计算机电路基础1.1
《计算机电路基础》电子教案
《计算机电路基础》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍了解《计算机电路基础》的课程地位和重要性掌握课程的学习目标和基本要求1.2 计算机电路概述了解计算机电路的基本概念掌握计算机电路的组成部分及功能1.3 电路的基本定律与分析方法掌握欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电路定律学会使用等效电路、节点分析、回路分析等方法分析电路第二章：数字逻辑电路2.1 逻辑电路的基本概念了解逻辑电路的定义和分类掌握逻辑门电路的原理及应用2.2 组合逻辑电路了解组合逻辑电路的定义和特点掌握常用的组合逻辑电路及其应用2.3 时序逻辑电路了解时序逻辑电路的定义和特点掌握常用的时序逻辑电路及其应用第三章：模拟电路3.1 模拟电路基本概念了解模拟电路的定义和分类掌握模拟电路的基本组成部分及功能3.2 常用模拟电路了解放大电路、滤波电路、稳压电路等常用模拟电路的原理及应用3.3 模拟电路的设计与分析方法学会使用节点分析、回路分析等方法分析模拟电路掌握模拟电路的优化设计方法第四章：数字电路与模拟电路的接口4.1 数字电路与模拟电路的转换掌握数字电路与模拟电路之间的转换方法4.2 模拟信号的数字化处理了解模拟信号数字化处理的基本概念掌握A/D转换器和D/A转换器的原理及应用4.3 数字电路与模拟电路的接口技术了解数字电路与模拟电路接口的设计原则和方法掌握接口电路的实例分析及应用第五章：电路仿真与实验5.1 电路仿真概述了解电路仿真的定义和作用掌握电路仿真软件的使用方法5.2 电路实验了解电路实验的目的和意义学会使用实验设备，进行电路实验第六章：常用电子元件6.1 电阻了解电阻的种类、特性及参数掌握电阻的测量和选用方法6.2 电容了解电容的种类、特性及参数掌握电容的测量和选用方法6.3 电感了解电感的种类、特性及参数掌握电感的测量和选用方法第七章：数字电路设计7.1 数字电路设计基础掌握数字电路设计的基本原则和方法学会使用数字电路设计工具和软件7.2 数字电路设计实例了解数字电路设计实例的基本原理学会使用数字电路设计实例进行实际设计7.3 数字电路设计中的常见问题及解决方法了解数字电路设计中的常见问题掌握解决数字电路设计问题的方法和技巧第八章：模拟电路设计8.1 模拟电路设计基础掌握模拟电路设计的基本原则和方法学会使用模拟电路设计工具和软件8.2 模拟电路设计实例了解模拟电路设计实例的基本原理学会使用模拟电路设计实例进行实际设计8.3 模拟电路设计中的常见问题及解决方法了解模拟电路设计中的常见问题掌握解决模拟电路设计问题的方法和技巧第九章：电子电路的故障诊断与维修9.1 电子电路故障诊断基础了解电子电路故障诊断的基本方法和步骤掌握电子电路故障诊断的工具和设备9.2 电子电路故障诊断实例了解电子电路故障诊断实例的基本原理学会使用电子电路故障诊断实例进行实际诊断9.3 电子电路维修技巧了解电子电路维修的基本方法和步骤掌握电子电路维修的技巧和注意事项回顾整个《计算机电路基础》课程的学习内容掌握课程的重点知识和技能10.2 课程拓展了解计算机电路领域的最新发展动态掌握课程相关的拓展知识和技能10.3 课程实践与应用学会将所学知识应用到实际项目中掌握计算机电路设计与应用的实践经验重点和难点解析重点环节：1. 章节1.3中的电路的基本定律与分析方法：这是理解后续电路分析和设计的基础，学生需要熟练掌握欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电路定律，以及等效电路、节点分析、回路分析等分析方法。
计算机电路基础(第三版)-电子教案 第1章
导体横截面的电荷数量，如果在时间t内，穿
过该点处导体横截面的电荷数量为q，则电
▪ ▪
流 这强 是度 一的个大平小均就值是 ，显i(然t) ， 时q(tt间) 越短，（这1个-1平）
均值越接近于真实值。
▪ 严格地说，电流强度的大小就是通过导体横截面的
电量q对时间t的变化率，即在极短的时间dt内，穿过该
▪ 在电场中，正负电荷的移动方向是相反的，在历史 上，已规定采用正电荷运动的方向作为电流的实际方向； 显然，负电荷移动的方向是电流的反方向。
[例1-1] 1.5C的电荷在导线中由a向b转移，
时间为0.5min，求电流强度的大小和方向。
[解]
I q 1.5 0.05 C/s 0.05 A t 0.5 60
理学中，电位参考点选在无穷远处；在电力工程 上常选大地作参考点；在电路分析，特别在电子 工程上，电位参考点选用一条特定的公共线，这 条公共线是该电路中很多元件的汇集处，而且常 常是电源的一个极。这个点一般和机壳相连，用 接机壳的符号“⊥”表示。这条公共线虽不一定 真正接地，有时也称为“地线”。在电路分析中， 选中了参考点以后，谈论电位才有意义。
▪1.1.1 电路的组成和电路图 ▪ 电流的通路称为电路，也称为电网络。它是 由电路元件按一定方式组合而成的。 ▪ 有两种常用的电路：一种是电力电路，另一 种是信号电路。 ▪ 无论哪一种电路，都有电源、负载和中间 环节三个基本部分。电源提供电能，用来把其 他形式的能量转换成电能；负载是用电设备， 通常指将电能转换成其他形式的能量而做功的 器件。但从广义上来说，人们往往也把后一级 电路称作前一级电路的负载，而前一级电路又 往往被看成后一级电路的电源。连接电源和负 载的导线、开关、变压器等电器设备就是中间 环节。它们起着传输、分配和控制电能的作用。
计算机电路基础课件
基
为欧姆、千欧、兆欧，分别用Ω、KΩ、MΩ表示。
础
2．电容器
电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应
用于隔直，耦合， 旁路，滤波，调谐回路，能量转换，
控制电路等方面。用C表示电容，电容器容量的基本电 位是法拉，用英文字母F表示。这个单位较大，常用的单 位有微法拉（µF）、纳法（nF）和皮法（pF）。
基 础
磁场。电感元件是反映电流产生磁场、存储磁场能量 这一物理现象的电路元件，符号如图1-7所示，电感
元件简称为电感。
图1-7 电感元件
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计 算 机 电 路 基 础
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1.2.2 电感元件
根据法拉第电磁感应定律，当电压和电流为关联参
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1.1.4 电路功率
计
算 机
【例1-1】 计算如图1-5所示各元件的功率，并指出该元件是
电
作为电源还是作为负载。
路
解: 图1-5（a）中电流I与电压U是关联参考方向，所以
基 础
P UI 5 2 10(W )，P＞0，说明元件A吸收功率，为负载。 图1-5(b）中电流I与电压U是关联参考方向，所以
由于电容电流取决于电容电压的变化率，即电压只有在 动态情况下才有电容电流，故电容元件也称为动态元件。
如果电容元件的电压和电流为非关联参考方向，其关系 为：
i C du dt
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1.2.4 元件参数
计
算
机
电
1．电阻器
《计算机电路基础》电子教案
《计算机电路基础》电子教案第一章：电路基础理论1.1 电流、电压和电阻的概念1.2 欧姆定律及其应用1.3 串并联电路的特点和计算1.4 电容和电感的特性及应用第二章：数字逻辑基础2.1 数字逻辑电路的基本概念2.2 逻辑门电路及其功能2.3 逻辑函数及其最小项和卡诺图表示2.4 常用逻辑门电路的功能和应用第三章：计算机电路组成3.1 计算机电路的概述3.2 微处理器的基本组成和工作原理3.3 存储器的作用和分类3.4 输入输出接口电路及其功能第四章：模拟电路与数字电路的接口4.1 模拟电路与数字电路的特点和区别4.2 模拟信号与数字信号的转换4.3 模拟电路与数字电路的接口技术4.4 常用接口电路及其应用第五章：计算机电路的故障检测与维修5.1 计算机电路故障的类型及特点5.2 故障检测方法及步骤5.3 常用检测仪器和工具的使用5.4 计算机电路的维修技巧和注意事项第六章：数字电路设计6.1 数字电路设计的基本原则和方法6.2 组合逻辑电路的设计与应用6.3 时序逻辑电路的设计与应用6.4 数字电路设计的实践案例第七章：计算机系统中的总线与接口7.1 计算机总线的概念与分类7.2 系统总线的标准与组成7.3 外设接口电路的类型与功能7.4 总线与接口电路的设计实例第八章：电源电路与接地技术8.1 电源电路的分类与性能指标8.2 电源电路的设计原则与方法8.3 接地技术的重要性与实现方法8.4 电源管理与节能技术第九章：计算机电路的EMI/EMC问题9.1 EMI/EMC的基本概念与分类9.2 计算机电路产生EMI的原因与抑制方法9.3 计算机电路的EMC设计原则与措施9.4 EMI/EMC测试与认证第十章：计算机电路的发展趋势与新技术10.1 计算机电路技术的演变与发展趋势10.2 集成电路的最新进展与特点10.3 新型计算机电路技术的应用案例10.4 未来计算机电路技术的前景与挑战重点和难点解析一、电流、电压和电阻的概念：重点关注电流、电压和电阻的定义及其相互关系。
计算机电路基础(第1章 电路的基本概念和分析方法)
二、电流源 1、理想电流源（简称电流源）的端电流不变，而端 电压要随负载的不同而不同。 两个特点： （1）输出电流为恒定值（直流电流源）或固定的时 间函数（交流电流源），与所接外电路无关； （2）电流源的端电压随外电路的不同而变化。
I Is
0
U
理想电压源
2、实际的电流源
输出电流则要随端电压的变化而变化。（因为实际电流源存在 内阻）。 ' R 实际电流源可以用一个理想电流源IS和内阻 i 相并联的模型 来表示，如图1-13（a）所示，图（b）是它的电压电流关系。 由图可以看出，实际电流源的输出电流I 为：
三、电流的参考方向 在分析电路时往往不能事先确定电流的实际方向，而且 时变电流的实际方向又随时间不断变化。因此在电路中很难 标明电流的实际方向。为此，我们引入电流的“参考方向” 这一概念。 参考方向的选择具有任意性。在电路中通常用实线箭头 或双字母下标表示，实线 箭头可以画在线外，也可以画在线 上。为了区别，电流的实际方向通常用虚线箭头表示，如图 1.3所示。 规定：若电流的实际方向与所选的参考方向一致，则 电流为正值，即i＞0；若电流的实际方向与所选的参考方向相 反，则电流为负值，即i＜0。如图1.3所示。这样以来，电流 就成为一个具有正负的代数量。
U I IS Ri
（1-10）
1.3.3 受控源 一、受控源的特点 输出电压或电流受电路其他部分电压或电流的控 制，因此称为“受控源”。受控源又称为非独立源， 也是有源器件。
例如，在电子电路中，晶体三极管的集电极电流 受基极电流的控制，场效应管的漏极电流受栅极电压 的控制；运算放大器的输出电压受到输入电压的控制； 发电机的输出电压受其励磁线圈的电流的控制等。这 类电路器件的工作性能可用受控源元件来描述。
计算机电路基础(1)电子教案
简单电阻电路的分析方法
将电路元件的伏安关系与基乐霍夫定律相结合，就形成各 种对电路分析的方法。 1．二端网络的等效概念 当电路中的某个部分，由一个或多个元件组成，但只有两 个端点（钮）与电路中的其他电路部分（外电路）相 连接时，则称该电路部分为一个二端网络 2．简单电阻电路的等效变换计算方法 3．戴维南定理指出：一个由电压源、电流源（本节仅包 括受控源的情形）及电阻构成的二端网络，可以用一 个电压源和一个电阻的串联等效电路来等效 4．叠加定理：当电路由电阻、多个电压源或电流源组成 时，任何一个支路上的电压或电流是各电源单独作用 时，在该支路上产生的电压或电流之和。
电路中的主要物理量有电压、电流及功 率等 电压及电流都是具有大小及方向的物理 量，其参考方向的假设是进行电路分 析的必要条件，但假设的任意性并不 影响计算结果的正确性。
电路中的基本元件电阻R、电感L和 电容C的伏安关系为uR=UiR， uL=L(diL/dt)和ic=C(duc/dt) 电容上的电压及电感上的电流一般不 会发生突变，在直流电路中，电容 相当于开路，电感相当于短路
教学重点、难点：
掌握电流的参考方向，电压的参考 极性；关联参考方向等概念 掌握电阻，电容，电感的伏安关系 式 掌握电压源，电流源的伏安关系式 掌握列写KCL，KVL的方法 掌握列写KCL，KVL及电路分析的概念 1．电路：是由若干电路元件按一定的方式相互连 接而成的联结体，其主要作用是产生或处理信 号及功率。电路中一般所涉及的元件有：电压 源、电流源、受控源、电阻、电感和电容等。 2．电路分析：在已知电路结构及参数的条件下， 求解电路中待求电量的过程。 3．电路设计：在设定输入信号或功率（能量）的 条件下，欲在输出端口产生给定的信号或功率 （能量），而求解电路应有的结构及参数的过 程。对于一个实际电路，电路分析的结果具有 唯一性，而电路设计的答案一般具有多样性。
《计算机电路基础》课 第一单元讲稿、问题、练习题分析---2012
《计算机电路基础》课第一单元讲稿、问题、练习题分析前言：本讲稿是《计算机电路基础》课的授课主线，以《电路与电子技术基础》作为参考教材。
由于课时紧张，所以按内容或类型划分单元讲述和考核。
第一单元：第一章、第二章。
第二单元：第三章、第四章、第五章。
第三单元：第六章、第七章。
第四单元：第八章、第九章。
第五单元：第十章、第十一章。
第一单元第一篇（第一章）电路分析的基本概念一、电路的概念：（参见书1.1）元件有：电阻（器）R、电源、开关、电容C、电感L等。
物理量：电流、电压、功率。
电路模型如右图1-1：干电池=U S+R S，导线电阻=R1，灯泡=R L。
图1-1二、电路的定律和计算例1-1 计算图1-2的电压U ab，电流i3，R2、R3、3V、6V电源的功率P。
图1-2解：(一) 准备知识：①理解欧姆定律 （IU 相关） )()()(欧伏安R U I =②理解电功率P （瓦）=U （伏）*I （安）应用P 式计算元件功率时，首先需要判断U 、I 的参考方向是否为关联方向，若为关联，则p = ui ；否则 p = - ui 。
计算结果若p ＞0，表明元件实际消耗功率（或吸收功率 ）；若p ＜0，表明元件实际发出功率（或产生功率） 。
③理解书上 1.2 电路的基本物理量电流参考方向的选择具有任意性。
电流参考方向在电路中通常用实线箭头或双下标表示。
而且规定：若电流的实际方向与所选的参考方向一致，则电流为正值，即i ＞0；若电流的实际方向与所选的参考方向相反，则电流为负值，即i ＜0。
电压参考方向（参考极性）的选择同样具有任意性，电压参考方向（“+”到“-”的方向）通常在电路图上用“+”表示参考方向的高电位端，“-”表示参考方向的低电位端。
或用双下标表示电压的参考方向，如u ab 表示电压参考方向从a 点指向b 点。
电压实际方向的判定与电流的类似（是u ab >0，还是u ab <0）。
a →b 点间的电压U ab = U a （a 点的电位）- U b （b 点的电位）,某点的电位就是该点到参考零电位间的电压。
计算机电路基础第1章 电路的基本概念和基本定律
1.3 .2 电容
4．电容的伏安特性
电容是一种能够储存电场能量的实际电路元件。假设电容两极板上 储存的电荷量为q，在两极板间建立的电压为u，那么就存在如下关 系：q=Cu
1.3 .3 电感
1.特性与功能：
隔交流、常和电容一起构成 LC 振荡器、 LC 滤波器、 LC 调谐电 路等
2.符号、单位：
的参考方向是让参考电流从参考电压的正极到负极流过时，称电压 和电流的参考方向为关联参考方向。否则是非关联参考方向。
1.3 电路的几种基本元件
1.3 .1 电阻 1.特性与功能：限流、分流、降压、分压、偏置 等 2.符号、单位：
电阻的单位是Ω（欧[姆]）
3.电阻的分类 电阻器有固定电阻和可变电阻之分，可变电阻常称作电阻器。 按材料分有碳膜电阻、金属膜电阻和线绕电阻等不同类型。
1.3 电路 .2 电容
1.特性与功能：
隔直流、耦合交流、旁路交流、滤波、定时和组成振荡电路等
2.符号、单位：
电容器的基本单位是F（法[拉]）， 常用的单位有： 微法（μF）、纳法（nF）、和皮法（pF）等
3.电容的分类 从结构上：固定电容和可变电容 从介质材料：瓷介、纸介、云母、涤纶、独石、铝电解、钽电解等 从用途：高频旁路电容、高频耦合电容、低频旁路电容、低频耦合 电容、滤波电容、调谐电容等。
电压源模型的外特性和电流源模型的外特性是相同的。囚
此，电源的两种电路模型相互之间是可以等效变换的，如图 1. 3. 12 所示。注意 : 电压源模型和电流源模型的等效关系只是对
外电路而言的，至于对电源内部，则是不等效的。
1.4 电能与功率 1.电能：单位为焦[耳]（J），工程上常采用千瓦时（kWh）作 为电能的单位，俗称1度电，文字标注为“W” 。 2.功率：是指单位时间内元件所吸收或发出的电能，单位为瓦 （W），文字标注为“P”。 功率可表达为某段电路上的电压与电流的乘积： 关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。 P＝U I 非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致 。 P＝－U I P＞0 吸收功率（消耗功率）为负载 P＜0 发出功率（产生功率）为电源
计算机电路基础
解：对于电池，由于UI取非
关联参考方向，则其功率为： P=-UI=-31=-3w（产生）
对于电阻，UI取关联参考方向， 则其功率为：
I=1A U=3v R U’
P=UI=3 1=3w（吸收）
图1.2.7
1.3 电路的基本元件
常见的有六种:电阻、电容、电感、电流源、电 压源、受控源。
1.3.1 电阻元件 U=IR（关联），U=-UI（非关联） 1.3.2 电容元件 C=q/u，i=Cdu/dt 1.3.3 电感元件 u=Ldi/dt
解: (1)将(a)图a,b两端开路，由(b)图求开路 电压Uoc，得
Uoc=-2 10+3=-17v (2)将3v电压源等效为短路，将2A电流源等
效为开路，得图(c)电路，则
Ro=4+10=14 (3)由图(d)戴维南等效电路求待求电压U：
U=-17 6/(14+3+6)=-4.4v
10
4 a
+
(c)
(d)
(a),(c)取关联参考方向；(b),(d)取非关联参考方向
1.2.3功率
元件上吸收的功率定义为:
关联
p 0,吸收功率
p
u
i
p
0,
产生功率
非关联
p 0,吸收功率
p
u
i
p
0,
产生功率
例:P 6 图1.2.6
i
i
+
–
u
u
– (a)
+ (b)
i –
u
+ (c)
返回
i + u –
(d)
戴维南定理：一个由电压源、电流源及电阻构成 的二端网络，可以用一个电压源Uoc和一个电阻 Ro的串联等效电路来等效。
《计算机电路基础》教学课件 001
两点之间的电位之差即为两点间的电压。从电场力做功概念来定义，电压 就是将单位正电荷从电路中一点移动到另一点电场力做功的大小，用数学式表 示，即为
u(t) dw(t) d q(t)
式中：dq为由a点移至b点的电荷量，单位为库仑（C）；dw为移动电荷dq电场 力所做的功，单位为J（焦耳）。
例用图
例 电路如图（a）所示，求电流I。 解 应用任意元器件与理想电压源并联和等效为该电压源互换等效原则，将图 （a）等效为图（b），再应用理想电压源串联等效，将图（b）等效为图（c）。 从而算出
I 66 A 2A 10 23
例用图
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律（KCL） 和基尔霍夫电压定律（KVL），它们是计算和分析 电路的基本定律，反映了电路中各电流、电压之间 的约束关系。
按照电路的作用分类，常见电 路有两大类：一类用于信号的传递 和处理，如扩音系统、电视接收系 统等，如图所示；另一类用于电能 的传输与转换，如照明和动力电路， 配电系统等。
扩音系统示意图
带电粒子的定向移动形成电流。例如，导体中的自由电子、电解液和电离 的气体中的自由离子、半导体的电子和空穴，都属于带电粒子或称载流子。
单位时间内通过的导体横截面的电荷量定义为电流，用i表示，有
i dq dt
式中： 为 时间内通过导体横截面的电荷量。பைடு நூலகம்在直流电路中，单位时间内通过导体横截面的电荷量是恒定不变的，有
IQ t
在国际单位制（SI）中，电荷量的单位是库[仑]（C），电流的单位是安[培] （A），时间的单位是秒（s）。在计算微小电流时，通常用毫安（mA）或微安 （μA）作为单位，它们之间的关系为
电源是电路中提供能量的元件，只有电阻而没有电源的电路中不可能有电流 存在，也就没有能量的转换发生。能将其他形式的能量转换成电能的装置称为有 源元件。本节介绍有源元件的两种电路模型。
计算机电路基础第1章
连接元件是指用于连接电源、 负载以及其他电路元件的导线 和辅助设备。
导线的电阻、电感、电容等电 气性能对电路的性能和稳定性 具有影响。
连接元件还包括开关、继电器 、接触器等控制元件，用于控 制电路的工作状态。
04
CATALOGUE
电路分析方法
欧姆定律
定义
欧姆定律是电路分析的基本定律之一，它指出在纯电阻电 路中，电压与电流成正比，电阻两端的电压与流过的电流 之比为定值。
电源的电压和电流特 性对电路的工作性能 和稳定性具有重要影 响。
电源的种类繁多，常 见的有干电池、铅蓄 电池、太阳能电池等 。
负载
负载是电路中消耗电能的设备或 元件，如灯泡、电机、计算机等
。
负载的阻抗特性决定了电路的工 作状态和效率。
根据阻抗特性，负载可分为纯电 阻、纯电容、纯电感等类型。
连接元件
公式
$V = IR$，其中V为电压，I为电流，R为电阻。
应用
欧姆定律在分析电路、计算电流和电压等方面具有广泛应 用。
基尔霍夫定律
01 02
定义
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。前者指出电 路中任意节点的流入电流之和等于流出电流之和；后者指出环路中电位 降之和等于电位升之和。
公式
对于电流定律，$∑I = 0$；对于电压定律，$∑V = 0$。
电感
电感是指线圈在磁场中产生感应电动势的本领，用符号L表示 。电感的单位是亨利（H），常用的单位还有毫亨（mH）和 微亨（μH）。电感是由导线绕成线圈形成的，线圈的自感电 动势与通过线圈的电流变化率成正比。
03
CATALOGUE
电路元件
电源
电源是将其他形式的 能量转换为电能的装 置，为电路提供所需 的电能。
电路分析课件
单直流电路的方法。 5.熟悉戴维南定理及叠加定理。 6.熟悉简单RC电路的过渡过程。 7.了解受控源的四种形式。
本章主要内容
1.1电路的组成及电路分析的概念 1.2电路中的主要物理量及参考方向 1.3电路的基本元件 1.4基尔霍夫定律 1.5简单电阻电路的分析方法 1.6简单RC电路的过渡过程
解：对于电池，由于UI取非
关联参考方向，则其功率为： P=-UI=-31=-3w（产生）
对于电阻，UI取关联参考方向， 则其功率为：
I=1A U=3v R U’
P=UI=3 1=3w（吸收）
图1.2.7
1.3 电路的基本元件
常见的有六种:电阻、电容、电感、电流源、 电压源、受控源。
1.3.1 电阻元件 U=IR（关联），U=-UI（非关联） 1.3.2 电容元件 C=q/u，i=Cdu/dt 1.3.3 电感元件 u=Ldi/dt
Rs a
I
Us U b
aI Is
Rs U b
电压源
电流源
1.3.6 受控源
受控源是一种四端控制元件，由控制支路和受控支 路两部分组成。四种类型受控源：
点的电压。
电路中A、B两点任意标定的电压极性称为电 压的参考极性。
若UAB >0,则电压的真实极性与参考极性相同。 若UAB <0,则电压的真实极性与参考极性相反。 如：UAB =2V，说明电压的真实极性与参考极
性相同， UAB =-2V,说明电压的真实极性与参 考极性相反。
P5例1.2.1
例1.2.1 在图1.2.4中,方框泛指电路中的一般元 件,试分别指出图中各电压的真实极性。
《计算机电路基础》电子教案
《计算机电路基础》电子教案一、教案概述1.1 课程定位《计算机电路基础》是计算机科学与技术专业的入门课程，旨在帮助学生了解计算机电路的基本原理和基本组成，为后续专业课程打下基础。
1.2 教学目标通过本课程的学习，使学生掌握计算机电路的基本概念、基本原理和基本分析方法，具备分析和设计简单计算机电路的能力。
1.3 教学内容本课程主要内容包括：计算机电路的基本概念、数字逻辑电路、模拟电路、计算机电路的设计与分析等。
二、教学方法2.1 授课方式采用讲授、实验、讨论相结合的方式进行教学。
2.2 教学工具使用多媒体课件进行授课，配合实验设备进行实验教学。
2.3 学习评价采取平时成绩和考试成绩相结合的方式进行评价。
三、教学安排3.1 课时安排共计48课时，其中理论课32课时，实验课16课时。
3.2 教学进度安排第1-8周：计算机电路的基本概念、数字逻辑电路；第9-16周：模拟电路、计算机电路的设计与分析。
四、教学资源4.1 教材《计算机电路基础》，作者：，出版社：清华大学出版社，出版时间：2024年。
4.2 实验设备数字逻辑电路实验箱、模拟电路实验箱、示波器、信号发生器等。
五、教学实践5.1 实验安排实验内容包括：数字逻辑电路实验、模拟电路实验等。
5.2 实践要求5.3 实践评价实验成绩将根据学生实验报告的质量、实验操作的正确性等进行评价。
六、教学辅助材料6.1 课件提供包含图文并茂、生动活泼的课件，以便学生更好地理解和掌握课程内容。
6.2 习题库为学生提供丰富的习题库，包括选择题、填空题、判断题和计算题等，以便学生进行自我测试和学习效果的评估。
六、学习指导与辅导7.1 学习指南为学生提供详细的学习指南，包括学习目标、学习内容、学习方法等，以便学生进行有目的的学习。
7.2 辅导安排安排定期辅导时间，为学生提供面对面的辅导机会，解答学生在学习中遇到的问题。
八、课程考核8.1 考核方式课程考核采取期末考试和实验报告相结合的方式进行。
计算机电路基础
图1.1+ U －I计算机电路基础（一）模拟试题二一、 填空题（每空2分，共30分）1、两个互为等效的电路，它们对外电路的作用 ，它们内部电路的物理量是 。
2、在图1.1中若U = 1.5V 、I = 0.2A ，则元件上消耗的功率 P = 。
3、三极管是一种 控制器件，要使三极管工作在截止状态，应使其控制量 。
4、将十进制数(147)10转变为二进制数为 ，十六进制数为 。
5、写出图1.2电路的逻辑函数表达式：F 1= 、 F 2 = 、F 3 = 。
6、已知CMOS 非门电源电压为12V ，则它的阈值电压U TH = 。
７、优先编码器的输入端I 0, I 1, I 2, I 3, I 4, I 5, I 6, I 7中 优先权最高。
８、用T 触发器实现Q n+1= Q n ，应使输入T ＝ 。
９、图1.3电路是 。
设触发器初始状态均为0，则第二个CP 信号来后Q 2Q 1Q 02 图1.2AB C 1F 3& ≥1= 。
二、选择题（每题2分，共１0分）１、图2.1电路与图2.2中的 电路等效。
2、电容元件的 不能突变。
A 、电频率B 、电流C 、端电压 3、逻辑函数F = A B + CD ，其反函数为 。
)()(D C B A F C D C B A F B D C AB F A +⋅+=+⋅+=+⋅=）（、）（、、４、一个两位数值比较器，当它的输入A 1A 0B 1B 0为1011时，它的输出信号（A<B ）、(A=B)、(A>B)为 。
A 、100B 、010C 、0015、在下列电路中属于组合逻辑电路的有 。
(允许多选) A 、寄存器 B 、译码器 C 、全加器D 、计数器图2.1IU SUC图2.2图1.3图3.1A BU DD三、简述题（每题4分，共12分）1、 画出二极管在导通和截止区的伏安特性曲线，并简要说明二极管的导电特性。
2、 简述基尔霍夫电压定律。
绪论与计算机基础知识(1.1-1.2,数制和逻辑电路)
（1）采用二进制代码表示数据和指令 计算机是处理信息的工具，所处理的信 息称为数据。 计算机的具体的工作表现为执行程序， 而程序的最终可执行形态是指令序列，即 若干用数字代码表示的机器指令。 数据和指令都采用二进制代码表示，则 它们在外形上并无区别都是由0或1组成的 代码序列，只是各自约定的含义不同而已。
19
（3）十六进制数(Hexadecimal)
1、具有16个数字符号0 ， 1 ， 2 ， · · 9 ， ·， A ， B ， C ， D ， E ， F； 2、由低位向高位进位是按“逢16进1”的规则进行 的； 3、基数为16，第i位的权为 16i。 其中 i=n，n-1，· · ·，2，1，0，-1，2，· · · 规定整数最低位的位序号i=0 例：(19BF.ABE)16 =19BF.ABEH = = 1×163+ 9× 162+ 11×161+ 15×160+ 10×16-1+ 11×16-2+ 14×16-3
1110110101100.10101
0001110110101100.10101000
↓ ↓ ↓ ↓
1 D A
↓ ↓
C. A 8
1110110101100.10101B = 1DAC.A8H
26
例. 0.625转换成十六进制数 0.625 × 16 = 10.0 0.625 = 0.AH 例. 208.625 转换成十六进制数 208.625 = D0.AH
主要内容：
各种常用记数制和编码以及它们 相互间的转换； 二进制数的算术运算和逻辑运算； 符号数的表示及补码运算； 二进制数运算中的溢出问题
15
计算机电路基础(1)-1-总纲
例： A +
u
-
B
u>0 参考极性与真实极性相同 u<0 参考极性与真实极性相反
请问： 时电压的真实极性？ 请问：此图中u =-2V时和u =3V时电压的真实极性？ 时和 时电压的真实极性
计算机电路基础(1)
第一章 电路分析的基础知识
电路中的主要物理量和参考方向
关联方向和非关联方向
电路中某元件上的电压的参考极性与电流的参考方向相一致为 关联参考方向，否则为非关联参考方向 关联参考方向，否则为非关联参考方向
i2=-2A, i3=-1A, i4=-7A,求i5
解题方法： 解题方法： 1.观察节点电流的方向 观察节点电流的方向 2.确定各电流的正负（流入为正，流出为负） 确定各电流的正负（ 确定各电流的正负 流入为正，流出为负） 3.列出 列出KCL方程 列出 方程 －i1 + i2 + i3 - i4+i5=0 4.将已知的值代入。 将已知的值代入。 将已知的值代入OS管极其特性 管极其特性
计算机电路基础(1)
总纲
第一章 电路分析的基础知识 第二章 半导体基本器件 第三章 开关理论基础 第四章 门电路 第五章 组合逻辑电路 第六章 时序逻辑电路 第七章 存储器和可编程逻辑器件 第八章 数字系统基础
1. 2. 3. 4. 基本门电路及其运算 逻辑代数的运算法则和公式 最小项的表示形式及其意义 代数法和卡诺图法化简
U
b
计算机电路基础(1)
第一章 电路分析的基础知识
实际的电压源和电流源
R +
I
a +
I Is
a + R
Us
b
U
b
计算机电路基础(1)
EWb计算机电路基础实验指导1-12实验.
基于Electronic Workbench 虚拟电子实验室的计算机电路基础实验指导书郭迪新编二○一一年九月目录EWB概述实验一、实验平台的熟悉，基尔霍夫定律实验二、晶体二极管和三极管的检测实验三、晶体管单管共射电压放大电路实验四、负反馈电路实验五、集成运放基本运算电路实验六、集成电压比较器设计与调试实验七、基本门电路的测试实验八、组合逻辑电路（译码器）实验九、组合逻辑电路（用MSI设计组合逻辑）实验十、触发器电路分析测试实验十一、时序逻辑电路（十进制计数器电路设计）实验十二、555多谐振荡器电路设计附：计算机电路基础实验项目表EWB电路实验概述EWB英文全称Electronics Workbench，是一种电子电路计算机仿真设计软件，北称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。
它是加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司于1988年开发的，它以SPICE为基础，具有如下突出的特点：1、EWB具有集成化、一体化的设计环境2、EWB具有专业的原理图输入工具3、EWB具有真实的仿真平台4、EWB具有强大的分析工具5、EWB具有完整、精确的元件模型本实验指导书所列入的实验是建立在EWB平台上的，在普通微机上完成的实验。
要求实验者首先要熟悉EWB的基本操作。
实验一、实验平台的熟悉，基尔霍夫定律实验目的：熟悉EWB仿真实验平台；验证基尔霍夫定律、加强对基尔霍夫定律的理解。
实验条件普通微机、Electronic Workbench软件。
实验要求1、要求在实验前熟悉Electronic Workbench软件的基本使用；2、预习课程相关内容（基尔霍夫定律）、实验电路分析；3、认真做好实验，并填写实验报告。
实验原理基尔霍夫定律是电路的基本定理。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定理（KVL）。
即对电路中的任一个节点而言，应有∑I=0；对任何一个闭合回路而言，应有∑U=0。
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计算机电路基础1.1
启发思考，引出问题：
电路的基本知识和基本物理量以及各物理量的计算方法
【新课讲授】
教学方法：多媒体展示，例题分析与练习习题相结合。
如果要丰富这一演讲稿，分以下几项任务完成：
任务一：电路的作用与电路模型以及集总假设的概念
1.1.1 电路的作用
电路: 电流流通的路径。
电路的作用:电路是实现电能的传输和转换。
电路组成:
电源: 是向电路提供电能的设备
负载: 是指各种用电设备和元器件总称
中间环节部分: 由电子元器件组成完成复杂功能的电子系统。
1.1.2 电路模型
实际的电元件往往都不是单一参数的理想元件。
为了突出元件的主要特性，忽略其次要因素，把它近似地看成单一参数的理想电路元件。
用理想电元件所组成的电路，称为实际电路的电路模型。
电路模型是对实际电路抽象和概括。
1.1.3 集总假设
为了简化对器件性能的描述和简化对电路分析和计算，假设在一定的条件下，忽略其次要物理过场，只考虑实际元件的主要特性，这样假设称为集总假设。
集总假设的条件是：电场作用(充放电)只发生的电容元件上，磁场作用(磁能的贮存和释放)只发生在电感元件上，而且都没有电磁能量的损失。
集总假设的元件称为理想元件（集总参数元件，简称集总元件），简称电路元件。
任务二：电路中三个重要物理量（电流、电压和功率）
电流、电压和功率是电路中三个重要的物理量，是对电路分析和计算的重要参数。
1.2.1 电流
电荷的定向运动产生电流。
单位：安培（安），用字母A表示。
1A=1000 mA ； 1mA=1000 μA
正电荷运动方向为电流的正方向。
⏹大小和方向不随时间而变的电流为直流电流（用大
写字母I 表示）；
⏹大小随时间变化而方向不随时间变化的电流称为变
动电流 i ；
⏹大小和方向都随时间而变化，这样的电流称之为交
流电流 i 。
在分析和计算电路前假设流过元件上电流的方向称为电流参考方向；
⏹当所求得电流为正值，说明流过元件上电流的实际
方向与假设的电流参考方向一致；当所求得电流为
负值，则实际电流方向与电流参考方向相反。
参考方向是一种分析方法，只有在参考方后，电流
1.2.4 功率
正电荷从高电位移向低电位，是电场力对电荷作功的结果，电场的能量消耗在元件上。
元件消耗电场的能量称为元件吸收能量或元件消耗功率。
这时元件上的电流方向和电压的方向是一致的 .
正电荷从低电位移向高电位，必须由外力对电荷作用以克服电场力，元件需发出能量(元件向电路提供能量)，即元件向电路提供功率。
这时元件上的电流方向和电压的方向是相反的。
元件上的功率计算公式：P = U I
元件上电流和电压的参考方向符合关联参考方向：当P>0，元件消耗功率，该元件被称为电路的负载。
当P < 0，元件向电路提供功率，该元件被称为电源。
元件上电流和电压的参考方向是非关联参考方向：当P>0，元件向电路提供功率，该元件被称为电源。
当P < 0，元件消耗功率，该元件被称为电路的负
载。
【例题1.2】充电器A对手机电池E充电，如图所示。
1.3.2 电压源
独立电压源是一个二端元件，简称为电压源.任何电压源都含有电动势E和内阻R S，它的模型如图。
U:电压源的端电压。
R L:外接的负载电阻。
U = I R
L = E – I R
S
电源E输出功率为P E = I2 R L + I2 R S，
这里:I2 R L为负载功率, I2 R S为电源内阻消耗功率.
当电源内阻 R S = 0 时，称为理想电压源电源.
电源内部无电压降，输出一个恒定电压U = 电动势E，
理想电压源电源
1.3.3 电流源
独立电流源简称电流源. 图中虚线左边所示。
I S是电
流源的电流，R S是电流源的内阻。
当R S=∞或R S>>R L时,称为恒流源或理想电流源,流过负
载电流I恒等于电流源的电流I S.
当电路中不能满足条件R S>>R L时，流过R L的电流等于
被其内阻R S分流后的剩余部分。
R S越小，分流越大，流过负载的电流I越小。
电流源的输出特性如图 1.19
中的斜线所示。
理想电流源端电压的大小完全由外电路的负载所确
定
【例题 1.3】计算图
1.20所示电路中独立
电流源所提供的功率。
电阻的压降为： U R= I R=2×3= 6V
电流源两端的电压：U IS = U R + E = 6V+4V =10V
电流源两端的电压和电流是非关联方向,电流源功
率为:
P IS = U
IS
I =10V×2A=20W
P
IS
>0，所以电流源是提供功率。
电压源的功率P E = EI= 4×2= 8W
由于流过电压源的电流和电压降方向一致，即关联参
考方向，而且P E>0，所以电压
源是吸收功率。
1.3.4 受控源
电源中的电流或电压是受到电
路中其他支路的电流或电压的控制，称此类电源为受控源。
它不是真正的电源，而是四端元件。
受控源有电压源和电流源之分，控制量有电压和电流
之分，所以受控源共有四种类型 : 电压控制电流源(V CC S) :I2=ｇU1，ｇ是转移电导，导纳量纲。
电流控制电压源(CC VS) :U2 = γI1，γ是转移电阻，
电阻量纲。
电流控制电流源(CCC S) : I2 = βI1，β是电流控制比，无量纲。
电压控制电压源(V C VS) :U2 = μU1，μ是电压控制比，无量纲
四种类型受控源
任务四：电路三种状态
1.4.1 开路状态
电源与其负载相互间不连接，电源处于无负载状态，
称为空载状态，又称为开路状态.
开路状态时特性为：
U O = E
I = 0
P E = 0
1.4.2 短路状态
电源两端连接在一起，外电路的电阻为零，称为短
路状态，简称短路。
短路时回路中产生很大的电流
I S，称为短路电流。
电源在短路时的特征为：
U = 0
I S = E/R
S
P S =I
S
R
S
短路除了会发生在电源端处外，也可能
发生在线路中的某一部分，称为局部短路，
会造成电源供出超常的电流。
短路通常是一种严重的事故。
为了防止短
路事故的发生，除了认真操作外，更重要的是在电路中接入短路保护措施，一旦发生短路，能及时切断电源与负载的连接，以免发生事故。
1.4.3 有载状态
电源与负载接通形成电回路，称为有载状态。
电源向电路负载提供的电流：I = E /（R S+R L）
负载上的电压：U L = I R L
电源电动势输出的功率: P E = I E
电源内阻消耗的功率: P S= I2 R S
负载吸收的功率：P L = I2 R L
功率的单位是瓦特（瓦），用字母W表示。
大功率应用的场合，用kW(千瓦)，小功率用mW(毫瓦)，
其换算关系： 1kW = 1000 W ； 1 W = 1000。