电路分析基础1集总约束

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1、电路分析基础教师：张荣专业基础课第一篇总论和电阻电路的分析第一章集总电路中电压电流的约束关系由电阻、电容、电感等集总参数元件组成的电路称为集总电路。1电路与电路模型2电路分析的基本变量3基尔霍夫定律4电阻元件和独立电源元件5受控源6两类约束和KCL，KVL方程的独立性§1.1电路及集总电路模型从日常生活和生产实践可以体会到，要用电一般要用导线、开关等将电源和用电设备或用电器件连接起来，构成一个电流流通的闭合路径。这就是所谓电路。电路就是电器元件或设备按一定方式连接而构成的集合。电路的功能(1)电路的功能基本上可以分成两大类。一类是用来实现电能的转换、传输和分配。例如电力网络将电能从发电厂输

2、送到城市和农村、各个工厂和家庭，供各种电气设备使用。10kV330kV10kV400V电路的功能(2)电路的另外一种作用是实现电信号的传输、处理和存储。如语音和图像的广播和通信、生产过程中的自动控制与调节、信号的存储、雷达信息的获取等等。通信系统框图电路的组成构成电路的设备和器件统称为电路部件，常用的电路部件有电池、发电机、信号发生器、电阻器、电容器、电感线圈、变压器、晶体管及集成电路等。电路的形式多种多样，但从电路的本质来说，其组成都有电源、负载、中间环节三个最基本的部分。电路一词的两种含义:(1)实际电路;(2)电路模型。电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型

3、由一些理想电路元件用理想导线连结而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连结就构成不同特性的电路。电路模型常用电路图或者电路数据（表格或矩阵）来表示。电路模型描述：(1)电路元件的特性(2)元件间的连结关系由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管手电筒电路常用电路图来表示电路模型(a)实际电路(b)电原理图(c)电路模型(d)拓扑结构图晶体管放大电路(a)实际电路(b)电原理图(c)电路模型(d)拓扑结构图电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件

4、以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。线圈的几种电路模型(a)线圈的图形符号(b)线圈通过低频交流的模型(c)线圈通过高频交流的模型当实际电路的尺寸远小于使用时其最高工作频率所对应的波长时，可以用几种“集总参数元件”来构成实际部件的模型。集总假设——最基本假设集总假设条件d＜＜λ（电路元件尺寸）（工作信号对应波长）或：τ＜＜T（信号通过元件的时间）（工作信号周期）tbi1(t)i1(t)=i2(t)i2(t)aI波长（λ）、电磁波传播速度（c）、频率（f）关系：II时间（τ）、元件尺寸（d）、电磁波传播速度（c）关系：III周期（T）、频率（

5、f）关系：基本关系例如：音频电路计算机电路微波电路集总假设集总电路：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯一地确定了结构约束（又称拓扑约束，即元件间的联接关系决定电压和电流必须遵循的一类关系）。当实际电路的尺寸远小于使用时其最高工作频率所对应的波长时，可以用几种“集总参数元件”来构成实际部件的模型。基本的集总

6、参数元件有电阻元件、电感元件和电容元件，分别用图中(a)，(b)和(c)来表示。每种集总参数元件只反映一种基本电磁现象，且可由数学方法加以定义。集总假设三种基本的集中参数元件集总电路由集总参数电路元件构成的电路，就叫集总（参数）电路。集总电路分为两大类电阻电路：只含电阻元件和电源元件动态电路：含电容和电感等元件由分布参数电路元件构成的电路，就叫分布参数电路。§1.2电路变量电路分析使我们能够得到给定电路的电性能。电路的电性能通常可以用一组表示为时间函数的变量来描述，电路分析的任务在于解得这些变量。最常用的电路变量是电流、电压和功率。电流带电粒子有秩序的移动形成电流。电子、质子电荷量用q或Q表示

7、，6.24×1018e＝1C电流定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的方向。直流(dc)：大小和方向不随时间变化的电流交流(ac)：大小和方向都随时间周期性变化的电流电流的参考方向实际问题中，电流的真实方向难以在电路图中标出（如交流电路），而在复杂电路中也难以事先判断电流的真实方向引入参考方向：可以任意选定，在电路图中用箭头表示。如果电流的真实方向与参考方向一致