【正文】 上官晉太 第一章 電路的基本概念和電壓、電流約束關系 電路的基本概念 電路的主要物理量 電路的無源元件 常用多端電路元件介紹 基爾霍夫定律 電路的有源元件 電路的組成及其功能 電路 主要由 電源 、 負載 、連接 導線 及 開關 等構成。 電源和負載是構成任一完整電路的兩個基本部分。 電源 (source)：提供能量或信號。 比如發(fā)電機、電池、電信號發(fā)生器等。 負載 (load)：用電設備。將電能轉化為其它形式的能量，或對信號進行處理 . 導線 (line)、 開關 （ switch)等：將電源與負載接成通路 . 電路的基本概念 電荷定向移動形成 電流 （ Current） 電流流過的路徑稱為 電路 （ Circuit） 在火力發(fā)電廠中，發(fā)電機由汽輪機帶動運轉，將機械能轉換成電能，經(jīng)變壓器將電壓升高，由輸電線送往用電地方，再經(jīng)變壓器將電壓降低，送至各種用電設備，把電能轉換成熱能、光能、機械能等。 升 壓 變壓器 輸電線 降 壓 變壓器 電燈 電動機 … 發(fā)電機 電路的主要功能及基本要求為： 轉換與傳輸能量，要求在轉換與傳輸過程中損耗小，效率高； *電路實現(xiàn)任何一種功能，都需要有電源或信號源，它是電路中產(chǎn)生電壓或電流的動力，稱為 激勵 。 由激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓或電流稱為 響應 。 處理與傳遞信號，要求在處理與傳遞過程中失真小，靈敏度高 。 電路模型 (circuit model) 1. 理想電路元件 ：根據(jù)實際電路元件所具備的電磁性質(zhì)所設想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件 ， 其 u， i關系可用簡單的數(shù)學式子嚴格表示 。 理想元件的分類： 按其與時間的關系分 ：時變元件和非時變元件 按其在電路中的作用分 ：有源元件和無源元件 按其對外連接個數(shù)分 ：二端元件、三端元件、多端元件等 按其性質(zhì)分 ：線性元件和非線性元件 2. 電路模型 電路模型 ：將 實際電路 中的元件由元件的模型（ 理想元件及其 組合 ）來代替，就可得到實際電路的電路模型。簡稱電路 。 *電路模型是由理想電路元件構成的。 10BASET wall plate導線 電池 開關 燈泡 例 . 實際電路元件的模型 ：將實際電路元件由 理想元件 及其 組合來 模擬 ，使得與實際元件具有 基本相同 的電磁性質(zhì)。 實際電路 電路模型 (電路 ) 兩條公理和一條假設 本書所論述的電路分析遵循兩條公理和一條假設。 電荷在電路中作定向移動形成電流。在運動過程中經(jīng)過各個電路元件，在有的元件上吸收能量，有的元件上放出能量。實踐證明，電荷的數(shù)量在運動過程中保持不變，即電荷守恒。 能量守恒 電荷守恒 電路是轉換與傳輸能量的裝置，在轉換與傳輸過程中遵循能量守恒定律。 集中假設 集總參數(shù)電路 ：由集總參數(shù)元件構成的電路。 一個實際電路要能用集總參數(shù)電路模擬 ，要滿足如下條件：即 實際電路的尺寸必須遠小于電路工作頻率下的電磁波的波長 。 *與 分布參數(shù)電路 相對。本課程主要針對集中參數(shù)電路。 集中假設： 實際電路及其器件在空間上有一定的幾何尺寸，若電路或器件的最大尺寸 d與工作電流電磁波的波長 ?比較，滿足 d ?時，則此電路或器件可看成集中在空間一點，即它的實際幾何尺寸不影響電路中的電磁關系，這就是“集中假設”，或稱“集總假設” 已知電磁波的傳播速度與光速相同，即 v=3 105 km/s (千米 /秒 ) (1) 若電路的工作頻率為 f=50 Hz， 則 周期 T = 1/f = 1/50 = s 波長 ? = 3 105 ?=6000 km 一般電路尺寸遠小于 ? 。 能 用集總參數(shù)電路模擬。 (2) 若電路的工作頻率為 f=50 MHz， 則 周期 T = 1/f = ?10–6 s 波長 ? = 3 105 ??10–6 = 6 m 一般電路尺寸均與 ? 可比 。 不能 視為集總參數(shù)電路 。 電路的分類 分布參數(shù)電路 非線性電路 集中電路 線性電路 電路 時變電路 時變電路 非時變電路 非時變電路 電阻性電路 電阻性電路 電阻性電路 電阻性電路 動態(tài)元件電路 動態(tài)元件電路 動態(tài)元件電路 動態(tài)元件電路 本書所說的電路均指非時變集中電路，而且又都是已完成器件建模的實際電路的理想模型，重點為非時變集中線性電路。 從不同的角度，電路有不同的分類，并可由此得出不同的電路名稱。 按電路中的電流是否隨時間變化，可分成直流電路和交流電路，交流電路中又分為正弦交流電路和非正弦交流電路。 若按電路的用途分有放大電路、整流電路、濾波電路、振蕩電路等。 需要說明的是 : 電路中的主要物理量主要有：電流 、 電壓 、 電荷 、 磁鏈 、電功率 、 電能等 ， 相應的符號是 i、 u 、 q 、 ?、 p、 w。 1. 電流 (current)：帶電質(zhì)點的運動形成電流。 電流的大小用 電流強度 表示：單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電量 。 tqtqit ddl i m)t(0Δd ef??? ΔΔ單位： A (安 ) (Ampere，安培 ) 電路的主要物理量 電流及其參考方向 當數(shù)值過大或過小時，常用十進制的倍數(shù)表示。 國際單位制 (SI)中，一些常用的十進制倍數(shù)的表示法如下： 符號 T G M k c m ? n p 中文 太 吉 兆 千 厘 毫 微 納 皮 數(shù)量 1012 109 106 103 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12 電荷有正負之分，正或負 電荷定向流動都形成電流，規(guī)定正電荷流動的方向為電流的方向。 對于比較復雜的電路，很難憑觀察來確定各條支路中電流的實際方向。 故引入?yún)⒖挤较颉? 不正確 ２．電流的參考方向 + 10V 10k? 電流為 1mA ? 因為電流有大小，又有方向 元件 (導線 )中電流流動的實際方向有兩種可能 : 實際方向 實際方向 參考方向 ：任意選定一個方向即為電流的參考方向。 i 參考方向 大小 (絕對值 ) 方向 (正、負號 ) 這時，代數(shù)量可以表示電流 A B 電流參考方向的 兩種表示 ： ? 用箭頭表示：箭頭的指向為 電流的參考方向。 ? 用雙下標表示：如 iAB , 電流的參考方向由 A指向 B。 i 參考方向 i 參考方向 i 0 i 0 實際方向 實際方向 電流的參考方向與實際方向的關系： 電壓 (voltage)：電場中某兩點 A、 B間的電壓 (降 )UAB 等于將點電荷 q從 A點移至 B點電場力所做的功 WAB與該點電荷 q的比值 ， 即 qWU ABdefAB ?單位： V (伏 ) (Volt，伏特 ) 當把點電荷 q由 B移至 A時 ， 需外力克服電場力做同樣的功， 此時可等效視為電場力做了負功 –WAB， 則 B到 A的電壓為 : ABABBA UqWU ???? 電壓（ Voltage）及其參考方向 電位 ：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點為參考點， 把任一點到參考點的電壓稱為該點的電位 。 參考點的電位一般選為 零 ， 所以 ， 參考點也稱為零電位點 。 電位用 ?表示，單位與電壓相同，也是 V(伏 )。 a b c d 設 c點為電位參考點，則 ?c=0 ?a=Uac， ?b=Ubc， ?d=Udc 3. 兩點間 電壓 與 電位 的關系 a b c d 仍設 c點為電位參考點， ?c=0 Uac = ?a ， Udc = ?d Uad= Uac –Udc= ?a–?d 前例 結論 ：電路中任意兩點間的電壓等于該兩點間的電位之差 。 例 . a b c V V 已知 Uab= V， Ubc= V (1) 以 a點為參