第1讲电路、信号与系统.ppt

1 1电路理论发展简史1 2电路信号与系统1 3电路分析课程的任务 第1章导论 第1章导论1 1电路理论发展简史1 1 1早期的理论发现一大批科学家研究了电和磁的现象 提出了电路的经典理论 如大家熟知的伏特 安培 欧姆 库仑 法拉第 基尔霍夫 麦克斯韦 赫兹等 1 1 2重要发明及其应用莫尔斯发明了电报 西门子发明直流高压输电和交流高压输电 贝尔发明了电话 爱迪生发明了钨丝电灯 贝尔德发明了电视 诺依曼等发明了第一台电子计算机 关于电的理论和电子技术的发展 前后大体经历了200年 特别是最近的100年 电子技术的应用已经遍及各行各业的各个领域 1 2电路 信号与系统1 2 1电路所谓电路 是由电的器件相互连接所构成的电流的通路 复杂的电路又称为网络 电路的分类 1 集总参数电路与分布参数电路如果实际电路的几何尺寸远小于其工作信号的波长时 可以认为电流传送到电路的各处是同时到达的 即没有时间延迟 这时整个电路可以看成电磁空间的一个点 我们把这种条件下的电路称为集总参数电路 否则就称为分布参数电路 2 线性电路与非线性电路如果描述电路特征的所有方程都是线性代数方程或线性微积分方程 则这类电路就是线性电路 否则就是非线性电路 非线性电路的工程中应用更为普遍 3 时不变电路与时变电路时不变电路又称为非时变电路 它是指组成电路或系统的元件参数值不随时间变化 描述这类电路的方程是常系数的代数方程或常系数的微积分方程 电路的参数值随时间变化的电路称为时变电路 这类电路由变系数的代数方程或变系数的微积分方程描述 电路的基本组成 在日常生活中 人们最常见的电路 如电灯 收音机 电视机 计算机 电风扇等各种电路 它们是由各种电路基本元部件 如电阻器 电容器 电感器 二极管 三极管 变压器 指示器等 组成的总体 现实世界中的电路形式是各种各样的 有的甚至是非常复杂的 但不论电路多么复杂 它们都是由三个基本部分组成 即电源 负载和中间环节 1 电源 它是向电路提供电能的装置 其作用是可以将其他形式的能量 如化学能 光能 热能 机械能等非电能转换为电能 2 负载 它是电路中的用电器 各种负载进行能量转换的形式各有不同 如电灯的功能是将电能转变成热能和光能 3 中间环节 它是利用各种元部件将电源和负载连接起来构成闭合电路 并对整个电路起着传输和分配能量 控制 保护和测量的作用 总而言之 虽然实际电路种类繁多 但从本质上来说 都是由电源 负载和中间环节三部分组成 因此又称为组成电路的三要素 1 2 2信号电路的灵魂是传递和处理各种信号 信号是消息的表现形式 通常是时间的函数 该函数的图象称为信号的波形 根据信号波形表现形式可以分为周期信号 非周期信号 模拟信号 数字信号和随机信号 为了传送消息 语言 文字 图象或数据等 需要用适当的设备将消息转换为电信号 电信号简称信号 广义而言 信号还应包括光 声信号等 本课程只讨论电信号 它的基本形式是随时间变化的电流或电压 在电子学领域中 最常采用的基本信号是正弦信号 复指数型信号 冲激信号 阶跃信号 方波信号 尖脉冲信号 锯齿信号 直流信号等 1 2 3系统所谓系统 是由若干相互联系 相互作用的单元组成的具有一定功能的整体 系统种类很多 如通信系统 计算机系统 自动控制系统 生态系统 经济系统 社会系统等 按照数学模型的差异系统可分为 1 集总参数系统与分布参数系统 2 即时系统与动态系统 若系统在任一时刻的响应不仅与该时刻的激励有关 而且与它过去的历史状况有关 则称为动态系统或记忆系统 含有记忆元件 电容 电感等 的系统是动态系统 否则称即时系统或无记忆系统 3 连续系统与离散系统 若系统的输入信号是连续信号 系统的输出信号也是连续信号 则称该系统为连续时间系统 简称为连续系统 若系统的输入信号和输出信号均是离散信号 则称该系统为离散时间系统 简称为离散系统 4 线性系统与非线性系统 满足线性性质的系统称为线性系统 线性性质包括两方面 齐次性和可加性 即T af1 bf2 aT f1 bT f2 5 非时变系统与时变系统 本课程重点讨论线性非时变系统 LinearTime Invariant 简称LTI系统 电系统是由若干功能不同的电路所组成 电路 系统 分析的任务是对给定的电路和输入信号研究电路某处的输出信号 输入信号也称为激励 输出信号也称为响应 系统理论主要研究两类问题 分析和综合 系统分析是对给定的某具体系统 求出它对于给定激励的响应 系统综合是根据实际提出的对给定激励和响应的要求 即对系统功能的要求 设计出具体的系统 目前 电路与系统理论及应用技术正以很快的速度向前发展 它已成为整个电气和电子工程 其中包括电力 通信 控制 测量 计算机 生物医学 自动化等技术领域的主要理论基础 1 3电路分析课程的任务电路分析的任务是对给定的电路模型和输入信号研究电路某处的输出信号 电路分析是研究电路理论 电路性能和应用技术的重要基础 电路分析课程是以集总参数线性时不变的电阻电路和动态电路为主要对象 建立基本理论 基本概念和基本分析方法 所应用的输入信号主要是直流信号 正弦交流信号 指数信号 阶跃信号和冲激信号 进而研究电路在这些输入信号的作用下电路响应 电流或电压 的变化规律 本课程以线性电路分析为重点 在时间域和频率域研究信号通过电路的基本概念和基本规律 讨论电路自身的重要特性 讲述分析电路的基本方法 1 4信号的概念 1 消息 message 人们常常把来自外界的各种报道统称为消息 信息 information 它是信息论中的一个术语 通常把消息中有意义的内容称为信息 本课程中对 信息 和 消息 两词不加严格区分 3 信号 signal 信号是信息的载体 通过信号传递信息 为了有效地传播和利用信息 常常需要将信息转换成便于传输和处理的信号 信号我们并不陌生 如刚才铃声