入時便沒有信號輸出這種正常工作狀態(tài)， 這就 需要對內(nèi)部電路采取特殊措施， 從源頭上抑制零漂， 差動放大器就是 為了抑制零漂而引入的。 需要掌握的主要知識點：電流源的種類、電流源在模擬集成電路中的用途； 差模信號、共模信號、共模抑制比等概念的含義； 差分式放大器的種類、抑制零點漂移的原理； 4類差動放大器的主要參數(shù)計算； 實際集成運放的組成部分（ 5 個）。學習方法 :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用電路一起思考。 難點提醒： （1）為何要研發(fā)微電流技術 ?（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 ?這三個問題是理解本章全部內(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別、 4 種反饋組 態(tài)的判斷、 負反饋對電路性能的影響、 深度負反饋電路電壓放大倍數(shù) 的計算，以及引入負反饋的一般原則。需要掌握的主要知識點 : 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/負反饋、 串聯(lián) / 并聯(lián)反饋）；分別用什么方法來判斷這些反饋電路？負反饋對電路增益、 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？學習方法 : 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