22745-第1章电路基本概念和电路定律.ppt

第1章 电路基本概念和电路定律 ? 本章将介绍电路的基本概念，主要包括电路和电路模型，电压、电流的参考方向，电功率和能量；理想电阻元件、理想电流源、理想电压源及受控源的概念和特性；电路中电压、电流所受到的两类约束，其中一类约束来自元件的本身性质，即元件的伏安关系，而另一类约束来自元件的相互连接方式，即基尔霍夫定律。 1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路的作用及组成部分 ? 实际电路是为了实现某种应用目的，由若干电器设备或器件按一定方式用导线连接而成的电流通路。 ? 实际电路的形式多种多样，但就其作用而言，可以划分为两大类。 ? 其中一类主要是实现电能的传输和转换，这类电路有时称为电力电路或强电电路。 ? 典型的例子是电力系统，发电机组产生的电能通过变压器、输电线等输送给各用电单位，这就构成了一个很复杂的电路。 ? 又如我们所熟识的手电筒的电路，是用来照明的一种最简单的电力电路，它由电池、灯泡和开关按钮通过手电筒壳（导体）连接而成。 ? 其中电池是提供电能的器件，这类器件称为电源；灯泡是耗用电能的器件，这类器件称为负载；而按钮和导体介于电源和负载之间，起着传输和控制作用，这类器件称为中间环节。 ? 在一般电路中，中间环节还包括保障安全用电的保护电路、测量仪器等。 ? 另一类电路主要是实现信号的传输和处理，这类电路有时候称为电子电路或弱电电路。 ? 最简单的例子就是收音机电路，其中天线用以接收无线电波，向电路提供电信号，是收音机电路的信号源，属于另一类电源；耳机是将电信号转换成声音的器件，属于另一类负载。 ? 线圈、电容器、半导体二极管是进行调谐、检波的器件，属于中间环节。 ? 电源、负载和中间环节，是电路的3个基本组成部分。 1.1.2 电路元件和电路模型 ? 用于构成实际电路的电器设备和器件，统称为实际电路元件，简称为实际元件。 ? 实际元件不但种类繁多，而且对一个实际元件来说，其电磁性能也不是单一的。 ? 例如，实验室用的滑线变阻器由导线绕制而成，当有电流通过时，不仅会消耗电能（具有电阻性质），而且还会产生磁场（具有电感性质）；不仅如此，导线的匝与匝之间还存在分布电容（具有电容性质）。 ? 上述性质交织在一起的，而且电压、电流频率不同时，其表现程度也不一样。 ? 在电路分析中，如果对实际器件的所有性质加以考虑，将是十分困难的。 ? 为了便于对实际电路进行分析和数学描述，在电路理论中采用了模型的概念，这就是在一定条件下，对实际元件加以近似化、理想化，用只具有单一电磁性能的理想电路元件来代表它。 ? 所以，理想电路元件是实际元件抽象出来的理想化模型。 ? 一种实际元件可用一种或几种理想电路元件的组合来表征。 ? 例如，上面提到的滑线电阻器，若只考虑其消耗电能的性质，则可用电阻元件来表征；若还考虑电磁场的作用，则可用电阻元件与电感元件的组合来表征。 ? 同样，对于电磁性能相近的实际元件，也可用同一种理想电路元件近似地表征。 ? 例如，所有的电阻器、灯泡、电烙铁、电熨斗等，都可用电阻元件来表征。 ? 在电路分析中，常用的理想电路元件只有几种（如电阻元件、电感元件、电容元件、电源元件等），它们可以用来表征千千万万种实际元件。 ? 以后常将理想电路元件简称为电路元件，它们都有各自的精确定义和数学模型，在电路中用规定的符号表示。 ? 有电路元件的电路，称为电路模型。 ? 今后我们研究的电路都是电路模型，并非实际电路。 ? 所有的实际电路，不论简单的还是复杂的，都可以用几种电路元件所构成的电路模型来表征。 ?例如，手电筒的连接电路如图1-1-1所示。 ? 图1-1-2（a）所示为手电筒的简单电路，图中用两根导线将灯泡和干电池连接起来形成闭合通路，使灯泡发光，用来照明。 ? 其电路模型如图1-1-2（ｂ）所示。 ? 用理想直流电压源US和反映干电池内部损耗的电压源内电阻RS的串联组合来等效表示实际电路中作为电源的干电池，灯泡作为消耗能量的负载用电阻RL来等效，连接导线用理想导线（其电阻为零）或线段表示。 ? 用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件就是建立其模型，简称建模。 ? 有的电路建模比较简单，如上述手电筒的例子。 ? 有的器件或系统在建模时需要考虑其工作条件，工作条件不同，同一实际器件可能会采用不同的模型；有的器件或系统在建模时则需要深入分析其中的物理现象。 ? 模型取得恰当，对电路的分析和计算结果就与实际情况接近，反之则会造成很大的误差，甚至出现自相矛盾的结果。 ? 模型建立得太复杂就会造成分析和计算的困难，太简单则不足以反映所需求解的实际情况。 ? 建模问题需要运用有关的知识专门研究，这里不再进一步阐述。 ? 需要强调的是，今后本书中所