电路基础 史健芳 ch1电路的基本概念及基本元件

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1、电路基础本章介绍电路的基本概念和基本变量，阐述集中参数电路的基本定律----基尔霍夫定律。定义三种常用的电路元件：电阻、电压源和电流源。最后讨论集中参数电路中，电压和电流必须满足的两类约束。这些内容是全书的基础。第一章电路的基本概念及基本元件1－1电路与电路模型1－2电路的基本变量1－3基尔霍夫定律1－4电阻元件1－5电压源与电流源1－6实际电源的模型1－7受控源§1－1电路和电路模型1.1.1电路的组成和作用电路（circuit）是指电流流经的通路，是为了某种需要由一些电气设备或器件按一定的方式联合起来构成的通路。电路种类繁多，应用广泛，在电子信息、通信、自动控制、电力、计算

2、机等领域用来完成各种各样的任务。如电力系统中发电、输电、配电、电力拖动、电热、电气照明等完成电能传输和转换的电路；再如电子信息、通信工程等领域中对语音、文字、图像等信号传输、处理和接收的电路；还有完成控制、存储等复杂功能的大规模及超大规模集成电路等。虽然电路形式多种多样，但从电路本质来说，都由电源（source）、负载（load）和中间环节三个最基本部分组成。电源是将化学能、机械能等非电能转换成电能的供电设备，如干电池、蓄电池和发电机等；负载是将电能转换成热能、光能、机械能等非电能的用电设备，如电热炉、白炽灯和电动机等；连接电源和负载的部分，称为中间环节，如导线、开关等。比如我

3、们熟悉的手电筒电路，由电池、灯泡、外壳组成；电池把化学能转换成电能供给灯泡，灯泡把电能转换成光能作照明之用，电池和灯泡通过外壳连接起来。1.1.2电路与电路模型由集中参数元件构成的电路称为集中参数电路（lumpedcircuit）（电路模型或简称电路）。较复杂的电路又称为电网络（简称网络）（network）。在本书中，“电路”和“网络”通用。将集中参数元件用模型符号表示，画出的图称为电原理图（电路图）。电路图和元件的尺寸与实际电路和实际器件的尺寸无关。本书只研究集中参数电路。如不特别声明，本书中提到的电路指集中参数电路，元件指集中参数元件。例如我们前面提到的手电筒电路的电路模型

4、如图1-1所示。灯泡看成电阻元件，干电池看成电压源和电阻元件（内阻）的串联。电路模型是实际电路的科学抽象。采用电路模型来分析电路，不仅计算过程大为简化，而且能更清晰地反映电路的物理实质。图1－1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)拓扑结构图一些常见的电路元件电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长(λ)的关系，可以将它们分为两大类：(1)集总参数电路：满足d<<λ条件的电路。(2)分布参数电路：不满足d<<λ条件的电路。说明：本书只讨论集总参数电路,今后简称为电路。§1－2电路的基本变量1.2

5、.1电流一、电流的概念带电粒子有秩序的移动形成电流（current）。电流的大小用电流强度来衡量。电流强度（简称电流）指单位时间内通过导体横截面的电量。电流用i或I表示。式中，q表示电量，单位为库伦（用字母C表示）。电流的单位是安培（简称安，用A表示），1安培=1库仑/秒。电流的方向规定为正电荷移动的方向。大小和方向都不随时间变化而变化的电流称为恒定电流（直流电流），简称直流（directcurrent，简写为dc或DC）。大小或方向随时间变化而变化的电流称为交变电流，简称交流（alternatingcurrent，简写为ac或AC）。电路中一般用小写字母笼统的表示直流或交流变

6、量，而用大写字母表示直流量。二、电流的参考方向电流的方向是客观存在的，但在分析较复杂的直流或交流电路时，事先难以确定电流的真实方向。所以分析计算时，在计算之前先任意选定某一方向作为电流的参考方向(referencedirection)（假设方向，标出方向），将参考方向用带方向的箭头标于电路图中，在参考方向之下计算电流。若电流的计算结果为正值，表明电流的真实方向与参考方向一致；若计算结果为负值，表明电流的真实方向与参考方向相反。例如，图1-2（a）是电路的一部分，方框用来泛指元件。计算流过元件的电流时，先假设参考方向为a→b，如图（b），在此参考方向之下计算电流，若值为1A，表明

7、实际方向与参考方向一致，即电流的实际方向由a流向b；若计算的电流值为-1A，表明实际方向与参考方向相反，即电流的实际方向由b流向a。若参考方向为b→a，如图（c）所示，计算结果将正好与图（b）的值相差一个负号。（a）（b）（c）图1-2电流的计算参考方向一经设定，在计算过程中便不再改变。由参考方向与电流的正、负号相结合可表明电流的真实方向。所以在参考方向之下计算出结果后不必另外指明真实方向。在没有假设参考方向的前提下，直接计算得出的电流值的正、负号没有意义。1.2.2电压一、电压的概念电压(