電路,信號與系統(tǒng)第一講

電路：電路分析基礎(chǔ)系統(tǒng)：信號與系統(tǒng)《電路與系統(tǒng)》

前言一、電路理論的發(fā)展歷史和發(fā)展?fàn)顩r：初期：電路理論形成的初期在19世紀(jì)~20世紀(jì)40年代，是從物理學(xué)的電磁學(xué)理論中發(fā)展出來的一門創(chuàng)新概念和方法的學(xué)科。標(biāo)志：1827年的歐姆定理、1847年基爾霍夫定理、1894年把復(fù)數(shù)用于電路計算、1920年實現(xiàn)濾波器、1921年提出四端網(wǎng)絡(luò)和黑盒子的概念等等。

20世紀(jì)50年代以來是電路理論自我完善不斷壯大的時期,從中分出多門學(xué)科。源動力：20世紀(jì)50年代開始的兩個“革命”即電子革命和計算機革命形成：線性網(wǎng)絡(luò)分析與綜合的理論。電路（網(wǎng)絡(luò)）分析：它的核心是在給定的電路結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)的條件下，找出電路輸入（激勵）與輸出（響應(yīng)）的關(guān)系。即，已知輸入求輸出。電路（網(wǎng)絡(luò)）綜合：在已知輸入和輸出的條件下，設(shè)計電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。即，給定技術(shù)指標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)碾娐啡崿F(xiàn)它。

二、通信理論的發(fā)展歷史1837年莫爾斯發(fā)明了電碼-電報；1876年貝爾發(fā)明了電話；1901年馬客尼等實現(xiàn)了橫渡大西洋的無線電通信；信號與系統(tǒng)是通信理論中一門非常重要的基礎(chǔ)課現(xiàn)今信號與系統(tǒng)的概念出現(xiàn)在極為廣闊的、各種各樣的領(lǐng)域中，在不同的學(xué)科中，信號與系統(tǒng)的物理特性是截然不同的。在系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)理論研究中，包括系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合，信號與系統(tǒng)著重系統(tǒng)分析。

信號、電路（網(wǎng)絡(luò))與系統(tǒng)之間有著十分密切的聯(lián)系，離開了信號，電路與系統(tǒng)將失去意義。電路中研究的問題是關(guān)心具體的電路及參數(shù)，關(guān)心局部、內(nèi)部；系統(tǒng)關(guān)注的是在給定信號形式與傳輸處理要求，系統(tǒng)是否與之相匹配，它應(yīng)具有怎樣的功能和特性，所以關(guān)心全局，外部。電路和系統(tǒng)二詞的主要差異體現(xiàn)在觀察事物的著眼點或處理問題的角度方面。《信號與系統(tǒng)》的地位、作用和任務(wù)?！靶盘柵c系統(tǒng)課程是電子、通信等類專業(yè)繼電路分析基礎(chǔ)課程后的又一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。它主要討論確定性信號的特性，線性非時變系統(tǒng)的特性，信號通過線性系統(tǒng)的基本分析方法及由某些典型信號通過某些典型系統(tǒng)引出的一些重要的基本概念。

要求通過本門課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)能掌握信號分析及線性系統(tǒng)的基本理論及分析線性系統(tǒng)的基本方法，應(yīng)能建立簡單電路系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對數(shù)學(xué)模型求解。本門課程為進(jìn)一步研究網(wǎng)絡(luò)理論、通信理論、控制理論、信號處理和信號檢測等學(xué)科內(nèi)容打下必要的基礎(chǔ)?！报D―摘自國家教委對《信號與系統(tǒng)》基本教學(xué)要求三、課程的上下級關(guān)系四、電路與系統(tǒng)課程的特點1、思想方法多樣化；2、物理概念清晰明確；3、數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)深入；4、難點重點一致；5、理想、抽象、基礎(chǔ)。五、主要參考書:

吳大正《信號與線性系統(tǒng)分析》（第4版）鄭君里《信號與系統(tǒng)》（第二版）邱關(guān)源電路(第四版）高等教育出版社李瀚蓀電路分析基礎(chǔ)高等教育出版社六、課程內(nèi)容安排：1、電路部分14學(xué)時2、信號與系統(tǒng)部分38學(xué)時3、實驗8學(xué)時。成績=實驗10%+平時成績（作業(yè)、小論文、小結(jié)、階段性測驗）20%+期末70%七、幾點要求：

1、要足夠重視，不要掉以輕心。2、課上認(rèn)真聽講，認(rèn)真做筆記，掌握重點、思路、方法。3、作業(yè)獨立完成，要抄題，畫圖。4、學(xué)會看參考書，適當(dāng)做些課外題。第一章電路的基本概念和基本定律本章重點：1、電路中常用變量：電壓、電流、功率；2、學(xué)習(xí)理想元件（電阻、獨立源、受控源、電容、電感）的模型及伏安關(guān)系；3、參考方向及關(guān)聯(lián)參考方向（難點）；4、基爾霍夫定律；5、電路的等效變換§1－1電路及電路模型集總假設(shè)一、電路1、定義：由電工設(shè)備和元器件按一定的方式聯(lián)接起來且為電流流通提供路徑的總體。2、電路的主要作用：(1)、進(jìn)行電能的傳輸、分配及轉(zhuǎn)換；(2)、進(jìn)行信號的處理。二、電路模型1、理想元件：是實際器件在一定條件下抽象化和理想化后得到的模型。2、電路模型：用抽象的理想元件及其組合近似地代替實際器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型?！?－1電路及電路模型集總假設(shè)集總參數(shù)元件：若實際電路的電器裝置的幾何尺寸與工作波長相比非常小以致可以忽略不計，這樣的器件稱為集總參數(shù)器件或元件。

理想化的集總參數(shù)器件沒有體積大小，即特性集中在空間一個點上，從一端流入的瞬時電流等于從另一端流出的瞬時電流。由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路稱為集總參數(shù)電路。三、集總假設(shè)§1－1電路及電路模型集總假設(shè)

在集總參數(shù)電路中，各種電現(xiàn)象（如電場、磁場）可以分別在不同的元件中考慮，電場只與電容元件有關(guān)，磁場只與電感元件有關(guān)，電阻只耗能，電場與磁場之間無相互作用，這種現(xiàn)象稱為集總假設(shè)。（電流與電壓只是時間的函數(shù)，而不是空間的函數(shù)）本課程討論的電路都是集總假設(shè)條件下的集總參數(shù)電路?！?－1電路及電路模型集總假設(shè)如：工業(yè)用電f=50Hz,(工作波長)=C/f（C為波速，一般為3108m/s)解得：=6000Km>>元件尺寸

集總假設(shè)成立。又如：微波中繼頻率為2000MHz，則算出=0.15m集總假設(shè)不成立?！?－2電路變量電壓電流及功率電路的基本變量：ｕ，ｉ，ｑ，

常用變量:ｕ，ｉ，ｐ(ｐ為導(dǎo)出變量)一、電流

1、定義：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量。

2、單位：Ａ（安培）、mA、A

abI1若算得I1>0，則參考方向與真實方向一致，若算得I1<0，則參考方向與真實方向相反。3、參考方向：是任意假定的方向，在電路中用箭頭標(biāo)明。§1－2電路變量電壓電流及功率1、定義：單位正電荷從一點移動到另一點獲得或失去的能量。ab+q二、電壓電壓真實的方向是從高電位指向低電位(電壓降的方向）。2、單位：V、ｍV、V§1－2電路變量電壓電流及功率

3、參考方向：是任意假定的方向，在電路中用參考極性“＋”、“－”標(biāo)出。ab+－U1若算得U1>0，則參考方向與真實方向一致，若算得U1<0，則參考方向與真實方向相反。表示為U1或Uab§1－2電路變量電壓電流及功率4、電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向一致，即，電流從高電位點流向低電位點，則稱u、i為關(guān)聯(lián)參考方向。ab+－ui采用關(guān)聯(lián)參考方向時，可以省略一套參考方向：如標(biāo)了電壓方向，則電流方向可以不標(biāo)，反之，如果標(biāo)了電流方向，則電壓方向可以不標(biāo)?！?－2電路變量電壓電流及功率

當(dāng)u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向時

無論關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)，都有：P>0時，表明電路吸收或消耗能量P<0時，表明電路產(chǎn)生能量或提供能量ab+－ui三、功率P當(dāng)u、i為關(guān)聯(lián)參考方向時單位：W§1－2電路變量電壓電流及功率ab+－UIEX1:已知：U=15v,I=3A,求功率P。注意：求功率時一定要注意符號：一是判斷是否為關(guān)聯(lián)參考方向，來確定公式前是否加負(fù)號；二是電壓電流本身的正負(fù)號；§1－2電路變量電壓電流及功率R解：P=UI=15x3=45(W)EX2:ab+－UI已知：U=15v,I=-3A,求功率P。R解：P=-UI=-15x(-3)=45(W)EX4：求P。-3A6v§1－2電路變量電壓電流及功率已知：u=-5v,I=3A,求功率P。ab+－UIEX3:解：P=UI=-5x3=-15(W)解：P=UI=6x(-3)=-18(W)為關(guān)聯(lián)方向§1－3電阻元件1、歐姆定律：(關(guān)聯(lián)參考方向)(非關(guān)聯(lián)參考方向)2、伏安關(guān)系：元件上電壓和電流的關(guān)系，簡寫為VCR(VAR)。在u-i平面上畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線iu0uiR+-

§1－3電阻元件3、線性電阻定義：凡在u-i平面內(nèi)能用一條過原點的直線表示的二端元件稱為線性電阻元件。4、電導(dǎo)〔單位西門子（S）〕：i=Gu5、線性電阻的兩種特殊情況：開路和短路。開路：i=0,（u軸），R＝∞，G＝0；短路：u=0,（i軸）R＝0，G＝∞K§1-4電容元件一、電容元件1、電容器的構(gòu)成：兩塊金屬板用絕緣介質(zhì)隔開就構(gòu)成了一個實際電容