電路模型和電路定律

1、第一章 電路的基本概念及基本定律1.1 電路和電路模型干電池開(kāi)關(guān)燈炮一、電路 簡(jiǎn)單的：手電筒復(fù)雜的：電力系統(tǒng)3.1526KV35500kV610kV220/380VG發(fā)電機(jī)升壓變壓器高壓輸電線降壓變壓器高壓配電線降壓變壓器低壓配電線電力用戶發(fā)電廠區(qū)域變電所 大的、小的：計(jì)算機(jī)CPU芯片，集成電路 電路的形式是五花八門的，但它們具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，定義為：電路的定義： 人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)某種目的，將若干個(gè)電氣設(shè)備或器件，按照一定的方式連接起來(lái)，構(gòu)成電流的通路。這個(gè)通路稱為電路（circuit），或稱為網(wǎng)絡(luò)（netword）。 電路的作用： 實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和電能傳輸及分配 進(jìn)行信號(hào)處理和傳遞電路的組成：

2、電源提供電能的設(shè)備。 負(fù)載用電設(shè)備，是將電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量的設(shè)備。 中間環(huán)節(jié)傳遞、分配、控制、保護(hù)的裝置。 二、電路模型 實(shí)際電路電路模型。 實(shí)際電路元件構(gòu)成電路的設(shè)備或器件。 在通有電流的電路中，每一個(gè)實(shí)際元件都會(huì)出現(xiàn)好幾種電磁現(xiàn)象。 理想電路元件只顯示單一電磁現(xiàn)象的電路元件。 也叫集中參數(shù)元件獨(dú)立電壓源理想電源元件獨(dú)立電流源電阻器表征電磁能量轉(zhuǎn)換為其它形式能量理想負(fù)載元件電容器表征電場(chǎng)現(xiàn)象理想電路元件電感器表征磁場(chǎng)場(chǎng)象受控電源耦合電感器理想耦合元件理想變壓器用一個(gè)或幾個(gè)理想電路元件構(gòu)成的模型去模擬一個(gè)實(shí)際電路，使得模型中出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象與實(shí)際電路反映出來(lái)的現(xiàn)象十分近似，這個(gè)由理想電路元

3、件組成的電路稱為電路模型。也叫集中參數(shù)電路?；蚪袛?shù)學(xué)模型。 關(guān)于集中參數(shù)電路：根據(jù)實(shí)際電路的幾何尺寸（d）與其波長(zhǎng)（）的關(guān)系，可以將他們分為兩大類：滿足d 條件的另一類電路稱為分布參數(shù)電路，其特點(diǎn)是電路中的電壓和電流不僅是時(shí)間的函數(shù)，也與器件的幾何尺寸和空間位置有關(guān)。由波導(dǎo)和高頻傳輸線組成的電路，是分布參數(shù)的典型例子。本課程只討論集中參數(shù)模型，我們分析的電路都是電路模型，模型中的元件都是理想的。（電流的波長(zhǎng)，c為光速）例如：一個(gè)音頻放大電路的最高工作頻率為f=25kHz, 其波長(zhǎng)為 一般的音頻放大電路和音響設(shè)備的集合尺寸遠(yuǎn)比這個(gè)波長(zhǎng)小，均應(yīng)視為集中參數(shù)電路。 本課程任務(wù)：對(duì)一給定電路模型，如何

4、分析其中出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象，以及計(jì)算模型中的物理量（如電流、電壓、功率等）。至于如何構(gòu)成實(shí)際電路模型，不是本課程的主要內(nèi)容。 注意：在模型中所得結(jié)果只是實(shí)際電路中的一種近似。1.2 電流和電壓的參考方向一、電流 在電路理論中，電流和電壓是基本變量，通過(guò)它們可計(jì)算出電路中的其它物理量，如功率、能量等。 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，用i(t)表示： 單位：安培A（ampere），且1KA（千安） = 1000A，1mA（毫安） = 10-3A，1mA（微安） = 10-6A，1nA（納安）=10-9A。 電量的單位為庫(kù)侖C(coulomb)。1A=1C/1S(1庫(kù)侖/1秒)。 方向：正電荷

5、移動(dòng)的方向作為電流的正方向。 如果電流的大小或流向是隨著時(shí)間t改變的，這樣的電流稱為時(shí)變電流，用i(t)或i表示。（即i(t)或i表示的是任何瞬間的電流）。 如果電流的大小為恒值，方向不變，這樣的電流稱為直流電流或恒定電流。（direct current, dc或DC）用斜體大寫(xiě)字母I表示。 電流的參考方向 在電路分析中，首先要知道電流的方向才能著手分析電路。但是，電路中的電流方向通常事先是不知道的。為解決這個(gè)矛盾，可在每段電路中先任意地指定一個(gè)電流方向，這個(gè)任意指定的電流方向，稱為電流的參考方向。一段直流電路ABI 用箭頭符號(hào)表示：一段時(shí)變電流電路ABi(t) （時(shí)變電流i(t)的參考方向，

6、指的是在時(shí)刻t這一瞬間的電流方向） 有了電流參考方向及計(jì)算值的正負(fù)，電流的實(shí)際方向就能確定了。例如：在上圖中，根據(jù)圖示參考方向，經(jīng)過(guò)計(jì)算，若I 0，表明電流實(shí)際方向與參考方向一致；若I 0，該段電路吸收功率；0，該段電路吸收功率；0，該段電路釋放功率。 單位：瓦特（W）簡(jiǎn)稱瓦。1.4 電阻元件 如前所述，一個(gè)實(shí)際電阻器通以電流后，會(huì)同時(shí)顯示出熱效應(yīng)、磁場(chǎng)效應(yīng)和電場(chǎng)效應(yīng)（對(duì)于線繞電阻）等，其中最主要的是熱效應(yīng)。當(dāng)將其它次要效應(yīng)都忽略時(shí)，則實(shí)際電阻器就成為理想化的電阻器。電阻定義：在任一時(shí)刻t，如果一個(gè)二端元件的端電壓u(t)與i(t)的關(guān)系，在關(guān)聯(lián)參考方向下，在ui平面上，是一條通過(guò)原點(diǎn)的曲線，

7、則此二端元件稱為理想電阻元件。這條曲線稱為理想電阻元件的伏安特性曲線。 伏安特性曲線為過(guò)原點(diǎn)的一條 伏安特性曲線為一條過(guò)原點(diǎn)曲線 直線線性電阻 非線性電阻R線性電阻的圖形符號(hào)： 在關(guān)聯(lián)參考方向下，線性電阻元件的電流電壓關(guān)系：uiRu = Ri（歐姆定律） uRi在非關(guān)聯(lián)參考方向下，u = -Ri 注意：公式必須與參考方向配套使用。 u =Ri式又可寫(xiě)作 i = Gu 其中稱為電阻元件的電導(dǎo)。單位：R歐姆W，G西（門子）SR是無(wú)記憶元件：由特性曲線可看出，某一時(shí)刻的電壓u（電流i）完全由同一時(shí)刻的電流i（電壓u）決定，而與該時(shí)刻以前的電流（電壓）值無(wú)關(guān)。功率：在關(guān)聯(lián)參考方向下，任何時(shí)刻線性電阻元件吸取的電功率 由于p恒大于0， 線性電阻元件是耗能元件。常數(shù)u(V)i(A)0非時(shí)變電阻R特性曲線斜率為常數(shù)u(V)i(A)0時(shí)變電阻斜率是時(shí)間t的函數(shù)電阻和電阻器：線性電阻是理想化的電路元件，其工作電壓、電流和功率沒(méi)有任何限制。而電阻器在一定電壓、電流和功率范圍內(nèi)才能正常工作。電子設(shè)備中常用的碳膜電阻器、金屬膜電阻器和繞線電阻