电路与信号分析 郑秀珍 01

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1、第1章基础知识电路与信号的基本概念1.1电路的基本变量1.2电路的基本元件1.3电源1.4基尔霍夫定律1.5本书要研究讨论的主要内容有两个：一为电路分析，二为信号分析。本章将简单介绍“电路”与“信号”两个方面的基础知识：电路理论中的模型、基本元件、基本变量和基本定律；信号理论中信号的概念及常见信号;“电路”与“信号”两者之间的关系。1.1电路与信号的基本概念1.1.1电路及电路模型1.1.2信号与电路本节将介绍电路与信号的基本概念，以及两者之间的关系。实际电路是由若干电气元器件(如电阻器、电容器、电感器、半导体管、变压器、电源和开关等)按照人们预先规定的目

2、的(即功能)相互联接而构成的整体。这个整体提供了电流的通路。1.1.1电路及电路模型电路的形式、结构和繁简不同，其作用(或功能)各异。但其基本作用可分为两大类：一类是进行能量的传输、控制和转换，另一类是实现信号的传输、加工和处理。在通信技术中，后者是电路的主要作用。从能量传输功能看，电路可归纳为由电源、负载和导线三部分组成。图1-1-1给出了几种基本元件模型的符号图形。图1-1-1几种基本元件模型的符号图形由理想元件组成的电路称为电路模型或电路图。今后所提及的电路，均指电路模型，如图1-1-2所示，它是电路分析的对象。图1-1-2电路图平常所说的电阻、电容

3、、电感这三个名词，具有双重含义，它们既表示为电路元件，又可表示为元件的参数。理想元件是抽象的模型，没有体积大小，是集总参数元件。由集总参数元件组成的电路称为集总参数电路。在电路图中，每一个具有两个端子的元件(称为二端元件，又称单口元件，如图1-1-1所示)就构成一条支路。两条或两条以上支路的联接点称为节点，例如图1-1-2(a)中A、B、C、D点都是节点。在电路分析中，为方便起见，通常又将支路看成是由多个元件串联而成的组合，例如图1-1-2(a)中将串联的电阻R3和R4作为一条支路，串联的电阻R1和电源US作为一条支路，这时A点和C点可不算作节点。电路中任

4、一闭合路径称为回路，图1-1-2(a)中ABCDA、ABDA及BCDB都是回路。电路也称为网络，一般可分为平面网络和立体网络两种。平面网络就是可以画在一个平面上，而不致使任何两条支路交叉的电路，如图1-1-2(a)；否则，便称为立体网络或非平面网络，如图1-1-2(b)。网络按内部是否含有电源又可分为有源网络和无源网络，图1-1-2(a)为有源网络，图1-1-2(b)则为无源网络。电路仅限于集总参数的、线性的、时不变的电路。线性电路是由线性元件和电源组成的电路，线性电路的传输特性(即输出与输入间的关系)满足比例性(又称齐次性)和叠加性(又称可加性)。时不变

5、电路是指当输入延时时，输出也相应地延时，但波形不变。在通信、广播、电视或遥控遥测等系统中都进行着信息的传递。信息通常是用语言、文字、图像和数据等形式来表示的。为了便于传输与处理，又往往将它们变换成另一形式的变化着的物理量，如光、声、电等，并把这些形式称为信号，例如光信号、声信号、电信号等。因此，信号的变化即表现为物理量的变化，而物理量的变化就传递了一定的信息，只有变化的物理量中才可能含有信息。1.1.2信号与电路信号分为规则信号与不规则信号。规则信号(又称确定性信号)是指按一定规则变化的、可以用一个确定的数学函数式或波形来描述的信号。因此本书认为“信号”、

6、“函数”这两个名词具有相同含义。否则称为不规则信号(又称随机信号)。规则信号据其变化时有无重复性的特点可分为周期信号和非周期信号；按它的存在时间是否为连续的特点又可分为连续时间信号和离散时间信号。图1-1-3给出了几种常见信号的波形图。通常将输入电路的信号称为激励，而把经过电路传输和处理后的输出信号称为响应。图1-1-3常见信号1.2.1电流及其参考方向1.2.2电压及其参考极性1.2.3关联参考方向1.2.4电功率及其正、负号的意义1.2电路的基本变量电路变量有电流、电压、电荷、磁链、功率及能量。其中电流、电压和功率是本书中用得较多的三个变量，本书仅对电

7、流、电压、功率的定义作简要的复习，而主要讨论的是电流、电压的参考方向及功率的计算。电荷在导体中的定向运动形成电流。电流的大小即电流强度是单位时间里通过导体横截面的电荷量，可简称为电流，用字母i表示，即为(1-2-1)1.2.1电流及其参考方向在国际单位制中，电流、电荷和时间的单位分别为安培(A)(简称安)、库仑(C)(简称库)和秒(s)。电流不仅有大小，而且有方向性。大小和方向均不随时间而变化的电流称作恒定电流或直流电流，可用大写字母I表示，即I=q/t。习惯上规定正电荷在电路中运动的方向为电流的真实方向。在仅含一个电源的简单电路如图1-1-2(a)中，根

8、据上面的规定很容易判断电流的真实方向，但对多个电源组成的复杂电路，