上课用第1章 电路的基本概念与定律

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1、第一章电路的基本概念与定律电路理论起源于物理学中电磁学的一个分支。若从欧姆定律（1827年）和基尔霍夫定律（1845年）的发表算起，至今已有170多年的历史。电路理论融合了物理学、数学和工程技术等多方面的成果。物理学，尤其是其中的电磁学为研制各种电路器件提供了原理依据，对各种电路现象做出理论上的阐述；数学中的许多理论在电路理论中得到广泛的应用，成为分析、设计电路的重要方法；工程技术的进展不断向电路理论提出新课题，推动电路理论的发展。电路理论是研究电路的基本规律及基本分析方法的工程学科。它通常包括电路分析和网络综合两个分支。电路分析指根据已知的电路结构和元

2、件参数，求解电路的特性；网络综合是根据对电路性能的要求，确定合适的电路结构和元件参数，实现所需要的电路性能。另外，由于电子元件与设备的规模扩大，促进了故障诊断理论的发展，因而故障诊断理论被人们视为继电路分析和网络综合之后电路理论的又一个新的分支。1.1电路的基本概念1.1.1电路的组成和功能为了实现电能的产生，传输及使用的任务把所需要的电路元件按一定的方式连接起来，即构成电路。所以电路是由电工（电器）设备构成的总体。它提供了了电流流通的路径，在电路中随着电流的通过，进行着能量的转换、传输、分配的过程。一个完整的电路要有三个基本组成部分。电源（SOURCE

3、）：产生电能或信号的设备，是电路中的信号或能量的来源，工作时将其他形式的能量变为电能—例如发电机、干电池、光电池等。同时电源又被称为激励。负载（LOAD）：用电设备，消耗电能的装置。工作时将电能变为其他形式的能量，例如电动机、电阻器等。电源与负载之间的连接部分：除连接导线外，还必须有控制、保护电源用的开关、熔断器、升、降压变压器等。根据电路的功能将电路分为两种：一种是实现电能传输和分配，并将电能转换成其他形式的能量—称为力能电路。（用在“强电”电路中）。电路的另一个作用是对信号进行处理，以信号处理为目的的电路称为信号电路。（用在“弱电”电路中），通过电路

4、把输入的信号（激励--EXCITATION）进行变换或加工变为所需要的输出（响应—RESPOSE）。如放大电路把微弱信号进行放大—收音机、电视机的放大电路，调谐电路，存储电路，整流滤波电路等。1.1.2电路和电路模型1．实际电路的组成实际电路是由各种电气、电子元器件（如电阻器、电容器、线圈、开关、晶体管、电池等）按一定的方式相互连接而成的。通常包括三个部分：一是提供能量或信号的电源；二是用电装置，称为负载；三是连接电源与负载的导线、开关等中间环节。2．实际电路的功能实际电路的功能可概括为两个方面：其一，进行电能的产生、传输、分配与转换，如电力系统中的发电

5、、输配电线路等。其二，实现信号的产生、传递、变换、处理与控制，如电话、收音机、电视机电路等。3．电路模型问题的提出：实际电路中使用的电路部件一般都和电能的消耗现象及电磁能的储存现象有关，这些现象交织在一起并发生在整个部件中。如果把这些现象或特性全部加以考虑，这对分析电路就带来了困难。因此，必须在一定条件下，忽略它的次要性质，用一个足以表征其主要电磁性能的模型来表示，以便进行定量分析。集总假设：当实际电路尺寸远小于其使用时最高工作频率所对应的波长时，可以定义出几种理想元件，用来构成实际部件的模型。这个条件即为集总假设。在这个条件下，每一种理想元件只反映一种

6、基本电磁现象，其电磁过程都分别集中在各元件内部进行，且可由数学方法精确定义。例如，电阻元件表征消耗电能的特性，电容元件表征储存电场能量的特性，电感元件表征储存磁场能量的特性。这三种理想元件模型如图1.1所示。电路模型：电路模型是实际电路在一定条件下的科学抽象和足够精确的数学描述。电路分析的对象不是实际电路，而是理想化的电路模型。电路理论中所说的电路是指由一些理想元件按一定方式连接组成的总体。(a)(b)(c)图1.1三种理想元件模型不同的实际部件，只要具有相同的主要电磁性能，在一定条件下可用同一个模型表示。同一个实际部件在不同的条件下，它的模型也可以有不

7、同的形式。例如，实际电感器在不同条件下的模型如图1.2所示。图1.2实际电感器在不同条件下的模型将实际电路中各个部件用其模型表示，这样画出的图即可得到实际电路的电路模型，也称电路原理图。1.2电路的基本物理量及参考方向1.2.1电路的基本物理量电路分析能够得出给定电路的电性能。电路的电性能通常可以用一组表示时间函数的变量来描述，电路分析的任务在于给定电源（激励）解得这些变量（响应）。从根本上说，电荷与能量是描述电现象的基本变量或原始变量，为便于描述电路，从电荷和能量引入了电路的基本变量：电流、电压和功率。它们都易于测定，其中功率又可由电压、电流算得。因此

8、，电路分析问题，往往侧重于求解电流和电压。1．电流电荷有规则的定向运动，形成传导