电路分析基础第1章电路模型和基本定律

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1、第1章电路模型和基本定律1.1电路和电路模型1.2电路的基本物理量及其参考方向1.3无源元件1.4有源元件1.5电路的工作状态1.6基尔霍夫定律1.7电路中电位的概念本章主要讨论电路模型和电路的基本物理量及其参考方向的概念，阐述三种无源元件(电阻元件、电容元件和电感元件)和两种有源元件(电压源与电流源)的物理特性和伏安关系，说明电路在不同状态下的工作情况以及电路必须遵循的基尔霍夫定律等。1.1电路和电路模型1.1.1电路的组成及作用1.电路的组成电路是为了某种需要由若干电工设备或元件按一定方式组成的总体，是电流的通路。在生产实践中所

2、使用的各种电路都是由实际的电气元器件组成的，常见的有电阻器、电容器、电感线圈、晶体管、变压器等。　　电路一般由电源、负载及中间环节三部分组成。(1)电源。　　电源是将其他形式的能量转换成电能的装置，如发电机、电池等，其中，发电机可将机械能转换成电能；电池可将化学能转换成电能。随着科学技术的日益发展和各种能源的充分开发，如水力资源、原子能、太阳能、地热、潮汐、风能等都已成为电能的来源。各种信号源也可称为电源。(2)负载。　　负载是用电设备的统称，是将电能转换成其他形式能量的装置，如日光灯、电动机、电炉、扬声器等。(3)中间环节

3、。中间环节是指连接电源和负载的中间部分，起着传输、控制和分配电能的作用，如输电线、变压器、配电装置、开关、熔断器及各种保护和测量装置等。电路中由负载和连接导线等中间环节组成的部分称为外电路，而电源内部的通路则称为内电路。手电筒的电路就是一个最简单的实际电路，它由电池、电珠、开关和筒体组成。电池中储存的化学能转变为电能后，经过开关和筒体传输给电珠使之发光。在这里，电池是电源，电珠是负载，而开关和筒体(传输导体)是中间环节。又如收音机的电路，它由天线、晶体管、电阻器、电容器和扬声器等组成，它的工作原理是：把天线接收到的信号经过中间电路的处

4、理和放大，然后推动扬声器工作使之播放出声音。在这个电路里，天线就可看做是一种电源(信号源)，扬声器把电能转换为声能，就是一种负载，而各种中间的处理和放大电路等就可看做是中间环节。2.电路的作用在现代化的生产和科学技术领域中，电路用于完成控制、计算、通信、测量以及发电、配电等各方面的任务。虽然实际电路种类繁多、功能各异，但从抽象和概括的角度来看，电路的作用主要体现在以下两个方面。(1)实现电能的输送和变换。　　电力系统电路示意图如图1.1.1所示，它主要用于传送、分配和变换电能。发电厂的发电机组将热能、水能和核能等转换成电能，通过输电

5、导线和变电所中的升压或降压变压器将电能输送到各用电设备，再根据需要将电能转换成机械能、热能和光能等其他形式的能量。图1.1.1电力系统电路示意图(2)实现信号的传递和处理。　　常见的电视机电路示意图如图1.1.2所示。它通过接收装置把载有语言、文字、音乐、图像的电磁波接收后转换为相应的电信号，然后通过多种中间电路环节将信号进行传递和处理，送到显示器和扬声器后还原为原始信息。图1.1.2电视机电路示意图无论一个具体电路的作用怎样，其中电源或信号源的电压或电流都称为电路的激励，它推动电路工作；由激励在电路中各部分产生的电压或电流称为电路

6、的响应。已知激励求响应，称为电路的分析；已知响应求激励，称为电路的综合或设计。　　总之，在电路中，随着电流的通过，进行着将其他形式的能量转换成电能、传输和分配电能以及将电能转换成所需要的其他形式能量的过程。1.1.2电路模型实际的元器件是多种多样的，它们在工作中往往表现出较复杂的电磁性质。通常，一种电路元件往往兼具两种以上的电磁特性，例如一个白炽灯，它除了具有消耗电能的电阻特性外，还具有一定的电感性，但其电感很微小；电池工作时除了将化学能转变为电能产生电动势外，在它的内阻上也消耗了一部分电能，因而又具有一定的电阻特性。为了便于对实

7、际电路进行数学描述和分析，需将实际元件理想化(或称为模型化)，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看做理想电路元件。因此，理想电路元件就是具有某种确定的电磁性质的假想元件，它是一种理想化的模型并具有精确的数学定义。理想电路元件包括理想无源元件和理想有源元件。前者包括理想电阻、理想电感和理想电容；后者包括理想独立电源和理想受控电源。　　如果一个实际的元器件同时具有几种不可忽略的电磁性质，就可用多个理想电路元件及其组合来近似地代替这个实际的元器件。例如一个实际电池就可由一个理想电源元件和一个理想电阻元件串联而成

8、。同样，对于一个实际电路，其电路模型就是由一些相关的理想电路元件组成的。例如手电筒电路，它的电路模型如图1.1.3所示，其中电珠是电路的负载，可理想化为电阻元件，其参数为电阻R;干电池是电源元