【大学课件】《电路与模拟电子技术》电路

电路与模拟电子技术本课程旨在深入探讨电路基础理论和模拟电子电路设计原理，并涵盖关键概念和应用学生将学习电路分析、信号处理、放大器、滤波器等核心内容，并能够运用这些知识进行简单的电子电路设计与制作课程概述课程目标课程内容深入理解电路理论和模拟电子技主要涵盖直流电路、交流电路、术的基础知识，掌握基本电路分磁路、半导体器件、放大电路、析方法，为进一步学习数字电子反馈电路、运算放大器、模拟滤技术、嵌入式系统等奠定基础波器、稳压电路等内容学习方法理论学习与实践结合，通过课堂讲解、实验操作、课后练习、项目设计等方式掌握知识和技能电路基本概念电路组成电路类型电路包含导体、电源、负载、控制元件等电路类型主要包括直流电路和交流电路导体连接电源和负载，电源为电路提供直流电路是指电流方向恒定的电路，交流能量，负载消耗能量控制元件控制电流电路是指电流方向随时间变化的电路方向和大小电压定义单位12电压是电路中两个点之间电位差的量度，表示电流从高电位电压的国际单位是伏特（），一个伏特表示每库仑电荷移V点流向低电位点的驱动力动时获得的能量为一焦耳测量应用34电压可以用万用表、示波器等仪器测量，通常用符号电压是电路分析和设计中的关键参数，在各种电子设备中起“U”或表示着重要作用“V”电流电流的定义电流的单位电流的测量电流是指在导体中移动的电荷数量电荷的电流的单位是安培（），以纪念法国物理电流可以使用电流表进行测量，电流表通常A流动方向定义为电流方向学家安德烈玛丽安培命名连接在电路中，以测量通过电路的电流大小-·电阻电阻的定义电阻的单位电阻的分类电阻是材料阻碍电流流动的属性当电流流电阻的单位是欧姆，用符号表示欧固定电阻Ω1•过材料时，电阻会使一部分能量转化为热量姆表示当安培的电流流过导体时，导体1可变电阻•两端产生伏特的电压降1光敏电阻•热敏电阻•欧姆定律定律公式1I=U/R电流2单位安培A电压3单位伏特V电阻4单位欧姆Ω欧姆定律是电路理论中最基本定律之一它描述了电流、电压和电阻之间的关系，是分析和计算电路的基础电功率电功率的定义计算公式电功率表示电路中电能转换速度电功率等于电压乘以电流P=，单位为瓦特（），也等于电流的平方乘以电阻W U*I，或者电压的平方P=I^2*R除以电阻P=U^2/R功率单位应用常用单位还有千瓦（）、兆瓦电功率在电路分析、电器设计、kW（）等电力系统等方面有着广泛的应用MW电路中的能量形式电能热能机械能光能是电路中能量的主要形式，以电能转化为热能是常见的能量电能可转化为机械能，例如电电能可以转化为光能，例如电荷运动的方式传递转换形式，例如电阻发热动机将电能转化为旋转机械能灯将电能转换为光能LED串联电路定义串联电路是指多个元件首尾相连的电路电流从一个元件流向另一个元件，电流路径只有一条特点串联电路中的电流大小相等，各个元件的电压之和等于电源电压应用串联电路广泛应用于电子设备中，例如灯串、电源供电线路等示例例如，圣诞树上的彩灯通常以串联方式连接，它们共享相同的电流并联电路并联电路简介1并联电路中，元件共享相同的电压，电流则在各个支路分别流动电流关系2并联电路总电流等于各支路电流之和，可以用基尔霍夫电流定律来分析电压关系3并联电路各支路电压相等，与电源电压相同，可以用基尔霍夫电压定律来分析电阻关系4并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即总电阻小于任何一个支路电阻复杂电路的分析等效变换1将复杂电路转换为更简单的等效电路节点分析2通过应用基尔霍夫电流定律分析电路网格分析3利用基尔霍夫电压定律分析电路叠加定理4将多个电源的影响叠加分析复杂电路分析是电路理论中的重要组成部分，它允许我们理解和计算复杂的电路结构和行为通过掌握这些方法，我们可以有效地分析和解决各种电路问题，例如设计电源电路，放大电路，滤波电路等磁性电路基础磁场与磁力磁力线电磁铁磁场是由运动的电荷产生的，它对磁性材料磁力线是用来描述磁场的图形，它从磁铁的电磁铁是一种利用电流产生磁场的装置，其产生磁力，吸引或排斥北极开始，指向磁铁的南极磁性可以通过改变电流来控制磁场与安培环路磁场是磁铁周围空间中存在的一种特殊形式的物质安培环路定律描述了磁场与电流之间的关系，它可以用来计算磁场的大小和方向磁力线1描述磁场方向磁通量2通过某一面积的磁力线条数安培环路定律3磁场强度与电流成正比磁场强度4磁力线密度法拉第电磁感应定律变化磁场1当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中就会产生感应电动势感应电动势2感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，方向遵循楞次定律应用3法拉第电磁感应定律是发电机、变压器等电磁设备工作原理的基础自感与互感自感自感系数12电流通过线圈时，产生磁场，自感系数表示线圈自身产生的该磁场与电流相互作用，产生磁场强度，与线圈的形状、尺自感现象寸和绕线方式有关互感互感系数34两个线圈之间的相互作用，其互感系数表示两个线圈之间相中一个线圈的电流变化会感应互感应的程度，与两个线圈的另一个线圈的电压变化距离、形状和相对位置有关变压器及其应用变压器工作原理变压器利用电磁感应原理，将交流电从一个电压等级转换为另一个电压等级变压器由两个或多个绕在铁芯上的线圈组成，通过磁场耦合实现能量传递理想运算放大器理想特性应用广泛

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2.12理想运算放大器具有无限大的用于构建各种模拟电路，例如输入阻抗、零输出阻抗和无限放大器、滤波器、振荡器和比大的开环增益较器等高精度易于使用

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4.34理想运算放大器可实现非常高其简单结构和易于理解的操作的精度和线性度使它成为模拟电路设计的理想选择反馈原理与应用反馈的定义反馈是指将系统的输出信号返回到输入端，并与输入信号进行比较，从而实现对系统性能的调节负反馈负反馈是指反馈信号与输入信号相位相反，能够稳定系统，减小输出信号的波动正反馈正反馈是指反馈信号与输入信号相位相同，能够放大输出信号，可能导致系统失控应用举例反馈原理广泛应用于各种电子电路，例如音频放大器、稳压电源等正反馈电路放大输入信号1输出信号的一部分反馈到输入端增加信号幅度2正反馈会累积放大信号可能导致振荡3信号放大到极限，产生周期性波形正反馈电路的特点是输出信号的一部分反馈到输入端，并与输入信号相加这种反馈方式会放大输入信号，导致输出信号幅度不断增加如果放大程度足够高，输出信号可能会超过器件的承受能力，导致系统失控正反馈电路常用于振荡器、多谐振荡器等产生周期性信号的电路中负反馈电路稳定性增强负反馈可减少电路增益变化，提高电路稳定性失真降低负反馈可抑制非线性失真，提高电路输出信号质量带宽扩展负反馈可扩展电路带宽，提高电路对信号频率的响应阻抗匹配负反馈可改变电路输入输出阻抗，实现阻抗匹配仪表放大器应用精密称重系统血压测量仪器温度测量系统光学传感器系统仪表放大器可用于高精度称重在血压测量中，仪表放大器可仪表放大器能够放大热敏传感光电传感器输出信号微弱，仪系统，提高称重灵敏度和稳定以放大微弱的生物电信号，实器输出的微弱信号，用于温度表放大器可以放大信号，提高性现精准的血压监测测量和控制光学测量精度模拟电子电路设计电路设计流程常用的设计软件模拟电子电路设计需要考虑多个因素，例有很多软件可以帮助设计模拟电子电路，如器件特性、电路性能、成本等设计流例如、、Multisim PSpiceAltium程一般包括需求分析、方案选择、电路仿等这些软件可以进行电路仿真Designer真、实物调试等步骤，帮助工程师优化电路性能模拟滤波器频率选择滤波器类型电路实现应用领域通过控制不同频率信号的通过低通滤波器模拟滤波器通常由电阻、电容音频处理、图像处理、通信系•或阻挡，实现信号的滤波功能、电感等元件组成统等方面高通滤波器•带通滤波器•带阻滤波器•模拟开关电路模拟开关电路工作原理模拟开关电路可用于控制信号的通断当控制信号为高电平时，模拟开关导，实现信号的切换或隔离模拟开关通，信号可以无损通过当控制信号通常由半导体器件（如或为低电平时，模拟开关截止，信号无MOSFET双极型晶体管）组成，通过控制其导法通过模拟开关的切换速度通常比通或截止状态来实现开关功能机械开关快，并且可以被电子控制，应用广泛应用领域特性参数模拟开关在各种电子电路中都有应用模拟开关的特性参数包括导通电阻、，包括数据采集系统、信号处理电路截止电阻、切换时间、开关电压、隔、通信系统、音频设备等模拟开关离电压等，应根据实际应用选择合适可以实现信号选择、信号隔离、信号的模拟开关器件控制等功能稳压电路稳定输出电压电路组成应用场景稳压电路可以将不稳定的直流电压转换成稳典型的稳压电路包括参考电压源、误差放大广泛应用于电源系统、电子设备、仪器仪表定输出电压，保证电路的正常工作器、功率调节器等等，确保敏感电路的稳定工作示波器原理与使用示波器功能1示波器是一种电子测量仪器，它能将信号的变化以图形的形式显示出来，便于观察和分析工作原理2示波器通过电子束在荧光屏上扫描，并根据输入信号的幅度和时间变化来控制电子束的偏转，从而形成信号的应用场景3图形示波器在电子电路设计、调试、维修、信号分析等方面具有广泛的应用，是电子工程师必备的工具信号发生器及其应用信号发生器概述应用领域信号发生器是产生各种信号的电子设备它们可用于测试电路、调信号发生器在许多领域都有应用，例如电子工程、通信、生物医学试系统和进行信号处理实验和科研等常见类型选择因素常见的信号发生器类型包括函数发生器、任意波形发生器和音频发选择信号发生器时，需要考虑信号类型、频率范围、输出功率和精生器等度等因素常见测量仪表万用表示波器万用表是电子工程师常用的仪示波器可以显示信号的波形，器，可测量电压、电流和电阻提供电压随时间变化的图像等参数它们能帮助诊断电路故障，并它们在电路分析和故障排除中确定组件的性能非常有用，因为可以查看信号的形状和频率电子测量系统信号采集数据处理

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2.12使用传感器将物理量转换为电利用计算机或专用仪器对采集信号，进行数字化处理到的数据进行分析、计算和显示系统控制人机交互

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4.34根据测量结果，调节测量过程提供友好的界面，方便用户进或控制被测对象行设置、操作和查看测量结果电路实践与设计方案选择1选择合适的电路方案和元器件，以满足功能要求电路搭建2根据电路图，使用焊接工具和元器件进行电路搭建调试验证3使用测量仪器对电路进行调试，确保其正常工作优化改进4根据调试结果，对电路进行优化和改进，提高其性能电路设计与实践是将理论知识应用于实践的过程，通过实践可以加深对电路理论的理解，并积累实际操作经验。