电路的基本定律和基本分析方法

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1、第一章电路的基本概念和基本定律1、电路的基本物理量——电流、电压（电位）和电功率2、电路的基本元件——电阻、电感、电容、电压源和电流源3、电路的基本定律——基尔霍夫电流定律和电压定律4、基本元件的串联和并联5、电路的工作状态6、电路的基本分析方法1.1.1电路和电路模型1.电路电路是指为了某种需要由若干电气器件按一定方式连接起来的电流的通路电路的功能实现电能的传输和转换实现信号的传递和处理1.1电路的组成及基本物理量电路的构成电路主要由电源、负载以及从电源到负载的中间环节三部分组成电源是提供电能或电信号的设备负载是

2、用电或输出电信号的设备中间环节用于传输电能或传输、处理电信号信号源或电源输出的电压或电流称为激励，由激励而在电路中产生的电压或电流称为响应。根据激励和响应的因果关系，激励称为输入，响应称为输出。2.电路模型理想元件：每一种电路元件只体现一种基本电磁现象，具有精确和简单的数学定义常用的理想元件有电阻、电感、电容、恒压源和恒流源等元件模型：一个实际器件可以有多个元件模型，视电路分析要求的精度和工作条件选择一种模型集总假设：器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长50Hz的交流电，对应的波长为6000km，对一般的实验室

3、设备，其尺寸与这波长相比可忽略不计，元件可用以上集总参数模型描述对几百上千公里的特高压输电线来说，就必须考虑电场、磁场沿电路分布的情况，不能用集总参数描述，只能用分布参数描述。电路理论研究的对象是由理想元件构成的电路模型1.1.2电流、电压和电位1.电流带电粒子有规律的运动形成电流。电流的大小定义为：单位时间内通过导体截面积的电荷量电流强度的单位是安培（A）对直流，I=Q/t习惯上将正电荷运动的方向规定为电流的方向2.电压和电位单位正电荷从a点移到b点时电场力作的功称为ab两点间的电压对直流，Uab=W/Q在国际单

4、位制中，电压的单位是伏特(V)在电路中任取一点O作为参考点，则由某点a到参考点的电压Uao称为a点的电位Va在一个连通的系统中，只能选择一个参考点，参考点的电位等于零参考点用接地符号“⊥”表示例：设Va=0,求各点电位及Uab。解：Uac=Va-Vc=100,Vc=-100V;Ucd=Vc-Vd=15,Vd=Vc-Ucd=-100-15=-115V;Udb=Vd-Vb=-80,Vb=Vd-Udb=-35V;Uab=Va-Vb=0-(-35)=35VUab=Uac+Ucd+Udb=100+15+(-80)=35V思考

5、：若Va=100,各点电位及Uab有何变化？电压的方向为正电荷电势能降低的方向,实际方向由高电位点指向低电位点，即电位降低的方向电压Uab可表示为关联参考方向：同一元件的电压参考方向和电流参考方向取为一致，电流从电压的正极流向负极U>0，a点电位比b点高，实际方向与参考方向相同U<0，a点电位比b点低，实际方向与参考方向相反1.1.3电功率和电能功率的定义为单位时间内能量的变化dq元件A的电功率为（dq失去能量dW，A获得能量dW）注意：u、i为关联参考方向若计算结果表明u、i同为正值或同为负值，则p>0,表明元件

6、吸收功率或消耗功率若u、i互为异号,则p<0,表明元件释放功率或提供功率若电路中的电压与电流为非关联参考方向，则对直流电路，在关联参考方向下，在国际单位制中，功率的单位是瓦特(W)例在图1.2.5所示电路中，已知I=2A，U1=4V，P2=16W，U3=6V，求P1、P3、U2及整个电路的总功率。解：元件1的电压、电流为关联参考方向P1=U1I=42=8W（吸收功率）元件2和元件3的电压和电流为非关联参考方向P3=-U3I=-62=-12W（释放功率）整个电路的总功率为P=P1+P2+P3=8+16+（-12）

7、=12W（吸收功率）直流时为W=P（t-t0）国际单位制中，电能的单位是焦耳（J）实用的电能单位为千瓦小时（kwh），简称一度电电能得，在t0到t时间内，元件A吸收（消耗）的电能为由1kwh=103W3600s=3.6106J1.2电路和基本元件电路元件——有源元件和无源元件电压源、电流源，它们向电路提供电能，为有源元件。电阻、电感和电容元件称为无源元件1.2.1电阻元件当元件上的电压u和电流i存在着确定的代数关系时，这种元件就称为电阻元件关联参考方向下，电阻上的电压和电流满足关系：u=Ri——欧姆定律在国际单

8、位制中，电阻的单位是欧姆(Ω)电压与电流为非关联参考方向,u=-Ri电导定义为电阻的倒数，用G表示电阻的功率为1.2.2电感元件具有存储磁场能量特性的元件称为电感元件设线圈中的电流为i，单匝线圈的磁通为φ，N匝线圈的总磁通——磁链为Nφ，记作ψ电流i与磁通φ满足右手关系时，定义为线圈的电感ψ与i成线性关系，电感元件称为线性电感空心线圈可视为线性电感，含有铁心