北京大学：《电路分析原理 Circuit Analysis》课程教学课件（英文版）第一章线性电路分析基础第一节线性电路分析导论第二节常见电路元件及约束方程（1/2）.pdf_大学文库

第？讲：复习《Principles of Circuit Analysis》 Chapter 1: Introductory Linear Circuit Analysis Lecture 1 2009.09.15 http://www.jpk.pku.edu.cn/pkujpk/course/dlfxyl/ http://course.pku.edu.cn/ 兴趣认真执著创新北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations C1-3：Equivalent of the Linear Network with Two Terminals (One-port Network) C1-4：Time-domain analysis of Linear and Timeinvariant Networks （Analysis of First Order Circuit ） C1-5：Analysis of Sine Steady-state Circuit （Complex Solution to Linear and Time-invariant Circuits） C1-6：RC Filter 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Research on the electric signals： Electrical Science -- Generation, transmission, distribution and usage of Electrical Power Electronics -- Generation, transmission, processing, usage of Electronic signals The electronic signal analysis ： Electromagnetic field theory Circuit Analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Lumped Parameter Hypothesis : When the physical object has dimensions that are much smaller than the wavelength of electronic signals, that is L << λ or 100L ≤ λ, we can assume that all the characters and parameters can be concentrated into one point. It means that electric fields is concentrated in capacitance, magnetic field is concentrated in inductance and loss is concentrated in resistance. The wires for connection are considered lossless. The essence of Circuit Analysis is that we only consider the outer characteristics from the ports of the elements, such as voltage, electric current and power, without regard to the electromagnetism inside the elements. R L C *** C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis modeling equivalent The distinguishing feature of Circuit Analysis is we only consider the outer characteristics of the elements

北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations Examples: Vw Rr voltage regulator tube Ib Ri hVce -βIb Ro e b c e b c e triode 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Three Basic Approaches： equations, diagram, and equivalent *** C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Basic parameters ：R, C, L Basic variables：V, I, P (Electric Quantity Q、 Magnetic Flux Ψ、 Stored Energy W） C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Q Ψ V R V=RI I ？ C Q=CV L Ψ=LI dΨ/dt dQ/dt W=VQ /2 W=IΨ/2 P=VI Basic parameters ：R, C, L Basic variables：V, I, P (Electric Quantity Q、 Magnetic Flux Ψ、 Stored Energy W）北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Q Ψ V R V=RI I ？ C Q=CV L Ψ=LI dΨ/dt dQ/dt W=VQ /2 W=IΨ/2 P=VI m Basic parameters ：R, C, L Basic variables：V, I, P (Electric Quantity Q、 Magnetic Flux Ψ、 Stored Energy W） Chua, Leon O Chua, Leon O ： Memristor Memristor (Memristor = memory resistor) = memory resistor) “Memristor - the missing circuit element the missing circuit element” IEEE Trans. Circuit Theory 18,507-519(1971) 519(1971) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Basic Terminology: circuit, network, node, branch, loop, terminal and port… C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis

北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Consistent reference direction (related reference direction) + v(t) - i(t) *** C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 I=1A,V=5V Vab=5V a b V=-5V ? P=VI > 0 ? 0: the actual direction follows the reference. If result<0: the actual direction opposites the reference. + v(t) - i(t) a b + v(t) - i(t) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis *** ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis Consistent reference direction (related reference direction) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Tea break！北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Kirchhoff's first law : (Kirchhoff's Current Law (KCL)) At any point in an electrical circuit that does not represent a capacitor plate, the sum of currents flowing towards that point is equal to the sum of currents flowing away from that point. That is： ∑ijin(t0)=∑ijout(t0) ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） Law of Conservation of Charge (Gauss’s Law ) *** I2 = I3 + I5 J dS = 0 ∫∫Ò g 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Another description： Kirchhoff's first law : (Kirchhoff's Current Law (KCL)) According to the convention that every current flowing towards the point is positive and that every current flowing away is negative (or the other way around), this principle can be stated as: ∑i(t0)=0 ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) I2-I3-I5=0

北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） Generalized node I1+I3+I4+I5=0 closed surface Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Kirchhoff's first law : (Kirchhoff's Current Law (KCL)) At any point in an electrical circuit that does not represent a capacitor plate, the sum of currents flowing towards that point is equal to the sum of currents flowing away from that point. That is： ∑ijin(t0)=∑ijout(t0) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） I = 0 Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Kirchhoff's first law : (Kirchhoff's Current Law (KCL)) At any point in an electrical circuit that does not represent a capacitor plate, the sum of currents flowing towards that point is equal to the sum of currents flowing away from that point. That is： ∑ijin(t0)=∑ijout(t0) closed surface 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Kirchhoff's second law : (Kirchhoff's Voltage Law (KVL)) 北京大学北京大学 The directed sum of the electrical potential differences around any closed circuit loop must be zero. That is ∑vj (t0)=0 ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） V4-V1-V6=0 If the voltage is positive when it increases -V4+V1+V6=0 Law of Conservation of Electric Potential (Law of Loop) *** Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) If the voltage is positive when it decreases E dl = 0 ∫Ñ g 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Kirchhoff's second law : (Kirchhoff's Voltage Law (KVL)) In any closed loop of a lump 北京大学北京大学 ed parameter circuit, at any time, the sum of voltage increasing is equal to the sum of voltage decreasing . That is: ∑vj inc(t0)=∑vj dec(t0) ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） V4 =V1+V6 Another description： -V4+V1+V6=0 -V4+V2+V5=0 -V5+V3+V6=0 Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 ① 1 2 3 4 5 6 ② ③ （4） Attention: 1.reference direction （branch direction） 2.The direction voltage decreasing （loop direction） -I1-I2-I4=0 I2-I3-I5=0 I1+I3-I6=0 -V4+V1+V6=0 -V4+V2+V5=0 -V5+V3+V6=0 2.KVL 1.KCL 3.VCR Vi =Ri Ii Num of branches b=6 unknown quantity =2b=12 =3 equations = 3 equations = 6 equations 3+3+6=12 equations Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations Classification of components, resistance element, independent source, controlled source, dynamic element ->view from energy ->view from terminal ->view from direction ->view from linearity ->view from energy accumulation ->view from controlling ->active, passive ->two, four, more ->bidirectional, unidirectional ->linear, nonlinear ->memoryless, memory (dynamic element) ->independent, controlled Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis

北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 0 + v(t) - i(t) I V active passive passive active R - VA Characteristic curve C - CV Characteristic curve L – WI Characteristic curve C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations ->view from energy ->view from terminal ->view from direction ->view from linear ->view from energy accumulation ->view from controlling ->active, passive ->two, four, more ->bidirectional, unidirectional ->linear, nonlinear ->memoryless, memory (dynamic element) ->independent, controlled The origin symmetry 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations Classification of components, resistance element, independent source, controlled source, dynamic element a. Linear Time-invariant resistance : R Constraint Equation: v(t)=Ri(t) symbol ： others： 0 + v(t) - i(t) I V I-V curve tgα=1/R=G transadmittance feature： Passive, two-terminal, Bidirectional, linear, momeryless Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 0 + v(t) - i(t) I V I-V curve 0 I V R=0 0 I V R=∞ short open *** C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations tgα=1/R=G transadmittance feature： Passive, two-terminal, Bidirectional, linear, momeryless 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 b. Nonlinear resistance: (Usually the semiconductor / electric vacuum devices) Constraint Equation : v(t)=r[i(t)] or i(t)=g[v(t)] Symbol ： Example 1： semiconductor diode Constraint Equation : v(t)=r[i(t)] or i(t)=g[v(t)] 0 + v(t) - i(t) I V I-V curve feature： Passive, two-terminal, unidirectional, nonlinear, momeryless C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 voltage controlled element voltage controlled resistor 0 + v(t) - i(t) I V Example 2: tunnel diode Constraint Equation : i(t)=g[v(t)] Current controlled element Current controlled resistor a 0 + v(t) - i(t) I V Example 3: gas diode Constraint Equation: v(t)=r[i(t)] b a b C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 0 I V 0 I V a b a b 0 I V static resistance : Rs=vp(t)/ip(t) Dynamic resistance: Rd=d[vp(t)]/d[ip(t)] p p Negative resistance zone：Rd<0 Source characteristic: If a nonlinear resistance works in the negative resistance zone, it will behave like a source, which means it will supply energy. C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations

北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 0 I V I0 Is R I =Is ？ Conclusion：Components in series with the ideal current source have nothing to do with the outer circuits. Is *** Ideal current source: Symbol: others: Feature: a two-terminal element, its current has nothing to do with its voltage. Is C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 P>0 ? P0 ？ 0 I V Is / / Is1=10A / Is2=5A R + - Vs1× + - Vs2 Vs1× + - Is2=5A Is1=10A R × × C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations *** 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Conclusion：Components paralleled with the ideal voltage source have nothing to do with the outer circuits. Conclusion：Components in series with the ideal current source have nothing to do with the outer circuits. Independent source R + - Vs + V =Vs - + - Vs + V =Vs - + - Vs Is R I =Is Is *** C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-1：Introduction to Linear Circuit Analysis Lumped Parameter Hypothesis, Basic Approaches, Basic Parameters, Basic Terminology, Reference direction, Fundamental Law (KVL, KCL, VCR) Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 C1-2：北京大学北京大学 Common circuit elements and Their Constraint Equations Classification of components, resistance element, independent source, controlled source, dynamic element Summary for today’s lecture Conclusion：Components paralleled with the ideal voltage source have nothing to do with the outer circuits. Conclusion：Components in series with the ideal current source have nothing to do with the outer circuits. 北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学北京大学 Chapter 1 Introductory Linear Circuit Analysis ----From time-domain analysis to frequency-domain analysis C1-2：Common circuit elements and Their Constraint Equations Classification of components, resistance element, independent source, controlled source, dynamic element

北京大学：《电路分析原理 Circuit Analysis》课程教学课件（英文版）第一章 线性电路分析基础 第一节 线性电路分析导论 第二节 常见电路元件及约束方程（1/2）

北京大学：《电路分析原理 Circuit Analysis》课程教学课件（英文版）第一章线性电路分析基础第一节线性电路分析导论第二节常见电路元件及约束方程（1/2）