目录
一、电路及集总电路模型二、电路变量 电流、电压及功率1、电流2、电压3、功率
三、电阻元件四、电源元件1、理想电压源2、电流源
五、受控源(非独立源)六、基尔霍夫定律1、名词解释2、基尔霍夫电流定律KCL3、基尔霍夫电压定律KVL
八、电压公式和分流公式九、支路电流法
一、电路及集总电路模型
(1)实际电路 由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。 (2)电路模型 ①集总电路模型:由集总元件构成的电路
当实际电路的尺寸
远
小
于
\color{red}{远小于}
远小于最高工作频率所对应的波长时,用集总参数元件构成实际器件的模型。(反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合)
注意: 例1.对无线电调接收机来说,若所接受的信号频率为100MHz,则对应的波长λ=c/f=3m,连接接受天线与接收机之间的传输线即便只有1m,不能作为集总电路来处理。 例2.我国电力用电的频率为50Hz,对应的波长为6x10⁶m,对于尺寸远小于这一波长,可以按集总电路处理,但是对于远距离输电线来说,不可以,需要考虑电场、磁场沿线分布的现象。
②集总参数元件:假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行
突出其主要电磁性质,忽略其次因素。有某种确定的电磁性能的理想元件。(每种器件只反映一种电磁特性)
二、电路变量 电流、电压及功率
1、电流
(1)电流:带电粒子有规则的定向运动
强度:单位时间内通过导体横截面的电荷量
实际方向:正电荷运动的方向
单位:安培A
种类:
①恒定电流(直流dc或DC):电流的大小和方向不随时间变化
②时变电流:随时间变化,若随时间作周期性变化,则叫交变电流(交流ac或AC)
(2)参考方向:若计算结果为正,则与实际方向一致,为负,相反。
表示:
2、电压
(1)电压
①定义:
单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功W的大小。
②种类
恒定电压(直流电压U):大小和极性不随时间变动 时变电压:随时间变化,若呈周期性变化,称为交流电压u
③方向
实际电压方向:电位真正降低的方向。
④单位:伏V
(2)电位
①单位正电荷q从电路中一点移至参考点(φ=0)时电场力所作的功
②正电荷从a->b:Uab=Ua-Ub 获得能量,电位升高,a为低电位,即负极 失去能量,电位降低,a为高电位,即正极
③参考点:电路中电位参考点可以任意选择,但是一旦选定,不可改变,电路中各点的电位值唯一。但是当选择不同的电位参考点,电路中各点电位值将改变,但任意两点间电压保持不变。
(3)参考方向
①表示方式:
②关联参考方向:电流、电压所选的参考方向一致时,称为关联参考方向
注意:分析电路前必须选定电压和电流的参考方向,并且在计算过程中不得任意改变。
3、功率
(1)电功率:单位时间内电场力所做的功
单位:功率W,能量单位:J
(
2
)
电
路
吸
收
或
发
出
功
率
的
判
断
\color{red}{(2)电路吸收或发出功率的判断}
(2)电路吸收或发出功率的判断
注意:电源功率可能为正(充电),也可能为负(放电)
①u、i关联参考方向 p=ui 表示元件的吸收功率 p>0 吸收正攻略(实际吸收) 起负载作用,消耗功率 p<0 吸收负功率(实际发出) 起电源作用,提供功率 ②u、i非关联方向 p=-ui 表示元件吸收的功率 p=ui 表示元件发出的功率 p>o 发出正功率(实际发出) p<0 发出负功率(实际吸收)
(3)对一完整的电路,
发
出
的
功
率
=
消
耗
的
功
率
\color{red}{发出的功率=消耗的功率}
发出的功率=消耗的功率
三、电阻元件
(1)定义:对电流呈现阻力的元件。伏安关系用u~i平面上的一条曲线来描述
线性定常电阻元件:任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件 ①u~i关系:满足欧姆定律(ui取关联参考方向、伏安特性为一条过原点的直线) u=Ri R=u/i i=u/R=Gu ②单位:R电阻->(单位)欧Ω,G电导->(单位)西门子S
(2)欧姆定律
①只适用于线性电阻(R为常数) ②非关联参考方向:u=-Ri ③线性电阻是无记忆、双向性的元件
(3)功率能量(电阻元件总是消耗功率的)
①功率
关联参考方向:p=ui=i²R=u²/R 非关联参考方向:p=-ui=i²R=u²/R
②能量(从t到t0电阻消耗的能量)
(4)电阻的开路和短路
①短路
i≠0,u=0 R=0或G=∞
②开路
i=0,u≠0 R=∞或G=0
四、电源元件
1、理想电压源
(1)定义:两端电压总能保持定值或一定的时间函数,其值和流过他的电流i无关的元件叫理想电压源
(2)性质
①电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关,与流经它的电流方向、大小无关
②通过电压源的电流由电源及外电路共同决定
③电压源不能短路。因为电压源内阻小,短路电流很大,烧毁电源
(3)符号(下图表示的是非关联参考方向)
(4)功率p=usi
①
电
压
电
流
非
关
联
参
考
方
向
\color{red}{电压电流非关联参考方向 }
电压电流非关联参考方向
p=usi发出功率,起电源作用
电流(正电荷)由低电位向高电位移动,外力克服电场力做功电源发出功率
②电压电流参考方向
p=usi吸收功率,充当负载
电场力做功,电源吸收功率
2、电流源
(1)定义:其输出电流总能保持定值或一定的时间函数,其值与它的两端电压u无关的元件叫理想电流源
(2)性质
①电流源的输出电流由电源本身决定,与外电路无关,与他两端电压方向、大小无关
②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定
③电流源不能是开路。电流大小值固定,内阻很大,断路u=∞可能烧毁电源
(3)电路符号
(4)功率p=uis
①
电
压
、
电
流
非
关
联
参
考
方
向
\color{red}{电压、电流非关联参考方向}
电压、电流非关联参考方向
p=uis发出功率,起电源作用
②电压、电流关联参考方向
p=uis吸收功率,充当负载
五、受控源(非独立源)
(1)定义
电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数,而是受电路中某个地方的电压或电流控制的电源,称为受控源
(2)电路符号
(3)分类
①电流控制的电流源CCCS
u1=0,i2=βi1(β电流放大倍数)
②电压控制的电流源VCCS
i1=0,i2=gu1(g转移电导)
③电压控制的电压源VCVS
i1=0,u2=μu1(μ电压放大倍数)
④电流控制的电压源CCVS
u1=0,u2=ri1(r转移电阻)
(4)受控源与独立源比较
①受控源由控制量决定,独立源由本身决定
②受控源只是反映输出端与输入端的受控关系,独立源在电路中起到“激励作用”
六、基尔霍夫定律
1、名词解释
(1)支路
电路中流过同一电流的分支b=3
(2)节点
三条或三条以上支路的连接点n=2
(3)路径
两节点间的一条通路,由支路构成
(3)回路
由支路组成的闭合路径l=3
(4)网孔
对平面电路,其内部不含任何支路的回路称为网孔(2个)
注意:网孔是回路,回路不一定是网孔
2、基尔霍夫电流定律KCL
定义: ①在集总参数电路中,任意时刻,对任意结点流出或流入该节点电流的代数和为0
②KCL可推广应用与电路中包围多个节点的任一闭合面
例如:i1-i2+i3=0
3、基尔霍夫电压定律KVL
(1)定义:在集总参数电路中,任一时刻,沿闭合路径绕行,各支路电压的代数和等于0
(2)扩展:
KVL也适用于电路中任一假想的电路。(只能加一条支路来组成一个回路)例如:uab=u1+u2+u3
(3)注意:KVL的实质反映了电路遵守能量守恒定律
(4)KCL与KVL
①KCL是对支路电流的线性约束,KVL是对回路电压的线性约束
②KCL、KVL与组成支路的元件性质和参数无关
③KCL表明在每一个节点上电荷守恒,KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)
④KCL、KVL只适用于集总参数的电路
八、电压公式和分流公式
均以两个电阻为例,只写出其中一个电阻
1、分压公式(串联,i一样)
R=R1+R2
i=u(R1+R2)
u1=iR1=
u
R
1
R
1
+
R
2
\frac {uR1}{R1+R2}
R1+R2uR1
2、分流公式(并联,u一样)
1
R
\frac {1}{R}
R1=
1
R
1
\frac {1}{R1}
R11+
1
R
2
\frac {1}{R2}
R21
i=i1+i2
i1=
R
2
R
1
+
R
2
\frac {R2}{R1+R2}
R1+R2R2i
九、支路电流法
1、n个结点的电路,独立的KCL方程为n-1个
2、n个结点、b条支路
独立的KVL方程为b-(n-1)个,有多少个网孔则有多少个独立的KVL方程
3、支路电流法一般步骤
方程数较多,适合支路数不多的情况
①标定各支路电流电压参考方向
②选定n-1个结点写KCL方程
③选定每个网孔,写KVL方程
④解上述方程,得到b个支路电流。然后进一步计算支路电压和进行其他分析