電路的基本概念和分析方法

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1、第1章電路的基本概念和基本定律1.1電路和電路模型1.2電路的基本物理量1.3電阻元件和電源1.4基爾霍夫定律1.5支路電流法1.6等效變換法1.7節(jié)點(diǎn)電壓法1.8網(wǎng)絡(luò)定理分析法1.9應(yīng)用——惠斯登電橋測(cè)電阻本章內(nèi)容提要重點(diǎn)：（1）電路模型的概念及科學(xué)建模；（2）電壓、電流的參考方向；（3）電位的計(jì)算；（4）電路的各種分析方法；難點(diǎn)：（1）關(guān)聯(lián)參考方向的判斷；（2）等效變換的含義及變換的實(shí)質(zhì)；（3）靈活、熟練選用最佳分析電路的方法。1.1電路和電路模型1.1.1電路一、電路的功能（1）實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換；（2）實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳輸、處理和存儲(chǔ)。二、電路的定義所

2、有的實(shí)際電路是由電氣設(shè)備和元器件按照一定的方式連接起來(lái)，為電流的流通提供路徑的總體，也稱網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際電路中，電能或電信號(hào)的發(fā)生器稱為電源，用電設(shè)備稱為負(fù)載。電壓和電流是在電源的作用下產(chǎn)生的，因此，電源又稱為激勵(lì)源，簡(jiǎn)稱激勵(lì)。由激勵(lì)而在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。有時(shí)，根據(jù)激勵(lì)和響應(yīng)之間的因果關(guān)系，把激勵(lì)稱為輸入，響應(yīng)稱為輸出。手電筒電路就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的實(shí)用電路。這個(gè)電路是由一個(gè)電源（干電池）、一個(gè)負(fù)載（小燈泡）、一個(gè)開(kāi)關(guān)和連接導(dǎo)線組成。如圖1.1（a）所示。1.1.2電路模型一、理想元件為了便于對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行分析，通常是將實(shí)際電路器件理想化（或稱模型化）

3、，即在一定條件下，突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素，將其近似地看做理想電路元件，并用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。二、電路模型的定義由理想元件組成的電路，就稱為實(shí)際電路的電路模型。圖1.1（b）即為圖1.1（a）的電路模型。又如圖1.2（a）表示一個(gè)最簡(jiǎn)單的晶體管放大電路，其電路模型如圖1.2（b）所示。今后如未加特殊說(shuō)明，所說(shuō)的電路均指電路模型?！咀⒁狻浚阂陨嫌美硐腚娐吩蛩鼈兊慕M合模擬實(shí)際器件的過(guò)程稱為建模。建模時(shí)必須考慮工作條件，并按不同精確度的要求把給定工作情況下的主要物理現(xiàn)象及功能反映出來(lái)。例如，在直流情況下，一個(gè)線圈的模型可以是一個(gè)電阻元件；在較低頻

4、率下，就要用電阻元件和電感元件的串聯(lián)組合模擬；在較高頻率下，還應(yīng)計(jì)及導(dǎo)體表面的電荷作用，即電容效應(yīng)，所以其模型還需要包含電容元件。可見(jiàn)，在不同的條件下，同一實(shí)際器件可能采用不同模型。模型取得恰當(dāng)，對(duì)電路的分析和計(jì)算結(jié)果就與實(shí)際情況接近；模型取得不恰當(dāng)，則會(huì)造成很大誤差，有時(shí)甚至導(dǎo)致自相矛盾的結(jié)果。如果模型取得太復(fù)雜，就會(huì)造成分析得困難；反之，如果取得太簡(jiǎn)單，就不足以反映所需求解的真實(shí)情況。所以建模問(wèn)題需要專門研究，絕不能草率定論。1.2電路的基本物理量電路的基本物理量有電流、電壓和功率。電路分析的基本任務(wù)是計(jì)算電路中的電流、電壓和功率。1.2.1電流一、電流

5、的定義式(1-1)二、電流的分類按照電流的大小和方向是否隨時(shí)間變化，分為恒定電流（簡(jiǎn)稱直流DC）和時(shí)變電流，分別用符號(hào)I和i表示。平時(shí)所說(shuō)的交流（AC）是時(shí)變電流的特例，它滿足兩個(gè)特點(diǎn)，一是周期性變化，二是一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值等于零。三、電流的參考方向在分析電路時(shí)往往不能事先確定電流的實(shí)際方向，而且時(shí)變電流的實(shí)際方向又隨時(shí)間不斷變化。因此在電路中很難標(biāo)明電流的實(shí)際方向。為此，我們引入電流的“參考方向”這一概念。參考方向的選擇具有任意性。在電路中通常用實(shí)線箭頭或雙字母下標(biāo)表示，實(shí)線箭頭可以畫(huà)在線外，也可以畫(huà)在線上。為了區(qū)別，電流的實(shí)際方向通常用虛線箭頭表示，

6、如圖1.3所示。而且規(guī)定：若電流的實(shí)際方向與所選的參考方向一致，則電流為正值，即i＞0；若電流的實(shí)際方向與所選的參考方向相反，則電流為負(fù)值，即i＜0。如圖1.3所示。這樣以來(lái)，電流就成為一個(gè)具有正負(fù)的代數(shù)量。1.2.2電壓一、電壓的定義式電路中任意a、b兩點(diǎn)之間的電壓等于電場(chǎng)力由a點(diǎn)移動(dòng)單位正電荷到b點(diǎn)所作的功。即(1-3)二、電位在電路中任選一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，則其他各點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓叫做該點(diǎn)的電位，用符號(hào)V表示。例如，電路中a、b兩點(diǎn)的電位分別表示為Va和Vb，并且a、b兩點(diǎn)間的電壓與該兩點(diǎn)電位有以下關(guān)系：Uab=Va-Vb（1-4）兩點(diǎn)間電壓就是該兩點(diǎn)的電

7、位之差。今后如未說(shuō)明，通常選接地點(diǎn)作參考點(diǎn)，并且參考點(diǎn)的電位為零。三、電壓的參考方向電壓的參考方向（也稱參考極性）的選擇同樣具有任意性，在電路中可以用“+”、“-”號(hào)表示，也可用雙字母下標(biāo)或?qū)嵕€箭頭表示。如圖1-6所示。電壓正負(fù)值的規(guī)定與電流一樣，此處不再贅述?！咀⒁狻浚航窈笤谇箅妷骸㈦娏鲿r(shí)，必須事先規(guī)定好參考方向，否則求出的值無(wú)意義。四、電壓、電流的關(guān)聯(lián)參考方向通常，對(duì)于一個(gè)元件或在一段電路中，電流參考方向和電壓參考方向都是可以任意選定的，彼此獨(dú)立無(wú)關(guān)。但為了分析方便，習(xí)慣上將某一元件或某段電路的電壓和電流的參考方向選得一致，即選定電流從標(biāo)以電壓“+”極性

8、端流入而從標(biāo)以“-”極性端流出，這樣選定的電壓和電流