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第一章 电路的基本概念及基本定律 §1.1 电路和电路模型 一、电路 简单的：手电筒 复杂的：电力系统 大的、小的：计算机CPU芯片，集成电路 电路的形式是五花八门的，但它们具有一个共同的特点，定义为： 电路的定义： 人们为了实现某种目的，将若干个电气设备或器件，按照一定的方式连接起来，构成电流的通路。这个通路称为电路（circuit），或称为网络（netword）。 电路的作用： ① 实现能量转换和电能传输及分配 ② 进行信号处理和传递 电路的组成： ① 电源──提供电能的设备。 ② 负载──用电设备，是将电能转换成其它形式的能量的设备。 ③ 中间环节──传递、分配、控制、保护的装置。 二、电路模型 实际电路电路模型。 实际电路元件——构成电路的设备或器件。 在通有电流的电路中，每一个实际元件都会出现好几种电磁现象。 理想电路元件──只显示单一电磁现象的电路元件。 也叫集中参数元件 用一个或几个理想电路元件构成的模型去模拟一个实际电路，使得模型中出现的电磁现象与实际电路反映出来的现象十分近似，这个由理想电路元件组成的电路称为电路模型。也叫集中参数电路。或叫数学模型。 关于集中参数电路：根据实际电路的几何尺寸（d）与其波长（）的关系，可以将他们分为两大类：满足d 条件的电路称为集中参数电路，其特点是电路中任意两个端点间的电压和流入任一器件端钮的电流是完全确定的，与器件 的几何尺寸和空间位置无关。满足d 条件的另一类电路称为分布参数电路，其特点是电路中的电压和电流不仅是时间的函数，也与器件的几何尺寸和空间位置有关。由波导和高频传输线组成的电路，是分布参数的典型例子。本课程只讨论集中参数模型，我们分析的电路都是电路模型，模型中的元件都是理想的。（电流的波长，c为光速） 例如：一个音频放大电路的最高工作频率为f=25kHz, 其波长为 一般的音频放大电路和音响设备的集合尺寸远比这个波长小，均应视为集中参数电路。 本课程任务：对一给定电路模型，如何分析其中出现的电磁现象，以及计算模型中的物理量（如电流、电压、功率等）。至于如何构成实际电路模型，不是本课程的主要内容。 注意：在模型中所得结果只是实际电路中的一种近似。 §1.2 电流和电压的参考方向 一、电流 在电路理论中，电流和电压是基本变量，通过它们可计算出电路中的其它物理量，如功率、能量等。 定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，用i(t)表示： 单位：安培A（ampere），且1KA（千安） = 1000A，1mA（毫安） = 10-3A，1(A（微安） = 10-6A，1nA（纳安）=10-9A。 电量的单位为库仑C(coulomb)。1A=1C/1S(1库仑/1秒)。 方向：正电荷移动的方向作为电流的正方向。 如果电流的大小或流向是随着时间t改变的，这样的电流称为时变电流，用i(t)或i表示。（即i(t)或i表示的是任何瞬间的电流）。 如果电流的大小为恒值，方向不变，这样的电流称为直流电流或恒定电流。（direct current, dc或DC）用斜体大写字母I表示。 电流的参考方向 在电路分析中，首先要知道电流的方向才能着手分析电路。但是，电路中的电流方向通常事先是不知道的。为解决这个矛盾，可在每段电路中先任意地指定一个电流方向，这个任意指定的电流方向，称为电流的参考方向。 用箭头符号表示： （时变电流i(t)的参考方向，指的是在时刻t这一瞬间的电流方向） 有了电流参考方向及计算值的正负，电流的实际方向就能确定了。 例如：在上图中，根据图示参考方向，经过计算，若I 0，表明电流实际方向与参考方向一致；若I 0，则表明电流实际方向与参考方向相反。 必须强调指出，在电路分析中，离开了电流的参考方向谈论电流的正与负是没有意义的。 另，电流的参考方向除用箭头表示，也有用双下标表示的。如Iab表示其参考方向是由A指向B。 二、电压 定义1：电荷在电路中任意两点间运动时，电场力所做的功与这些电荷量的比值称为两点间的电压。即 （电路理论中常用）定义2：任意两点间的电位差为电压，即 关于电位：在电场中可取一点，称为参考点，记为0，设此点的电位为零。电场中其余各点至0点的电压规定为各点的电位，记为V。 在电路中，人们常用接地符号“(”表示参考点。 通常在定电位的参考极性时，指定参考点为“－”极性，其余各点均为“＋”极性。如上图所示。 例：