第1章 电路模型和电路定律

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1、第1章电路模型和电路定律1.1电路和电路模型1.2电路变量1.3电路中的基本元件1.4基尔霍夫定律1.5理想电源1.1电路和电路模型简单地说：电路是电流的通路，它是为了某种需要而由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。1.1.1实际电路组成与功能电路的一种作用是实现电能的传输和转换。电路的另外一种作用是实现电信号的传输、处理和存储。1.1.2电路模型为了便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际电路元件理想化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略次要因素，把它近似地看作理想电路元件或理想电路元

2、件的组合。例如一个白炽灯，它除具有消耗电能的性质(电阻性)外，当通有电流时还会产生磁场，就是它还具有电感性。但电感微小，可忽略不计，于是可认为白炽灯是一电阻元件。由一些理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。1.2电路变量1.2.1电流大小：方向：实际正方向。规定正电荷移动的方向或负电荷移动的相反方向为电流的正方向(实际方向)。参考方向。1.2.2电压电路中任意两点A、B间的电压被定义为：单位正电荷从A点移动到B点时所失去的能量，用符号表示大小：单位

3、：E表示能量，单位为焦（耳），单位符号为J；q表示电荷量，单位为库（仑），单位符号为C；电压的基本单位为伏（特），单位符号为V。方向：电压的方向规定为由高电位(“十”极性)端指向低电位（“一”极性)端，即为电位降低的方向。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位(“一”极性)端指向高电位(“十”极性)端，即为电位升高的方向。关联参考方向：当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的“+”极性端流入，并从标“一”端流出，即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电流和电压为关联参考方向。反之为

4、非关联参考方向。在分析和计算电路时，一般在电路图中先标出电压或电流的参考方向，若已知实际方向，则选参考方向与实际方向一致。该方向一旦选定，在以后的电路分析和计算过程中，不能中途更改。图1.2-3关联参考方向1.2.3电功率当p＞0时，元件吸收（或消耗）功率；p＜0时元件实际上产生（或提供）功率。上图中p的箭头指向元件，表示元件吸收功率。如果电压、电流的参考方向相反，如图所示，意味着正电荷从电压“－”极经过元件流向“＋”极，这时电荷从元件获得能量。于是，式中的p就代表元件产生的功率。当p＞0时，元件产

5、生功率；p＜0时，元件实际上吸收功率。图中P的箭头表示元件产生功率。1.3电路中的基本元件1.3.1电阻元件电阻元件是一种集总电路元件，它是从实际电阻器件抽象出来的模型，像绕线电阻、碳膜电阻、照明器具、电阻炉、电烙铁等这类实际电阻器件，当忽略其电感等作用时，可将它们抽象为只消耗电能的电阻元件。如果一个二端元件，在任意时刻t，它的端电压u和电流i之间为代数关系，亦即这一关系可由U-i平画上一条曲线所确定，并且与电压或电流的波形无关，则此二端元件称为电阻元件，这条表示元件电压与电流关系的曲线称为VAR曲

6、线。欧姆定律：关联方向欧姆定律非关联方向欧姆定律式中，称为电导，单位为西门子（S）。图1.3-4开路特性图1.3-5短路特性1.3.2电容元件电容元件也是一种集总电路元件，是从实际电容器抽象出来的模型。实际电容器通常由两块金属极板中间充满介质（如云母、绝缘纸等）构成。当电容器加上电压后，极板上聚集着等量异号电荷，于是在两块极板间形成一个电场，并储存能量。当忽略电容器的漏电阻和介质损耗时，可将其抽象为只具有储存电场能量特性的电容元件。电容元件：如果一个二端元件，在任一时刻t,它的电荷q同它的端电压u之

7、间为代数关系，亦即这一关系可由q-u平画上一条曲线所确定，则此二端元件称为电容元件，这条曲线称为电容元件的特性曲线。线性时不变电容元件q与u的关系式为：关联方向：非关联方向：1.3.3电感元件电感元件也是一种集总电路元件，是从实际电感器抽象出来的模型。实际电感器通常由导线绕成的线圈而制成（图1.3-10），故电感器又称电感线圈，如电子电路中的扼流线圈等。当电感线圈中通电流后，将产生磁通Φ，在其内部和周围建立磁场，并储存能量。当忽略导线电阻及线圈匝与匝之间的电容时，可将其抽象为只具有储存磁场能量特性的

8、电感元件。电感元件：如果一个二端元件，在任一时刻t,它的磁链Ψ和它的电流i之间存在代数关系，亦即这一关系可由Ψ-i平画上的一条曲线所确定，则此二端元件称为电感元件。这条曲线称为电感元件的特性曲线。线性时不变电感元件与的关系式为当电感中的电流，发生变化时，它的磁链Ψ也相应地发生变化，由电磁感应定律可知，电感元件的两端将产生感应电压u,若选定感应电压u的参考方向与磁链Ψ的参考方向也满足右手螺旋定则，则有：若u，i的参考方向不一致时，则电感元件的VAR为：（1）电感的储能只