电子电路

#基本概念

• 电荷Q 单位库伦C
• 电场
• 电流
  • 1A = 1C/s
  • 电流方向
    • 直流电流DC
    • 交流电流AC
    • 混合电流: 直流分量=平均值, 交流分量=偏离值
• 基尔霍夫电流定律 KCL
• 电压定律
• 电动势 单位伏特V
  • 描述其他能量形式转化为电能的能力
• 电源 提供电动势
  • 恒压源
  • 恒流源
  • 信号源
• 电压 单位伏特V
  • 描述两点之间的电位差
  • 描述电能转化为其他能量形式的能力
  • 1V = 1J/C
  • 电位=对地电压
    • 参考地G 电位为0
• 功率P
  • 电路释放能量的速率
  • 1W = 1J/s = 1V*A
  • P<0 表示电路从外界吸收能量 释放电压和电流
    • 例如 电容 电感
• 信号
  • 带有信号的随时间空间变化的电压或电流
  • 确定性信号
  • 随机信号
  • 伪随机信号

#电路系统

• 系统属性
  • 线性/非线性: 线性系统满足叠加性和均匀性
    • 叠加性 f(x1+x2) = f(x1) + f(x2)
    • 均匀性 f(ax) = af(x)
  • 时变/时不变: 时变系统的输出取决于输入信号的时间
    • f(x(t)) = y(t) != f(x(t-t0)) = y(t-t0)
  • 记忆/无记忆: 记忆系统的输出取决于输入信号的历史
    • 记忆: 电容
    • 无记忆: 电阻
• 端口抽象与网络
  • 端点: 从电路网络中引出的一个点 用于测量或者构建更大的网络
  • 端口: 电流始终相反的一对端点 (类似一个电路模块)
  • 端口条件: 一个电路系统只有能够定义出端口，才能够套用电路模型分析; 否则只能用电磁场方程求解
  • 多端口网络: 一个网络中有多个端口
    • 一般有一个接地端点
  • 电路功能一般是通过端口电量关系方程描述的
    • 流控网络: 电压随电流变化
    • 压控网络: 电流随电压变化
• 端口连接
  • 串联: 电流相同 电压相加
  • 并联: 电压相同 电流相加
  • 对接: 电压电流都相同
• 有源(active)网络: 能够自端口向外提供电能量
  • 太阳能二极管
  • 初始v>0的电容
  • 初始i>0的电感
  • 否则是 无源(passive)网络
• 理想电源
  • 理想电压源: 电压不随电流变化 v(t) = V
  • 理想电流源: 电流不随电压变化 i(t) = I
• 理想电阻 i(t) = v(t)/R
  • 电导 G = 1/R
• 线性内阻电源 真实电源的简化模型
  • 元件约束条件$\frac{i(t)}{I_{S0}} + \frac{v(t)}{V_{S0}} = 1$
  • 正弦波电源$\frac{i(t)}{I_{Sp}} + \frac{v(t)}{V_{Sp}} = cos(\omega t)$
  • 电压源(戴维南形式)$v(t) = V_{S0} + R*i(t)$
  • 电流源(诺顿形式)$i(t) = I_{S0} - \frac{v(t)}{R}$
  • 等效电路
• 等效电阻
  • 短路 v(t)=0
  • 开路 i(t)=0
  • 开关 关闭时相当于短路，开启时相当于开路
  • 受控开关 有两个端口 端口1控制端口2的导通
    • 逆变器 直流电源转交流电源
  • 二极管
    • 正向i随v接近指数增长
    • 简化模型相当于受控开关

#电路元件

• 电阻
  • $u(t) = R*i(t)$
• 二极管
  • PN结 阳极 阴极
  • 正向$i(t) = I_s(e^{v(t)/V_T}-1)$
    • 电压超过门槛值时导通 导通后电流随电压指数增长
  • 反向几乎不导通 超出反向击穿电压后导通
    • 作为稳压二极管
• 电容
  • $q(t) = C*v(t)$

#电路结构

• 压控振荡器VCO