第1章 电路模型和电路定律(xd).ppt

第一章 电路模型和电路定律 制作者:吴新忠 电压电流参考方向(Reference direction)； 理想电路元件的定义、特性； 基尔霍夫定律(Kirchhoff ’s Law)； 理解电路的两类基本约束（网络拓扑约束及元件约束）是解决电路问题的关键。 1.1 电路及电路模型 1.电路定义：由若干电气设备组成，能维持电流流通的路径。 2.电路基本组成：电源、用电设备（负载）、连接导线； 3.电路的作用： 提供能量—供电电路； 传送及处理信号—电话电路，音响的放大电路； 测量—传感器电路，仪表电路； 存储信息—存储器电路； 4.具体电路复杂，不便于表示和研究； 1.1.2 电路模型 电路模型要便于研究，而分析研究所得出的电磁特性在一定精度下可以逼近原电路的电磁特性。 当然，数学建模是一个复杂的过程，必须要考虑工作条件，并按精度要求把给定工作情况下的主要物理现象及功能反映出来。 电路模型是基于具体电路中设备的电磁特性，用理想电路元件组建起来的电路。 在一定的条件下，电路中的电磁现象可以分别研究。 1)设备的电磁特性分类 产生电能； 消耗电能； 存储电场能量； 存储磁场能量。 对于设备的电磁特性可以用理想的集总元件来构成模型，该模型可以用数学方法精确定义，且每一种模型均只表现一种基本电磁现象。 定义：由理想电路元件组成的一种抽象电路，称为实际电路的电路模型，简称为电路。 手电筒电路的电路模型： 所以元件能否被看作集总元件取决于两个方面：器件的尺寸和工作的频率。 本来在中低频情况下可以用R、L、C等理想模型描述的器件，在高频情况下就不再满足集总假设，或者在中低频情况下可以基本忽略电路状态影响的平行导线，在高频情况下必须重新考虑其高频模型； 类似输电线这样的特殊情况也是不能满足集总假设的例子。 集总元件进出端子的电流相同，两个端子的电压是单值的。 集总电路：由集总元件组成的电路称为集总电路。 注意：只要一个元件不满足集总条件，那么电路将不再是集总电路，而属于“分布参数电路”。 1.2 电路变量 描述电现象的基本（原始）变量为电荷和能量； 为了便于描述电路状态和易于测量、计算，从电荷和能量出发引入了电压、电流、功率等电量。 1.2.1 电流(current) 1.定义：单位时间内通过导体横截面的电量。习惯上称正电荷运动的方向为电流的方向。 电流定义式为 1.2.2 电压(voltage) 1.定义： a、b两点间的电压表征单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。 其定义式为： 如果正电荷从a转移到b，获得能量，则a点为低电位，b点为高电位，即a为负极，b为正极。 2.符号：u (或 U ) 3.单位：伏特 / V 1.2.3 参考方向(reference direction) 1.参考方向概念的引入 在求解电路的过程中，常常出现许多的未知电量（电压、电流）其方向不能预先确定，因此需要任意选定电压电流的方向作为其参考方向，以利于解题。 引入参考方向后，电压电流转变为代数量。如果电压或电流的实际方向与参考方向一致则其值为正；若相反，则为负。 这样我们就可以用计算得出值的正负与原来设定的参考方向一起来确定电量的实际方向。 2.参考方向定义 为了电路计算方便，人为地任意假设电流或电压方向并标在电路图中，这个方向称为参考方向。 5.举例 6.关于参考方向的总结 参考方向为任意设定，因此可能与实际方向相同也可能相反，相同则计算结果为正，相反则计算结果为负； 有了参考方向后计算结果为代数值，结果为正说明参考方向与实际方向相同，结果为负说明参考方向与实际方向相反。 解题时必须首先设定参考方向，否则计算结果没有意义。 参考方向一旦选定则求解过程中不能任意修改。 1.2.4 功率(power) 1.定义：单位时间内能量的变化。 定义式为： 把能量传输（流动）的方向称为功率的方向，消耗功率时功率为正，产生功率时功率为负。 2.符号：p（ P ） 3.单位：瓦/ W 4.功率计算中应注意 若选取元件或电路部分的电压与电流方向关联——即方向一致。 则在这样的参考方向情况下，计算得出的功率若大于零，则表示这一电路部分吸收能量，此时的p(t)称为吸收功率；若得出的功率小于零，则表示这一电路部分产生能量，此时的p(t)称为发出功率； 若选取元件或电路部分的电压与电流方向非关联——即方向相反。 则在这样的参考方向情况下，计算得出的功率若大于零，则表示这一电路部分产生能量，此时的p(t)称为发出功率；若计算得出的功率若小于零，则表示这一电路部分吸收能量，此时的p(t)称为吸收功率； 5.功率发出/吸收判断依据的统一 统一判据后的功率计算公式： 当元件上电压电流为关联参考方向时， p(t)=ui； 当