1、1.2 集总电路抽象的 C H P t e r o N E 5物理定律集总电路抽象数字抽象抽象逻辑门内存技术有限状态机的抽象编程语言的抽象汇编语言的抽象微处理器的抽象自然厄运，混合信号芯片物理电路电子数字逻辑电脑类建筑Java编程图 1.1 序列课程和抽象层在一个可能的 EECS 介绍当然，最终的序列结果在创造能力电脑游戏“毁灭， ”或混合信号（含模拟和数字元件）微处理器监控电路如图 1.2 所示。图 1.2 张该 max807l 微处理器监控电路从马克西姆集成产品。该芯片是大约 2.5 毫米 3 毫米。模拟电路的左侧和中心芯片，在数字电路是是的。 （照片由马克西姆综合产品。 ）图 1.1 和
2、图 1.3 显示可能的课程序列，学生会在 EECS 遇到（电气工程和计算机科学）或 EE（电气工程）课程，分别，来说明的课程介绍了几个抽象层简化有用的建筑电子系统。这一系列的课程，也说明了一个电路电子技术课程使用这本书可能适合在一般的电子或电的过程框架。1.2 集总电路抽象考虑一下熟悉的灯泡。当它是由一对电缆一个电池，如图所示的 1.4A，照亮了。假设我们有兴趣找出流过灯泡的电流量。我们可能会去本文采用麦斯威尔方程推导的电流量的.图 1.3 序列课程和抽象层在一个可能的 EE 介绍他们当然，最终的序列结果在创造能力蓝牙无线模拟前端芯片。物理定律集总电路抽象放大器抽象运算放大器抽象滤波器提取自然
3、蓝牙的模拟前端芯片物理微电子电路射频电子学设计图 1.4（一）一个简单的灯泡电路。 （b）集中电路的表示。我灯泡（一） （B）V+我V R+的灯泡，物理性能分析的电池，和电缆。这是一个极其复杂的过程。为电气工程师，我们常常以这样的计算感兴趣更复杂的电路设计，可能涉及多个灯泡和电池。那么我们如何简化我们的工作？我们观察到，如果我们训练自己问简单的问题，如什么是净电流流过灯泡，我们可以忽略的灯泡内部属性和代表灯泡作为一个离散元。此外，用于计算电流的目的，我们可以创建一个离散元件被称为电阻器和更换灯泡它。2 我们定义的灯泡电阻 R 是比施加的电压在灯泡和产生的电流通过它。在其他的话，R = V /
4、I。请注意，实际的几何形状和物理性质无关的灯泡它提供了我们能够忽略内部特性电阻和灯泡里面简单的自我约束不是值分布问那些内部性质的问题。换句话说，当问当前，我们能够将灯泡到一个单一的集中元件的相关属性是其电阻。这种情况是2。我们注意到，的关系之间的电压和灯泡的电流一般是多少更复杂的。1.2 集总电路抽象的 C H P t e r o N E 7类似于质点简化导致力的关系方程 1.1，其中的对象的相关属性是它的质量。如图 1.5 所示，一个集总元件可以理想化的观点终端元图 1.5 集总元件。它可以被视为可以通过几个终端一个黑盒子。的在终端的行为比行为的细节更重要为黑盒内。那就是，在终端发生的事情更
5、重要比它如何发生在黑盒子里面。另一方面，黑盒一层的灯泡的用户和内部结构之间的抽象灯泡的。电阻是感兴趣的球给我们的财产。同样的，电压是电池的性能，我们最关心的。忽略，因为现在，任何电池的内部电阻，可以把电池投入离散元称为相同的名称提供恒定的电压，如图 14 亿所示。同样，如果我们在一定约束条件下的干这项工作要讨论不久，并提供我们不关心的电池的内部特性，如电场的分布。事实上，现实生活中的电池内的电场非常难图准确地。在一起，所依据的集总电路约束集合抽象的结果在一个奇妙的简化，使我们能够专注于特别是那些相关的属性，我们。还要注意的是电线的位置和形状是不相关的我们的计算。我们甚至可以扭曲或打结他们以任何
6、方式。假设现在导线理想导体和提供零电阻，3我们可以把灯泡电路如图 14 亿采用集总电路所示用于电池和灯泡的电阻等值，由理想线。因此，图 14 亿称为集总电路抽象的灯泡电路。如果电池供应恒定电压和零内部电阻，如果灯泡的电阻 R，我们可以使用简单的代数计算电流流过灯泡我= V / R。集总元件在电路中必须有一个电压和电流我定义他们的终端。4 一般，V，我不需要一个恒定的比率。的比例是一个常数（称为电阻 R）唯一的集总元件3。如果导线提供零电阻，然后，在 1.6 节中描述，我们可以将每个线为串联连接电阻的一种理想的线。4。在一般情况下，电压和电流可以是时变的，可以在一个更一般的表示形式为 V（T）和
7、我（T ） 。有两个以上的终端设备，该电压被定义为任何相对于其他任何参考终端，和电流的定义都流入每个终端。服从欧姆定律。5 的电路由集总元件的一组还必须有任何对点之间的电压和电流的定义，定义为任何终端。此外，该元素不能相互作用除了通过他们的端子的电流和电压。那是，内部的物理的现象，使元件的功能必须与外部的电相互作用只有在该元素的电端子的现象。我们会看到1.3 节，集总元件和电路形成使用这些元素必须坚持一套约束这些定义和终端的相互作用存在。我们称这组约束集总物质的纪律。集总电路抽象为一组集总元件，服从集中质用理想的金属丝组成的纪律执行组件一个特定的功能的结果集总电路抽象。请注意，集总电路简化类似
8、于点质量在牛顿定律的简化。集总电路抽象表示集总元件利用符号代数的相关性质。比如说呢。我们使用 R 的电阻器的电阻。其他感兴趣的值，如当我和电流电压 V，通过简单的函数关系。的易于使用的麦斯威尔的方程的代数方程的设计和复杂电路的分析将在未来变得更清晰章。离散化的过程中，也可以被看作是一个建模的方法物理系统。电阻是一个灯泡一个模型，如果我们有兴趣寻找电流流过灯泡，对于一个给定的施加的电压。它甚至可以告诉我们的灯泡的功率消耗。同样地，我们将在 1.6 节中看到的，一个恒定电压源是电池的一个很好的模型当其内部电阻为零。因此，图 14 亿也被称为集中的灯管电路的电路模型。模型必须只用于域它们是适用的。例
9、如，一个灯泡的电阻模型告诉我们关于它的成本或预期寿命不。原始的电路元件，结合它们的方法，和抽象形式的电路图形语言。电路理论是建立良好的纪律。成熟已经广泛的应用。语言电路已在许多学科问题成为普遍。机械，化工，冶金，生物，热，甚至经济过程往往是在电路理论表示，因为数学对线性与非线性电路的分析是强大和发达的。因为这个原因，电子电路模型经常被用来作为在研究类似物许多物理过程。读者的主要重点是电气部分地区工程以外的其他电子应当把这种材料5。观察欧姆定律本身是一个抽象的电阻材料的电学性能，让我们来取代 V 实验数据表和我有关的一个简单的方程从对动态建模导论的广阔视野的书系统。1.3 集总物质的纪律这些方程
10、的范围是惊人的，包括它的基本所有的大型电磁设备如电动机的工作原理，回旋加速器，电子计算机，电视，和微波雷达。H L L D Y 和 R E S N I C K o n mW e l l 的 E q u T O N S集总电路由集总元件（或离散元素）控制我+ V图 1.6 集总电路元。通过电线连接的理想。集总元件具有独特的终端的性能电压 V（T）和终端电流 I（t）可以被定义为。描述图 1.6，一二端元，V 是在端子电压的元素，6 我是电流通过元件。 7 此外，为集总电阻元件，我们可以定义一个单一的属性称为电阻 R涉及两端的电压的电流通过终端。电流电压，电阻，和一个元素定义只有在一定的约束，我们统称集中质纪律（LMD） 。一旦我们坚持集中问题的学科，我们可以在我们的电路分析和工作与集总电路的几个简化抽象。因此，集中问题提供了基础学科集总电路抽象，是基本的机制，我们能够从物理域移动到域的电气工程。我们将简单的状态，这些限制，但将发展对集中质纪律约束的附录 A 中的部分第 A.2 进一步显示了如何集中质纪律的结果在简化麦斯威尔的方程转化为代数方程组的集中电路抽象。集中质纪律强加给我们如何选择三个约束集总电路元件：1。选择集总元件的界限，变化率磁通与任何闭环以外的元素必须是所有时间为零。换句话说，选择元素的界限，
