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基本电路包括电路模型的元素被称为理想的电路元件。一个理想的电路元件是一个实际的电气元件的数学模型，就像一个电池或一个灯泡。重要的是为理想电路元件在电路模型用来表示实际的电气元件的行为可接受程度的准确性。电路分析，本单位的重点，这些工具，然后应用电路。电路分析基础上的数学方法，是用来预测行为的电路模型和其理想的电路元件。一个所期望的行为之间的比较，从设计规范，和预测的行为，形成电路分析，可能会导致电路模型的改进和理想的电路元件。一旦期望和预测的行为是一致的，可以构建物理原型。 物理原型是一个实际的电气系统，修建从实际电器元件。测量技术是用来确定实际的物理系统，定量的行为。实际的行为相比，从设计规范的行为，从电路分析预测的行为。比较可能会导致在物理样机，电路模型，或两者的改进。最终，这个反复的过程，模型，组件和系统的不断完善，可能会产生较准确地符合设计规范的设计，从而满足需要。 从这样的描述，它是明确的，在设计过程中，电路分析中起着一个非常重要的作用。由于电路分析应用电路模型，执业的工程师尝试使用成熟的电路模型，使设计满足在第一次迭代的设计规范。在这个单元，我们使用20至100年已测试通过机型，你可以认为他们是成熟的。能力模型与实际电力系统理想的电路元件，使电路理论的工程师非常有用的。 说理想电路元件的互连可用于定量预测系统的行为，意味着我们可以用数学方程描述的互连。对于数学方程是有用的，我们必须写他们在衡量的数量方面。在电路的情况下，这些数量是电压和电流。电路分析的研究，包括了解其电压和电流和理解上的电压施加的限制，目前互连的理想元素的每一个理想的电路元件的行为电路分析基础上的电压和电流的变量。电压是每单位电荷，电荷分离所造成的断电和SI单位伏V = DW / DQ。电流是电荷的流动速度和具有的安培SI单位（I= DQ/ DT）。理想的基本电路元件是两个终端组成部分，不能细分，也可以在其终端电压和电流的数学描述。被动签署公约涉及元素，当电流通过元素的参考方向是整个元素的参考电压降的方向端子的电压和电流的表达式使用一个积极的迹象。功率是单位时间内的能量和平等的端电压和电流的乘积;瓦SI单位。权力的代数符号解释如下：如果P 0，电源被传递到电路或电路元件。如果p0，权力正在从电路或电路元件中提取。 在这一章中介绍的电路元素是电压源，电流源和电阻器。理想电压源保持一个规定的电压，不论当前的设备。理想电流源保持规定的电流不管了整个设备的电压。电压和电流源是独立的，也就是说，不是任何其他电路的电流或电压的影响;或依赖，就是由一些电路中的电流或电压。一个电阻制约了它的电压和电流成正比彼此。有关的比例常数电压和一个电阻值称为其电阻和欧姆测量。欧姆定律建立相称的电压和电流的电阻。具体来说，V = IR电阻的电流流动，如果在它两端的电压下降，或V=_IR方向，如果在该电阻的电流流是在它两端的电压上升方向。 通过结合对权力的方程，P = VI，欧姆定律，我们可以判断一个电阻吸收的功率：P = I2R= U2/ R 电路节点和封闭路径。节点是一个点，两个或两个以上的电路元件加入。当只有两个元素连接，形成一个节点，他们表示将在系列。一个闭合的路径是通过连接元件追溯到一个循环，起点和终点在同一节点，只有一次每遇到中间节点。 电路是说，要解决时，两端的电压，并在每个元素的电流已经确定。欧姆定律是一个重要的方程，得出这样的解决方案。 在简单的电路结构，欧姆定律是足以解决两端的电压，目前在每一个元素。然而，对于更复杂的互连，我们需要使用两个更为重要的代数关系，被称为基尔霍夫定律，来解决所有的电压和电流。基尔霍夫电流定律是：在电路中的任何一个节点电流的代数和等于零。基尔霍夫电压定律是：电路中的任何封闭路径上的电压的代数和等于零。1.2电路分析技术到目前为止，我们已经分析应用结合欧姆定律基尔霍夫定律电阻电路相对简单。所有的电路，我们可以使用这种方法，但因为他们而变得结构更为复杂，涉及到越来越多的元素，这种直接的方法很快成为累赘。在这一课中，我们介绍两个电路分析的强大的技术援助：在复杂的电路结构的分析节点电压的方法，并网电流的方法。这些技术给我们的描述与联立方程的最低数量的电路系统的方法。 在这节课的最后主题认为，以确保源提供一个阻性负载的功率最大化的必要条件。其中等效电路用于在建立的最大功率传输条件。 1.2.1节点电压法我们介绍使用电路的重要节点，节点电压法。第一步是使一个布局规整的电路，所以没有分行的跨越，并作出明确的重要节点电路图。如果电路有N个重要节点，因此，我们需要（N - 1个）节点电压方程来描述电路。下一步是选择必要的节点作为参考节点之一。虽然理论上的选择是任意的，几乎为参考节点的选择往往是显而易见的的。例如，与大多数分支的节点通常是一个不错的选择。您已经积累了一些经验，使用这种方法后，将成为明显的参考节点的最佳选择。选择参考节点之后，我们定义的节点电压节点电压电路图.节点电压被定义为从节点到nonreference节点的参考电压上升。 当一个电压源是两个重要节点之间的唯一元素，节点电压法是简化。作为一个例子，看看电路如图1.1.1。有四个重要节点，在这条赛道，这意味着需要三个联立方程。由这四个重要节点，已经选择了一个参考节点和其他三个节点都被贴上了。 但是，36 V源约束节点1和节点2至36V之间的电压。这意味着，目前的流动从节点1到节点2将被添加到方程。我们现在已经准备好生成的节点电压方程。（1 / 2+1/ 4）U1-1/2U3=1-30/2（1 / 3+1/ 4）U2-1/3U3=-I（1 / 2+1/ 3）U3-1/2U1*1/3U2=2+30/ 2U1 - U2=36 一般来说，当一个电压源是两个重要节点之间的唯一元素，节点电压法需要一些额外的操作。1.2.2网电流的方法简介 在这节课中指出，网电流的电路分析方法使我们描述一个电路。一个网孔电流是当前存在，只有在一个网状的周长.电路上的图，它显示为一个封闭的实线或一个几乎封闭的实线，遵循适当的网格周边.上实线箭头表示网孔电流的参考方向。请注意，根据定义，网格电流自动满足基尔霍夫电流定律。也就是说，在一个给定的网格进入和离开节点的电流在电路中，任何节点。当一个分支包括一个电流源，网格目前的方法需要一些额外的操作。如图1.1.2所示的电路描述了问题的本质。现在，我们可以生成网格电流方程。（4+4）IA-4IB=-36IB=-2（3+4）IC-3IB=50+36在一般情况下，当您使用网电流的方法来解决，有一个分支，包括一个电流源电路，方程的数量减少.第二单元模拟电路模拟电路工作电流和电压随时间连续变化和水平之间有没有突然转变。一般来说，模拟电路与数字电路，功能虽然只在一个离散水平存在的电流或电压的对比，水平之间的所有过渡被忽略。由于大多数物理量，例如，速度和温度，连续变化，如音频，模拟电路提供了代表他们的最佳手段。然而，数字电路往往是首选，因为其输出可以由计算机操纵的缓解，因为数字信号更健壮，不易受传输错误。有特殊的模拟 - 数字和数字 - 模拟电路从一个类型的信号转换到其他。在本单位的电路使用的IC，集成电路，组件。这些组件实际上是相互关联的构成部分的半导体材料的单晶圆制造网络。可在一个非常低的的成本提供多种预先设计的功能的集成电路，学生，业余爱好者和专业电路设计人员都受益。大多数集成电路提供相同的功能，“离散”半导体电路在更高级别的可靠性和成本的一小部分。通常情况下，分立元件电路施工青睐，只有当功耗水平过高集成电路处理。 也许最通用和最重要的学生掌握模拟集成电路运算放大器，运算放大器。本质上没有什么比一个具有非常高的电压增益差分放大器，运算放大器是模拟设计界的主力。通过巧妙地运用一个或多个输入的运算放大器的输出反馈，各种各样的行为，可从这个单一设备。运算放大器的许多不同的型号可供选择以较低的成本，但在本单位所描述的电路将纳入一般只运放模型。2.1基本的模拟电路电阻： 电阻可以被定义为反对通过自身的电流流动的媒介特点。如图1.2.1所示，电阻的单位是欧姆，这是由希腊字母（欧米茄）表示。与耐药相关的功率值是量化为电阻可以作为热消散无过热本身的发电量。 通过电阻R的电流I定义为：I = V/ RV = IR或R= V / I 1万欧姆的电阻，电流从10V的应用程序将10微安培。 欧姆定律的基本方程，介绍了上述电压的潜力，在电路中流动的电流，电路的电阻之间的关系。被定义为当前的产品和电压在负载电阻R消耗的功率。其他权力关系，可以很容易地运用欧姆定律和代源于此。注：数字万用表（DMM）是最常见的测量自动化测试系统中的设备。万用表是通常使用简单，往往是低成本的仪器。一般来说，数字万用表提供内置的调节功能：a）高分辨率（俗称数字测量）;B）多次测量（电压，电流，电阻等）;C）隔离和高电压的能力。电容器：电容器中的电荷的形式储存能量。充电，电容，可容纳的数量取决于图1.2.2和它们之间的距离的这两个板块的面积。与它们之间的小距离大板有较高的可容纳负责。电容板之间的电场抵抗外加电压的变化。电容与频率降低其电阻。 读电容值： 如图1.2.2所示，电容的单位是法拉，这是由字母F的公式计算电容代表：C = Q/ V在哪里C =在法拉电容Q =积累的电荷在库伦V =板之间的电压差电感：电感，电感上的电压量下降电流流经的变化率被定义为。电感随频率的增加，他们的反抗。电感的单位是亨利，这是由字母H代表 阻抗：阻抗Z通常被定义为设备或电路提供了在给定频率的交流电（AC）的流动总反对。其值等于电路元件的电压和电流之间的比例。因此，阻抗的单位是欧姆。 阻抗表示为一个复杂的数量，这是一个矢量平面图形显示。阻抗向量包括实部（电阻，R）和虚部（电抗，X）。阻抗可表示使用直角坐标形式R + J X或极坐标形式为幅值和相角Z。导纳：导纳Y是阻抗的倒数。它也是一个复杂的数量：真正的部分被称为电导（C）和虚部被称为纳（b）。 导纳的单位是西门子（S）Y = G + J B其中Y是准入; G代表电导和B纳。运算放大器（运放）： 下面的图1.2.3是一个基本的运算放大器模型，运算放大器以下三个基本阶段组成。1）差分放大器：放大器，其输出输入信号之间的差异成正比。2）增益/频率响应：一个与频率的信号幅度和相位特性的更换过滤器。过滤器的频域行为的数学描述的传递函数或网络功能的条款。传递函数H（S）是描述作为一个输出和输入信号之间的比例。H（S）= VOUT（S）/ VIN（S）VOUT（S）和Vin（S）是输入与输出电压信号和S是复杂的变频。 被称为传递函数的幅度，特别是在无线电应用的幅度响应或频率响应。3）输出缓冲区。2.2模拟芯片 模拟芯片是一种微型电子模拟电路的半导体材料的单件上形成的一套。 模拟芯片的电路电压和电流的不同在一个连续的方式运作，相比之下，数字芯片没有中间值，使用和创建在离散电平的电压或电流。模拟芯片通常有内置的被动元件（电感/电容/电阻），而大多数数字芯片通常不会。许多现代的模拟芯片包含数字逻辑单元也-以取代一些模拟功能，或允许芯片与微处理器通信。出于这个原因，因为逻辑通常采用CMOS技术实现的，这些芯片采用BiCMOS工艺，如飞思卡尔（飞思卡尔模拟产品），德州仪器，意法半导体公司和其他公司。 纯模拟芯片的死亡，已被宣布定期然而，该领域的持续增长和繁荣。一些长期和知名的模拟芯片的例子是741运算放大器的内部补偿的原始运算放大器，555定时器。由Hans Camenzind发明在20世纪70年代流行的555定时器。 电源芯片也被认为是模拟芯片，但其主要目的是产生一个良好管理的其他芯片的输出电压供应系统。由于所有的电子系统需要的电力，电源IC PMICs这些系统的重要组成部分。重要的模拟芯片设计的基本构建块包括：A）电流源;B）电流镜;C）差分放大器;D）带隙基准上述所有的电路积木可以实现在双极型和MOS技术。马鞍山带隙参考使用横向（差），其运作的双极晶体管。2.3设计的难度数字系统需要较少的技能，因此更容易比同类模拟电路设计。这是为什么数字系统比模拟更常见的主要原因之一。模拟电路必须由专人设计，并远远低于数字系统自动化的过程。尽管其在设计和经济优势，一旦数字电子设备已与现实世界的接口，它需要一个模拟的电子设备，虽然模拟设计过程中需要更多的试验。第三单元数字电路数字电路可以采取只有有限数量的国家与模拟电路的对比，其电压或其他数量以连续的方式不同。二进制数字电路（两个国家）是最常见的。二进制电路的两个可能的状态表示二进制数字或位0和1。各国通常也简称为“开”和“关”或“高”和“低。”数字电路最简单的形式是建筑形式的逻辑门，数字电脑的基石。由于大多数的物理变量在现实世界中遇到的，例如： ，位置和温度，以模拟形式存在，它们是代表电连续变化的模拟电路的电流和电压。要兼容数字和模拟电路的特殊转换器的使用无论是模拟到数字或数字 - 模拟取决于信息流的方向。数字电路模拟位的字符串连续函数所使用的更位，连续信号可以更准确地代表。例如，如果使用16位代表了不同的电压，信号可以分配超过65,000个不同的值之一。数字电路比模拟电路噪声的影响，更多的免疫和数字信号可以存储，而不会降低重复。数字电路通常可以操纵信号更有效和更低的成本比模拟电路。这些数字系统帮助成功建议高清晰度电视在美国所有模拟竞争者。3.1优点一相比，模拟电路数字电路的优势是代表数字信号可以传输，而不会降低因噪音。例如，一个连续的音频信号，为1秒和0秒序列传输，可以提供的噪音，在传输是不够的，以防止1和0号鉴定的重建，没有错误一个小时的音乐，可以存储在光盘约6亿美元的二进制数字。 在数字系统中，信号更精确的表示，可以通过使用更多的二进制数字来表示。虽然这需要更多的数字电路处理信号，每个数字是由一种相同的硬件处理。在模拟系统中，额外的决议要求在信号链的每一个步骤的线性度和噪声的特点根本的改善。 计算机控制的数字系统可以由软件控制，允许添加新的功能，而无需改变硬件。通常这是可以做到的工厂以外，通过更新产品的软件。因此，产品的设计错误可以得到纠正，甚至当产品在客户的手中。 信息存储，可在数字系统比模拟的。数字系统的抗噪声许可证，而不会降低存储和检索数据。在模拟系统中，从老化和磨损的噪声可以降低存储的信息。在数字系统中，只要总噪声低于一定水平，信息可以恢复完美。3.2缺点在某些情况下，数字电路比模拟电路使用更多的能源来完成相同的任务，从而产生更多的热量。在便携式或电池供电系统，这样可以限制使用的数字系统。 例如，经常使用电池供电的蜂窝电话的低功耗模拟前端，从基站的无线电信号放大和调整。然而，一个基站电网，可以使用耗电，但非常灵活的软件无线电。这种基站可以很容易地重新编程过程中使用新的蜂窝移动通信标准的信号。 数字电路有时更昂贵，特别是在小批量。 感觉到世界是模拟的，从这个世界上的信号是模拟量。例如，光照，温度，声音，导电性，电场和磁场是模拟的。最有用的数字系统必须从连续的模拟信号转化为离散的数字信号。这将导致量化误差。如果系统存储足够的数字数据来表示的信号保真度，可以减少量化误差。奈奎斯特 - 香农采样定理提供了一个多大的数字数据需要准确地描绘一个给定的模拟信号的重要方针。 在某些系统中，如果一个单件的数字数据丢失或曲解，大块的相关数据的含义可以彻底改变。由于悬崖效应，它可以是困难的用户告诉我们，如果一个特定的系统上是失败的边缘，或者如果它可以容忍失败之前更加的噪音。 数字的脆弱性，可减少设计一个数字系统的鲁棒性。例如，一个校验位或其他错误的管理方法，可以插入到信号路径。这些计划帮助系统检测到错误，然后纠正错误，或者至少要求一个新的数据副本。在一个状态机，状态转换逻辑设计可以捕获未使用状态，并触发复位序列或其他错误恢复程序。 嵌入式软件设计，采用免疫知道编程，如灌装点错误恢复程序中断指令未使用的程序存储器的做法，。这有助于防范腐败的微控制器的指令指针，否则可能导致随机码执行的失败。 数字存储和传输系统，可以使用如错误检测和纠正使用额外的数据传输和存储中的任何错误纠正技术。另一方面，在数字系统中使用的一些技术，使这些系统更容易受到单比特错误。当底层位不够可靠，所以这样的错误是极不可能的，这些技术是可以接受的的。 一个单位的错误，直接作为线性脉冲编码调制（如在CD - ROM）的原因，在最坏的情况，一个单一的点击中存储的音频数据。相反，许多人使用的音频压缩以节省存储空间和下载时间，即使单位的错误可能会损坏整首歌曲。3.3在数字电路中的模拟的问题数字电路模拟元件。设计必须保证元件的模拟性质，不称霸所需的数字行为。数字系统必须管理噪声和定时余量，寄生电感和电容，和过滤器的电源连接。 坏设计有间歇性问题，如“毛刺”，可能引发一些逻辑，而不是其他的微乎其微快速脉冲，“侏儒脉冲”，没有达到有效的“门槛”的电压，或意外（“未解码”）组合逻辑状态。 由于数字电路模拟元件，数字电路的计算速度比低精度的模拟电路，使用空间和功率的类似。然而，数字电路更可重复计算，因为它的高抗噪声。另一方面，在高精密域（例如，需要14个或更多位的精度），模拟电路需要更多的数字等值的功率比和面积。3.4施工数字电路通常是构造形成小的电子电路称为逻辑门。每个逻辑门，布尔逻辑功能。逻辑门的电控开关的安排。 逻辑门的输出电流或电压，可以反过来，控制更多的逻辑门。 逻辑门经常使用的晶体管的数量最少，以减少它们的大小，功耗和成本，并提高其可靠性。 集成电路是最便宜的的方式，使大量的逻辑门。集成电路设计通常使用电子设计自动化软件工程师。 数字电路的另一种形式的构造形式查找表（许多出售“可编程逻辑器件，”尽管存在其他类型的可编程逻辑器件）。查找表可以执行相同的功能，为基于逻辑门的机器，但不改变布线的情况下可以很容易地重新编程。这意味着，设计师往往能修复不改变线安排的设计错误。因此，在小批量产品，可编程逻辑器件往往是首选的解决方案。他们通常使用电子设计自动化软件工程师设计。当卷是大中型，逻辑可能会很慢，或涉及复杂的算法或序列的，往往一个小的微控制器进行编程，使嵌入式系统。这些通常是电工，使用梯形逻辑编程。 自动化设计工具 为了节省昂贵的工程努力，设计大型逻辑机的努力已实现了自动化。计算机程序被称为“电子设计自动化工具”或“EDA”。 简单的道理，表式描述的逻辑往往与EDA优化，自动生成逻辑门或更小的查找表，仍然会产生预期的产出减少系统。这种软件最常见的例子是咖啡启发式逻辑极小。 优化大型逻辑系统的最实际的算法，使用代数运算或二元决策图，并与遗传算法和退火优化有前途的实验。 要昂贵的工程流程自动化，可以采取一些EDA描述状态机的状态表和自动生成一个状态机的组合真值表或函数表。状态表是某一段文字，其中列出了每个国家，与控制它们之间的转换和输出信号属于的条件。 这是常见的如计算机生成的状态机与逻辑最小化软件，如Minilog优化的函数表。通常情况下，真正的逻辑系统的设计作为一个分项目，使用“工具流相结合的系列。 “工具流程通常是一个”脚本“，可以以正确的顺序调用的软件设计工具的一个简单的计算机语言。 如微处理器的逻辑系统的工具流程，可长的命令数千，数百名工程师的工作结合起来。 编写和调试工具流程是建立在数字化设计制造公司的工程专业。通常的工具流终止了详细的计算机上的文件或文件，描述了如何身体构造的逻辑。通常它由指令绘制的晶体管和集成电路或印刷电路板的电线。 “调试”工具流部件核实对预期投入的模拟逻辑产出。测试工具输入和输出，模拟行为和预期的行为之间的突出差异与计算机中的文件。一旦输入数据被认为是正确的，设计本身还必须验证其正确性。一些工具流来验证设计，生产设计，然后扫描设计生产兼容的输入数据的工具流。如果扫描的数据相匹配的输入数据，然后在工具流可能没有引入错误。 功能验证数据通常被称为“测试向量。 “功能测试向量可以保留，并在工厂用于测试，新建成的逻辑正常工作，然而，功能测试模式没有发现常见的制造故障。生产测试往往是由所谓的“测试模式生成的软件工具设计。 “这些研究的逻辑结构和系统产生针对特定故障的测试生成测试向量。这种方式的故障覆盖率，可以密切接近100，提供的设计是正确可测试（见下一节）。 一旦存在设计，验证和可测试的时候，经常需要处理，以及将制造的。现代集成电路的功能小于用于暴露在光致抗蚀剂的光的波长。可生产的软件增加了干涉条纹的接触口罩，以消除开放电路，增强口罩的分辨率和对比度。3.5最近的事态发展超导的发现，使快速单磁通量子（RSFQ）电路技术，它利用约瑟夫森结的晶体管的发展。最近，目前正在努力构建纯粹的光计算系统能够处理的数字信息，使用非线性光学元件。第四单元数字电子技术数码电子系统代表信号，而不是作为一个连续的范围，离散水平。在大多数情况下，一些国家，这些国家是由两个电压等级的代表出席了会议：接近于零伏，在更高的水平取决于所使用的电源电压。这两个层面上往往表现为“低”和“高”。“ 数字技术的基本优势源于这一事实很容易得到一个电子装置，切换到一个已知状态较准确地再现一个连续范围的值。 数字电子产品通常是由大型装配的逻辑门，布尔逻辑功能简单的电子交涉4.1布尔逻辑：OR和AND图1.4.1是我们探讨的第一个电路：一个或电路和电路。虽然图绘制，如果这些电气线路（轻，如果正确的开关关闭），我们实际上证明，水电路，其中包括水库顶部，在底部的追赶盆地，管，而不是电线，开关阀。乔治布尔的开关逻辑的作品，就像电力，水！ 图1.4.1图，想象，一个老师问一个问题。如果学生认为答案是“是”，那么他们按自己的办公桌上的开关。 在电路，如果安妮或伯特说“是”（按下开关），然后轻（它也可以，如果他们都按他们的交换机）。 和电路中，安妮和伯特同意，答案是肯定的，都必须按他们的交换机，光去。 例子或电路：（1）电动车窗：无论是司机或乘客可以打开乘客的一面窗口。（2）在汽车车内灯：去任何门被打开时（驾驶员侧的门或乘客的侧门或驾驶员侧的后门，或.）。但是你要想到一点：当车门被打开，一个电器开关（通常在门框）实际上是关闭，让电流流过光灯。你能找到这些灯的开关，你的车吗？示例和电路：同样电动车窗口：一个主开关（在司机座位），必须在本地交换机需要按下窗口操作。4.2播放与简单的大门楼 示例任务，或，异或（不的相同），通过真值表（表1.4.1）。 表1.4.1显示表和，或和异或电路，表示电流（或水）流。更习惯的是在0和1，其中0可能站在“无流”或“低电压”或“假”或“没有”，其中5月1日站在“流”，“高或表达的逻辑电压“或”真“或”是的，“。这导致下面的“真值表”：4.3一个3位的加法器在地板上的示意图图1.4.2原理图我们奠定了地板上，除了每个门的符号是B