电路基础 第二版 王俊鹍 第1章(new)

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1、第1章电路的基本概念和基本定律1.1电路与电路模型1.2电路的主要物理量1.3电阻元件及欧姆定律1.4电压源与电流源1.5基尔霍夫定律1.6电路中各点电位的计算1.1电路与电路模型1.1.1电路电路根据它们的基本功能可以分为两大类，一类是实现电能的传输和转换。最典型的例子是电力系统，其电路示意图如图1.1(a)所示，它包括电源、负载和中间环节三个组成部分。另一类是实现信号的传递和处理。常见的例子如扩音机，其电路示意图如图1.1(b)所示。图1.1电路示意图电源或信号源的电压或电流，称为激励，它推

2、动电路的工作；由激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励和响应之间的关系。1.1.2理想电路元件图1.2手电筒电路及其电路模型理想电路元件是一种理想化的模型，简称电路元件。要求这些电路元件只包含单一的电磁关系，即每个元件仅有一个电磁约束关系，且电磁过程均发生在元件内部，所以在任何时刻，从具有两个端钮的理想元件的某一端钮流入的电流恒等于从另一端钮流出的电流，并且元件两个端钮间的电压值也是完全确定的。图1.35种理想电路元件的电路模型

3、1.1.3电路模型实际电路可以由一个或若干个电路元件经理想导体连接起来模拟，这便构成了电路模型。它是由集中参数元件构成的，故称为集中参数电路。电路模型的概念，再做几点补充：1.电路模型是实际电路的科学抽象，理想化的模型。它反映实际电路主要的电磁关系，并能用精确的数学式来表达，从而能较方便地通过对电路模型的分析推断出实际电路的主要性能。2.由于人们对实际电路的电磁关系认识程度不同和分析计算所要求的精确度不同，因而对同一个电路可能会得出不同的电路模型，所以电路模型都有一定的适用条件，如电压、电流和工

4、作频率范围等。不同的使用场合和不同的精度要求，需要相适应的电路模型。一般地讲，模型越复杂，计算的精确度越高，但分析也越繁琐。1.2电路的主要物理量电路的主要物理量有电流、电压、功率和能量。1.2.1电流及其参考方向电荷（电子、离子等）有规则的定向移动形成电流。电流的大小是用单位时间内通过导体某一横截面的电量进行衡量的，称为电流强度，用符号i表示，即当电流i的大小和方向均不变时，称为直流电流，简称为直流(DC)，常用大写的I表示。随时间作周期性变动且平均值为零的电流称为交流电流，简称为交流(AC)

5、。本书中的物理量采用国际单位制(SI)单位，电量q的单位是库仑(C)，时间t的单位是秒(s)，则电流i的单位是安培(A)。电流还有较小的单位毫安(mA)、微安(μA)和纳安(nA)，它们之间的换算关系为习惯上规定正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向为电流的实际方向。电流的方向是客观存在的。但在分析较为复杂的直流电路时，往往难于事先判断某支路中电流的实际方向；对交流讲，其方向随时间而变，在电路图上也无法用一个箭头来表示它的实际方向。为此，在分析与计算电路时，常可任意选定某一方向作为电流的参考方向，

6、或称为正方向。所选的电流的参考方向并不一定与电流的实际方向一致。当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值(图1.4(a))；反之，当电流的实际方向与其参考方向相反时，则电流为负值(图1.4(b))。图1.4电流的参考方向1.2.2电压、电位、电动势及其参考方向电荷在电场力作用下，顺着或逆着电场力的方向运动，电场力做功，将电能转变为其他形式的能量。电压是用来描述电场力做功的物理量。电路中a、b两点之间的电压在数值上等于电场力将单位正电荷由a点移动到b点所做的功，也就是所减少的电能，即式中为

7、由a点移动到b点的电荷，过程中电荷所减少的电能。为移动若任取一点o作为参考点，则由某点a到参考点o的电压uao就称为a点的电位Va。电路中某点的电位在数值上等于电场力将单位正电荷由该点沿任意路径移动到参考点所做的功。电位参考点可以任意选取，常选择大地、设备外壳或接地点作为参考点。在一个连通的系统中只能选择一个参考点。参考点电位为零。电路的参考点一经选定，电路中其余各点的电位都将有唯一确定的数值，这称为电位的单值性原理。电路任意两点之间的电压就等于这两点的电位差，即选取不同的参考点，同一点的电位值

8、将不同，而两点之间的电压与参考点的位置无关。电动势是用来描述电源力做功的物理量。在电源中，电动势e在数值上等于将单位正电荷由电源负极经电源内部移动到电源正极所做的功，也就是增加的电能，即式中dq为移动的电荷，dws为移动过程中电荷所增加的电能电动势的实际方向习惯上规定为电能增加的方向，即电位升高（从低电位点到高电位点）的方向，也即由电源的负极指向正极。对于一个实际电源来说，当没有电流流过，内部没有电能消耗时，其电动势和端电压（正负极之间的电压）必定是大小相等，方向相反。当电压u或电动势e的大小和