0-9知识学习与衔接-如何从物理学过度到工程技术-电路与信号2
03从物理学到工程技术-电路-信号分析-单R情形
符号化的理想元器件及其特性,首先是是固有特性-自身由制造决定的特性。比如:最简单的R=ρL/S;q=εEA;L=ψN/i;等等。
固有特性有不变的常数,还有线性的,还有非线性的等。也就是其中的某个因素会发生变化。当然固有特性有不变的常数是最简单的,也是许多电路希望得到的。因此,制造商就要尽量的保证其不变。
理想化的RLC元器件模型符号当各种信号-常数的、平稳的、时不变的、……,随时间变化的、非平稳的、时变的、……,随位置变化的、随某个参数(如:温度、压力、……)变化的、……;用数学语言来说,就是常数的、线性的、非线性的、随机的、模糊的、阶跃的、脉冲的、……,多项式的、三角函数型的、对数指数型的、……,相互叠加的、……。等等。
当各种信号通过电子元器件及其线路(电路)时,各自的反应是不一样的。这就需要研究各种信号通过单个元器件时的情形-反应、响应、传递、……等。这就需要研究各种信号通过多个元器件-电路时的情形-反应、响应、传递、……等。一方面是电路研究-元器件的组合问题。另一方面是信号分析-信号通过元器件与电路时的变化问题。如何满足不变性、保真性-原信号不失真,如何将某种信号改变的对手无法识别-保密-加密问题,如何可以在传递信息时节省时间和空间-提高传送效率、……等等。都需要对信号进行某只处理-变换等。
好了,现在再一次提醒一下:
1.理想化的电子元器件RLC符号如上图。它有其固有特性,这里不表。
2.实际中的电子元器件与理想的有差距-误差,差距大小由生产厂家决定,出厂和使用前需要用各种仪器测量、校准、评估等。
3.电子元器件按照某种要求组合在一起,形成电路。电路有其功能和性能。功能由电路的结构决定。性能由电路及元器件的诸多参数决定。电路的学习与应用可以有两个方向。一个方向是:由单元件的逐级组合而升级到功能性电路-专用的或通用的。单元件组合由串并联方法起步。如:R的串并联,L的串并联,C的串并联,RL的串并联,RC的串并联,LC的串并联,RLC的串并联等。后续还有二极管2D、三极管3D、……等加入进来。以便完成用户希望的功能。当然,简单的串并联电路,也会说他的功能,但重点是说各种组合方式。电路用电路图来表达。第二个方向是:从功能开始,寻找后说设计或说创新一个电路,完成所需要的任务-功能。通过选取元器件与调试获得最佳性能。这一方面,大多数人都是尽量利用前人的成果。有些是成熟的标准的已有电路-像整流电路、放大电路等。
4.单个电子元器件要成为电流-信号的通道。按照某种要求组合在一起形成的电路,也是电流-信号的通道。电流-信号在这些通道中行走时,会发生什么变化?这就是信号分析。
5.最简单的是信号在单个元器件中的样子。如:直流电在R、L、C中的变化。正弦交流电在R、L、C中的变化。周期性的交流电在R、L、C中的变化。非周期性的交流电在R、L、C中的变化。
6.复杂一点的是信号在多个元器件组成的电路中的样子。如:直流电在RLC组合中的变化。正弦交流电在RLC组合中的变化。周期性的交流电在RLC组合中的变化。非周期性的交流电在RLC组合中的变化。等等。
7.而这些信号的变化与分析,需要许多的数学知识,尤其是三角函数系。还需要将抽象的数学概念与直观的电学概念相联系。那么就有了富里哀级数、富里埃变换、复变函数与积分变换、概率与统计-概率密度、概率分布、幅频变换等等。
8.当然,还要使用各种仪器来展示或说评价信号特性。数学的可视化就是一例。便于直观的理解抽象的数学表达。直观的了解电路中看不到又不可触摸的电流特性。
在直流电(必须时刻记住,数学定义-常量)的条件下,RCL的反应是:
R不会改变直流电流的大小和方向。唉!还有一个叫做电压。
C不予许直流电流通过。唉!还有一个叫做电压。
L(螺线管型)不会改变直流电流的大小和方向。唉!还有一个叫做电压。
变量的(注意,这是数学概念、词汇、意义)。在电学里则称作交流电。是指电流的大小方向都会变化,而且最简单的是遵循数学中的三角函数规则。注意,除过大小方向两个参数还有两个叫做频率和相位角。
在正弦交流电(必须时刻记住,数学定义-变量)的条件下,RCL的反应是:
R不会改变直流电流的大小和方向。会改变电压的大小
C允许交流电流通过。
L(螺线管型)不会改变交流电流的大小和方向。
好了。下面看一看。虚拟实验-EDA-计算机辅助
一个常值电阻的情形:用三个开关控制实验、用电压与电流表观测数值量、示波器观察波形。施加正弦信号幅值60频率5相位0;即y=60sin(5t+0)
R的虚拟实验-EDA-计算机辅助R的虚拟实验-直流电稳定状态R实验-直流电开与关变换的瞬间响应R实验-直流电稳定状态添加正弦信号R实验-断直流去除接地响应R实验-断直流添加接地响应