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电子信息工程概论（第3版）_杨杰_AZW3_MOBI_EPUB_PDF_电子书（无页码）_杨杰

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第3章电子技术基础电路（Electrical Circuit）是由电气设备和元器件按一定方式连接起来的总体，也叫电子路或称电气回路。电路的规模可以小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。根据所处信号的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。模拟电路（Analog Circuit）是处理连续性电信号（电压、电流）的电路，其典型电路放大电路、振荡电路、线性运算电路（加法、减法、乘法、除法、微分和积分电路）。数字电路（Digital Circuit）是以二值数字逻辑为基础的，其工作信号是离散的数字号。电路中的电子晶体管工作于开关状态，时而导通，时而截止。其典型电路有振荡、寄存器、加法器、减法器等。集成电路（Integrated Circuit）是一种微型电子器件。它采用一定的工艺，把一个电路中需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其所有元件在结构上已组成一个整体，具有体积小、质量轻、寿命长、可靠性高等优点。微电子系统的设计就是按照所需求的功能，来设计具有某些功能的通用的或专用的集成路。即把所需功能用 CMOS 等电路实现，并按照版图设计的要求按特定的加工工艺制造，后生产出符合要求的集成电路产品。还可以把整个微型计算机系统都集成在一块硅片上，就是所谓的系统集成。 3.1 电路基础电路理论是高等学校电子与电气信息类专业的技术基础课，为该类专业后续的许多课程提供理论支持。本节将简要描述电路理论的基本概念和基础知识。对于本课程的深入学习，将在后面的专业课程中进行。 3.1.1 电路和电路模型电路是电流的流通路径。电路的基本功能是实现电能的传输和分配或者电信号的产生、传输、处理加工及利用。图 3-1 显示了一个简单的电路实物模型。图 3-1 电路实物模型在中学的物理中，我们已经知道一个最基本的电路必须包含三项要素：电源、负载和导线，如图 3-1 中标号 1、2、3 所示。但实际电路在运行过程中的表现却相当复杂，如图中电路的电池和灯泡要在数学上精确描述十分困难。为了用数学的方法从理论上判断电路的主要性能，必须对实际元件在一定条件下忽略其次要性质，按其主要性质加以理想化，从而得到一系列理想化元件。表 3-1 列出了电路中最常用的三个理想元件。表 3-1 电路常用理想元件所谓电路模型，就是把实际电路的本质抽象出来所构成的理想化的电路。将电路模型图用规定的理想元件符号画在平面上形成的图形称做电路图。 3-2 就是图 3-1 模型化后的电路图。图 3-2 电路图模型图 3-2 是电路中一个非常简单的电路模型图，它含有电阻、负载和电源等电路元件。电源是电路中极其重要的一个电路元件，它不仅是指大家所熟悉的电池、发电机之类的电源，还包括信号源等。按其是否依靠外部能源，可分为独立电源和非独立电源两类。独立电源又可分为独立电压源和独立电流源两种。电压源和电流源都是从实际电源抽象得到的电路模型，它们是二端有源元件，其电路图形符号和元件特性见表 3-2。日常生活中常见的实际电源（如发电机、蓄电池等）的工作原理比较接近电压源，其电路模型是电压源与电阻的串联组合。而像光电池一类的器件，工作时的特性比较接近电流源，电路模型是电流源与电阻的并联组合。表 3-2 电源的图形符号和元件特性上述电压源和电流源常常被称为“独立”电源，“独立”二字是相对受控电源而言的。受控（电）源又称“非独立”电源。受控电压源的激励电压或受控电流源的激励电流与独立电源的激励有所不同，后者是独立量，前者则受电路中某部分电压或电流控制。受控电压源或受控电流源因控制量是电压或电流，可分为电压控制电压源（VCVS）、电控制电流源（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）和电流控制电流源（CCCS）。这 4 种受源的图形符号和电路特性如表 3-3 所示。表 3-3 受控源电路图形符号和特性 3.1.2 基尔霍夫定律 1845 年，德国人 G.R.基尔霍夫提出集总参数电路中流入节点的各电流和回路各电压的固有关系的法则，该法则阐明了集总参数电路中流入和流出节点的各电流间和沿回路的各段电压间的约束关系，被称为基尔霍夫定律。基尔霍夫定律：如果将电路中各个支路的电流和支路电压作为变量来看，这些变量受到两类约束。一类是元件的特性造成的约束，如线性电阻元件的电压与电流必须满足 u = ri 的关系。这种关系称为元件的组成关系或电压电流关系（VCR），即 VCR 构成了变量的元件约束。另一类约束是由于元件的相互连接给支路电流之间或支路电压之间带来的约束关系，有时称为“几何”约束或“拓扑”约束，这类约束由基尔霍夫定律体现。基尔霍夫电流定律（KCL）指出：“在集......