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第 1 周:把电路变成一种可计算的语言

本周目标是从高中电学过渡到工程电路分析:先规定参考方向,再用守恒律列方程,最后建立一阶动态直觉。每天只占总专业课学习时间中的一个 45 分钟块;Day 7 关卡为 50 分钟,但当天不再追加模电新课。

冲刺必会

本周不追求公式数量。每道题都先画参考方向,再写 KCL/KVL;不会解释负号,就不算真正会算。

本周学习节奏

  • 把当天任务固定在精神最清醒的一个短时段;遇到卡题先登记最早断点,不让一次卡题拖成整晚。
  • 如果当天可用时间缩短,仍保留 P0 的“回忆—一条推导—三类题”,深入阅读顺延。
  • Day 7 的 50 分钟关卡就是本周复习,不另设模电周测。

定位资料规则: 下方章节链接只是查找坐标,不是整节阅读作业。27 分钟核心时段只看当天列出的 2–4 个小节、图或公式块,并立即用于三条核心任务;未点名的内容全部属于深入轨,不计入当天。

Day 1 电压、电流、功率与参考方向

预计用时:45 分钟

目标: 能区分电荷、电流、电压和功率;在任意二端元件上标出关联参考方向,并用功率正负判断吸收或供能。

前置知识: 高中电学中的电荷、欧姆定律和功率;不会也可直接开始。

定位资料(非整节通读):电荷、电流、电压、功率与参考方向只查 2.1 三个定义、2.2 关联参考方向、2.3 量纲/极限和紧随其后的“适用边界”;其余不读。

5 分钟基线诊断: 不看资料写出电流、电压、功率的单位;回答“电子运动方向是否总等于约定电流方向”“电压能否只属于一个点”“负功率代表计算错了吗”。把不会的只做标记,不现场搜索。

核心学习(27 分钟):

  1. \(i=\mathrm dq/\mathrm dt\)\(v=\mathrm dw/\mathrm dq\)\(p=vi\) 串起“电荷流动—单位电荷能量差—能量变化率”。
  2. 在一个电阻和一个电源上各自任选电流方向、标电压极性;只有电流进入标“+”端时,才可直接用关联参考方向的 \(p=vi\) 判断吸收功率。
  3. 做一次量纲检查:\(\mathrm V\cdot\mathrm A=\mathrm W\);再做一次守恒检查:封闭电路内各元件代数功率和应为 0。

口述题(4 分钟): 用 60 秒回答“电压和电流为什么都必须先规定参考方向?”要求说出负号的物理含义。

电路题(4 分钟): 某元件标注电压 \(v=5\ \mathrm V\)(上正下负),电流参考方向由下向上且 \(i=2\ \mathrm A\)。求元件吸收功率,并判断它供能还是耗能。

改变一个条件题(2 分钟): 只把上题电流参考方向反过来、实际状态不变,\(i\) 的数值和功率表达应怎样同步改变?

复习登记(3 分钟): 登记结果(Clone 模式可交给学习助手);D+1(Day 2)闭眼复述三个定义;D+3(Day 4)做一次含负号的功率判断;D+7(Day 8)用 60 秒解释关联参考方向。

Day 2 KCL 与 KVL:先守恒,再列式

预计用时:45 分钟

目标: 能从给定参考方向写出基尔霍夫电流定律(Kirchhoff's Current Law, KCL)和基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's Voltage Law, KVL),并解释式中的负号。

前置知识: Day 1 的电压、电流参考方向和功率符号。

定位资料(非整节通读):KCL 与 KVL只查 4.1 KCL 图、4.2 KVL 图和 4.3 完整证明链;其余不读。

5 分钟回忆: 不看资料回答 Day 1 三个定义;给一个负电流和一个负功率各说出一句正确解释。

核心学习(27 分钟):

  1. 从电荷守恒得到集中参数节点上的 \(\sum i_k=0\);“流入为正”或“流出为正”任选其一,但同一式必须一致。
  2. 从电场近似保守得到回路上的 \(\sum v_k=0\);沿绕行方向由“−”到“+”记电压上升,反之记下降。
  3. 对一个电源串两电阻电路分别列 KCL、KVL,并检查方程个数、单位与功率守恒。

口述题(4 分钟): 用 60–90 秒回答“KCL、KVL 分别反映什么守恒?它们何时需要修正模型?”

电路题(4 分钟): 某节点有 \(2\ \mathrm{mA}\)\(3\ \mathrm{mA}\) 流入,\(i_x\) 的箭头也指向节点。列 KCL 并求 \(i_x\),解释负号。

改变一个条件题(2 分钟):\(i_x\) 箭头反向但保持实际电路不变,方程和答案如何改变?

复习登记(3 分钟): D+1(Day 3)无提示写 KCL/KVL;D+3(Day 5)重做一道含负号节点题;D+7(Day 9)口述两条定律及其集中参数边界。

Day 3 节点电压法与戴维南等效

预计用时:45 分钟

目标: 能完成“选地—标节点—按支路写电流—列 KCL—检查”的节点法流程;能求线性一端口的戴维南等效。

前置知识: Day 2 的 KCL/KVL、欧姆定律、串并联。

定位资料(非整节通读): 只查节点电压法 5.3 完整例题6.2 戴维南/诺顿同端口和 6.3“有限等效何时存在”;不读 6.4 最大功率等拓展。

5 分钟回忆: 画一个三支路节点并无提示写 KCL;解释“解得负电流”和“电阻为负”为什么不是同一回事。

核心学习(27 分钟):

  1. 选参考地后,用统一模板 \((V_a-V_b)/R\) 写每一支路电流,不靠“看起来流向哪里”猜符号。
  2. 明确戴维南两参数:开路电压 \(V_{th}=V_{oc}\);关闭独立源后从端口看的 \(R_{th}\),含受控源时保留受控源并加测试源。
  3. 用极限检查节点式:某支路 \(R\to\infty\) 应消失,\(R\to0\) 应钳住相应节点;负载接上后 \(I_L=V_{th}/(R_{th}+R_L)\)

口述题(4 分钟): 用 90 秒解释“戴维南等效保留了什么,又没有保留什么?”

电路题(4 分钟): \(10\ \mathrm V\) 电源经 \(2\ \mathrm{k\Omega}\) 接节点,节点再经 \(3\ \mathrm{k\Omega}\) 接地。求该端口的 \(V_{th}\)\(R_{th}\)

改变一个条件题(2 分钟): 在上题端口接 \(3\ \mathrm{k\Omega}\) 负载,端口电压相对开路值怎样变化?先判断再计算。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 4)重画节点法五步;D+3(Day 6)求一个含两独立源端口的 \(V_{th}\);D+7(Day 10)口述含受控源时怎样求 \(R_{th}\)

Day 4 一阶 RC:初值、终值、时间常数

预计用时:45 分钟

目标: 能用三要素法写出稳定一阶 RC 的阶跃响应,解释电容电压连续性与时间常数。

前置知识: Day 1–3 的电容、电压参考方向、KCL 和戴维南等效。

定位资料(非整节通读):一阶 RC 暂态只查 7.1 初/终值、7.2 三要素式推导和 7.3 三点波形;能量小节留到深入轨。

5 分钟回忆: 做 Day 1 的 D+3:写 \(p=vi\) 的使用条件并判断一个负功率;再无提示写节点支路电流模板。

核心学习(27 分钟):

  1. \(i_C=C\,\mathrm dv_C/\mathrm dt\) 说明有限电流下 \(v_C(0^+)=v_C(0^-)\),但电容电流可以突变。
  2. 写三要素式 \(v_C(t)=v_C(\infty)+[v_C(0^+)-v_C(\infty)]e^{-t/\tau}\),其中 \(\tau=R_{\rm seen}C\)
  3. 对充电电路检查 \(t=0^+\)\(t=\tau\)\(t\to\infty\) 三点,并解释约 \(5\tau\) 后为何工程上视为稳定。

口述题(4 分钟): 用 90 秒说明“电容电压为何通常不能突变,时间常数物理上表示什么”。

电路题(4 分钟): 未充电的 \(10\ \mu\mathrm F\) 电容经 \(10\ \mathrm{k\Omega}\) 接到 \(5\ \mathrm V\) 阶跃,写 \(v_C(t)\),求 \(t=\tau\) 时电压。

改变一个条件题(2 分钟): 只把电容加倍,初值、终值、初始斜率和到达 63.2% 所需时间分别怎样变?

复习登记(3 分钟): D+1(Day 5)默写三要素式;D+3(Day 7)做一个非零初值 RC;D+7(Day 11)用波形解释 \(R\) 加倍的影响。

Day 5 半导体、载流子与 PN 结

预计用时:45 分钟

目标: 能用扩散、漂移、耗尽区和势垒解释 PN 结的单向导电,而不把“0.7 V”当作开关定律。

前置知识: Day 1 的电流、电压和能量直觉;不要求量子力学。

定位资料(非整节通读): 只查2.2 掺杂与多数/少数载流子3.1 耗尽区形成、3.2 外加偏置和 3.3 中 Shockley 曲线图;费米能级拓展不读。

5 分钟回忆: 做 Day 2 的 D+3:写一个含负号的节点式并解释结果;随后说出 RC 三要素。

核心学习(27 分钟):

  1. 区分电子、空穴、多数载流子和少数载流子;说明掺杂改变的是浓度,不是凭空制造净电荷流。
  2. PN 接触后,多数载流子扩散留下固定离子,建立耗尽区内建电场;漂移与扩散在热平衡时抵消。
  3. 正向偏置降低势垒、反向偏置升高势垒;Shockley 指数关系解释为何导通是渐变且受温度影响。

口述题(4 分钟): 用 90 秒从“刚接触”讲到“热平衡”,解释耗尽区怎样形成。

电路题(4 分钟): 画一个 PN 结串联限流电阻与可反接直流源的电路。分别标出正向、反向偏置时势垒与耗尽区的变化,并只判断电流相对热平衡漏电是“大幅增加”还是“仍很小”;本题不使用恒压降或数值电流模型。

改变一个条件题(2 分钟): 在反向偏置下只继续增大电源幅值,耗尽区和漏电趋势如何;何时必须补充“击穿与限流”边界?

复习登记(3 分钟): D+1(Day 6)画出 PN 结正反偏示意;D+3(Day 8)从势垒解释整流;D+7(Day 12)回答温度升高时同电流下正向压降的趋势。

Day 6 二极管模型、状态假设与基本电路

预计用时:45 分钟

目标: 能选择理想、恒压降或小信号模型,并用“假设状态—求解—审判不等式”分析整流、限幅和钳位。

前置知识: Day 2 的 KCL/KVL、Day 5 的 PN 结与正反偏。

定位资料(非整节通读): 只查4.1 模型选择表5 节状态假设算法开头步骤和6.4 三类电路辨析;三道长例题不通读。

5 分钟回忆: 做 Day 3 的 D+3:口述 \(V_{th}\)\(R_{th}\) 求法;再用两句话解释正偏为何增大载流子注入。

核心学习(27 分钟):

  1. 先按问题选模型:逻辑状态用理想/恒压降,偏置点附近微小交流用 \(r_d=nV_T/I_D\),高精度才用指数式。
  2. 练习状态算法:假设导通后以压降模型代换,解完检查电流方向;假设截止后开路,解完检查端电压是否满足截止区。
  3. 区分三种功能:整流选择半周,限幅限制幅度,钳位在近似保持峰峰值时移动直流电平。

口述题(4 分钟): 用 90 秒回答“为什么二极管题必须先声明模型,并在算完后检查状态?”

电路题(4 分钟): \(5\ \mathrm V\)\(1\ \mathrm{k\Omega}\) 和一只按 \(0.7\ \mathrm V\) 模型的二极管接地,分别对二极管正接、反接求电流并验证假设。

改变一个条件题(2 分钟): 若正接时把串联电阻减半,二极管端电压、电流和功耗各有什么趋势?

复习登记(3 分钟): D+1(Day 7)不看资料写状态算法;D+3(Day 9)分析一个偏置限幅器;D+7(Day 13)比较直流电阻 \(V_D/I_D\) 与小信号电阻 \(r_d\)

Day 7 第一关卡:电路语言、等效与 RC

预计用时:50 分钟

目标: 在计时条件下串联 Day 1–6,确认能画方向、列方程、选模型并口述边界。

前置知识: Day 1–6;开始前只看自己的错题与薄弱点记录(Clone 模式见学习助手),不看答案式笔记。

定位资料(非整节通读): 关卡前不读教材;评分后的 5 分钟内,只按一个失分点查第 1 章错误表第 2 章错误表的一行。

5 分钟回忆: 做 Day 4 的 D+3:默写 RC 三要素式并解释每一项;做 Day 6 的 D+1:写二极管状态假设算法。

核心闭卷题单(27 分钟,90 分):

  1. 0–8 分钟,20 分。 (a)元件上正下负,\(v=6\ \mathrm V\),参考电流向上且 \(i=2\ \mathrm A\):求吸收功率并解释符号(8 分)。(b)节点有 \(2,3\ \mathrm{mA}\) 流入,箭头指入的 \(i_x\) 未知:列 KCL、求 \(i_x\) 并解释结果符号(12 分)。
  2. 8–17 分钟,35 分。 \(12\ \mathrm V\)\(2\ \mathrm{k\Omega}\) 到节点,节点经 \(4\ \mathrm{k\Omega}\) 接地。(a)从节点对地求戴维南参数(20 分)。(b)在该端口接 \(C=15\ \mu\mathrm F\),且 \(v_C(0^+)=2\ \mathrm V\):求时间常数并写完整响应(15 分)。
  3. 17–27 分钟,35 分。 (a)解释 PN 结从刚接触到热平衡时耗尽区形成的因果链(10 分)。(b)\(5\ \mathrm V\)\(1\ \mathrm{k\Omega}\) 和按 \(0.7\ \mathrm V\) 模型的二极管接地:分别对正接、反接求电流并写状态审判条件(20 分)。(c)说出恒压降模型在温度或微小交流问题中的一个边界(5 分)。

本关卡总分严格为:核心题单 90 + 下方口述 4 + 电路 4 + 改变条件 2 = 100。

口述题(4 分钟,计入关卡): 90 秒回答“从参考方向到模型审判,一道陌生电路题应怎样开始?”满分 4 分。

电路题(4 分钟,计入关卡): \(10\ \mathrm V\)\(2\ \mathrm{k\Omega}\) 到节点,节点经 \(3\ \mathrm{k\Omega}\) 接地,\(10\ \mu\mathrm F\) 电容也从节点接地。移除电容后求它所见的戴维南参数,再求稳态电压与从零初值开始的时间常数。满分 4 分。

改变一个条件题(2 分钟,计入关卡): 只把电容加倍,端口的 DC 戴维南参数与暂态各怎样变?满分 2 分。

交卷后展开:标准答案与评分点(交卷前禁止打开)

核心题 1(20 分): (a)参考电流进入负端,按吸收功率约定 \(p=-vi=-12\ \mathrm W\),元件向外供能。式、数值、供能判断分别 2、3、3 分。(b)取流入为正,\(2+3+i_x=0\),所以 \(i_x=-5\ \mathrm{mA}\);负号表示实际电流流出。方程、数值、解释各 4 分。

核心题 2(35 分): (a)开路节点电压 \(V_{th}=12\times4/(2+4)=8\ \mathrm V\);电压源置零后 \(R_{th}=2\parallel4=4/3\ \mathrm{k\Omega}\)。节点式 5、\(V_{th}\) 5、\(R_{th}\) 8、单位 2 分。(b)终值 \(8\ \mathrm V\)\(\tau=R_{th}C=20\ \mathrm{ms}\),故 \(v_C(t)=8-6e^{-t/(20\mathrm{ms})}\ \mathrm V\)。初值、终值、\(\tau\)、完整式分别 3、3、4、5 分。

核心题 3(35 分): (a)载流子扩散后留下固定离子,形成内建场;漂移与扩散在平衡时抵消。四个因果节点各 2 分,方向正确 2 分。(b)正接候选 \(I=(5-0.7)/1\mathrm{k}=4.3\ \mathrm{mA}\),电流方向满足导通;反接开路候选 \(I=0\),端压满足反偏。两种状态各 10 分。(c)恒压降不能描述温度变化下的压降、偏置点附近微小斜率或快速动态;答出任一并解释得 5 分。

口述(4 分): 参考方向、基本定律、求解后检查、模型及边界各 1 分。

电路(4 分): 电容所见 \(V_{th}=6\ \mathrm V\)\(R_{th}=1.2\ \mathrm{k\Omega}\)、终值 \(6\ \mathrm V\)\(\tau=12\ \mathrm{ms}\),各 1 分。

改变条件(2 分): \(V_{th},R_{th}\) 不变 1 分;\(\tau\) 加倍、响应变慢 1 分。

评分与补救(5 分钟): 80–100 分进入 Week 2;60–79 分只重做失分链并在 Day 8 前 5 分钟复测;低于 60 分暂停新模型一天,按“参考方向→KCL/KVL→节点法→RC/二极管”最早断点回读。任一题若没有写假设或单位,该题最高得一半分。

复习登记(3 分钟): D+1(Day 8)重答关卡最低分题;D+3(Day 10)做同模型换参数题;D+7(Day 14)在第二关卡开场用 90 秒复述第一周证据链。

第一周关卡出口

通过标准不是“看懂”,而是:能在空白纸上完成一题节点/等效、一题 RC、一题二极管状态判断,并说清至少一个负号和一个模型边界。记录最低分知识链,Week 2 每天只修一个最早断点。