電路分析基礎(chǔ)（第二版）電路的基本概念和基本定律

《電路分析基礎(chǔ)》ElectricCircuitAnalysisBasis

電路的基本概念和基本定律

重點：

電壓、電流的參考方向

功率及正、負(fù)號的意義

電位的計算

電阻元件

基爾霍夫定律

理想電源的定義及伏安關(guān)系

§1.1電路和電路模型1.電路：由若干電氣設(shè)備或器件按照一定方式組合起來，構(gòu)成電流的通路。

導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡2.電路模型：基本的理想電路元件：電感元件——只表示存貯磁場能量的元件電阻元件——

只表示消耗電能的元件電容元件——

只表示存貯電場能量的元件

在一定條件下將實際器件理想化，忽略它們的次要性質(zhì)，用一個足以表征其主要性能的元件模型來表示。3.集總電路：我國電力用電的頻率

對應(yīng)的波長

對于以此為工作頻率的電路來說，可用集總這一概念。

一個實際電路，必須滿足如下條件，方可用集總電路去近似：實際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于電路正常工作頻率所對應(yīng)的電磁波波長。單位：A(安)(Ampere安培)

§1.2電路分析的基本變量

最常用到的基本變量：電流、電壓和功率。

1.電流：

定義：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量。正電荷運動的方向。方向：直流DC（DirectCurrent):

大小和方向不隨時間變化的恒定電流。用I

表示。交流AC（AlternatingCurrent):大小和方向隨時間變化的交變電流。用i

表示。

參考方向：如果電流的真實方向與參考方向一致，電流為正值；如果電流的真實方向與參考方向相反，電流為負(fù)值。

參考方向可以任意選定，在電路圖中用箭頭表示，或用帶下標(biāo)的電流符號表示。規(guī)定：注：電路圖中所標(biāo)方向均為參考方向。參考方向一經(jīng)選定，不再改變。

2.電壓：

單位：V（伏特）

定義：電路中、兩點間的電壓表明了單位正電荷由點轉(zhuǎn)移到點能量的改變量。

如果正電荷由a點轉(zhuǎn)移到b點，獲得能量，則電位升。極性確定：如果正電荷由a點轉(zhuǎn)移到b點，失去能量，則電位降。參考方向：

關(guān)聯(lián)參考方向：

電流與電壓降參考方向一致。3.功率：定義：能量對時間的變化率。單位：W（瓦特）

在電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)的條件下，一段電路在任一時刻t吸收的功率等于該時刻這段電路的端電壓與端電流有乘積。若電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)：

功率正、負(fù)號的意義：

①:表明電路元件吸收(消耗)功率。

②:表明電路元件產(chǎn)生(釋放)功率。

例

:電路如圖，若元件A吸收功率10W，

例

:電路如圖，若元件B產(chǎn)生功率20W，

例

:電路如圖，求元件功率。

§1.3基爾霍夫定律

基爾霍夫電流定律(KCL):Kirchhoff’sCurrentLaw

基爾霍夫電壓定律(KVL):Kirchhoff’sVoltageLaw1.電路術(shù)語：

支路branch：沒有分支的一段電路叫支路。節(jié)點node：三條或三條以上支路的匯接點?；芈穕oop：由若干支路構(gòu)成的閉合路徑。網(wǎng)孔mesh：對于平面電路而言，內(nèi)部不含支路的回路。有很多個。2.基爾霍夫電流定律（KCL）：對于集總參數(shù)電路中的任一節(jié)點，在任一時刻，流出(或流入)該節(jié)點的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。對于集總參數(shù)電路中的任一節(jié)點，在任一時刻，流出該節(jié)點的支路電流之和等于流入該節(jié)點的支路電流之和。KCL也可推廣運用于電路中的任一假設(shè)的封閉面。廣義節(jié)點例

:3.基爾霍夫電壓定律（KVL）：KVL也可推廣運用于不完全是由支路構(gòu)成的假想回路。

對于集總參數(shù)電路中的任一回路，在任一時刻，沿選定的回路方向，該回路中所有支路電壓降的代數(shù)和恒等于零。

解

:例

:電路如圖，求。

列KVL：兩點間的電壓等于從首點走向尾點各支路電壓降的代數(shù)和。

練習(xí):

如圖，求Uab=?ab-1A10+_10V+_-15V20

解

:

§1.4電阻元件

resistor1.線性電阻元件：定義：服從歐姆定律的電阻元件稱為線性電阻元件。伏安關(guān)系VAR：電壓與電流之間的關(guān)系。

VoltAmpereRelationshipVAR曲線：

功率和能量電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)。單位：西門子

（S）

①功率：

電阻元件吸收功率，是耗能元件。

在電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)的條件下

②能量：

在時間段內(nèi)電阻元件消耗(或吸收)的能量：

單位：焦耳（J）

衡量一個負(fù)荷的大小用功率表示。

衡量負(fù)荷消耗了多少能量用“度”表示。

2.非線性電阻元件：nonlinearresistor電阻值隨著電壓或電流的大小甚至方向而改變，不是常數(shù)。二極管（diode）VAR曲線：

例

:電路如圖，求電阻R

。++

§1.5理想電源1.理想電壓源（獨立電壓源）：定義：它是一個二端元件，其端電壓恒為電源電壓或，與流過它的電流(端電流)無關(guān)。VAR：時，理想電壓源相當(dāng)于一條短路線。2.理想電流源（獨立電流源）：定義：它是一個二端元件，其端電流恒為電源電流或，與端電壓無關(guān)。VAR：時，理想電流源相當(dāng)于開路?！痢?.實際電壓源和實際電流源：(書P32→P34)實際電壓源:電路模型：理想電壓源與電阻串聯(lián)。VAR：斜率為電路模型：理想電流源與電阻并聯(lián)。VAR：實際電流源模型：斜率為

§1.6受控源（非獨立源）

controlled（ordependent）source定義：它是一種雙口元件(或四端元件),有兩個端口(輸入端口和輸出端口),輸出端的電壓或電流受輸入端的電壓或電流的控制。電路符號：受控電壓源受控電流源+–(書P18)i2=gu1(b)電壓控制電流源(VoltageControlledCurrentSource)受控源分類：

:控制系數(shù)

u2=

u1(a)電壓控制電壓源(VoltageControlledVoltageSource)

i1=0u1+_u2VCVS+_

u1+_VCCSgu1+_u2_u1i2

i1=0+(d)電流控制電流源(CurrentControlledCurrentSource)i2=bi1u2=ri1(c)電流控制電壓源(CurrentControlledVoltageSource)i1_u1ri1+_u2CCVS+_+CCCSbi1+_u2i2i1+_u1受控源在電路中的一般畫法：

§1.7電位的計算電路中某點的電位就是該點對參考點的電壓。參考點：電位為零的點，用“⊥”表示。

例