第一章 集中参数电路和基尔霍夫定律11PPT.ppt

基本电路理论 上海交通大学本科学位课程 2003年7月 绪 言 课程名称: 《基本电路理论》 电路理论是整个电气工程的重要理论基础之一，它使电气工程与数学和物理很好地结合在一起。 它不同于理论基础课，也不同于专业课，电路理论课是一门既有理论性，又有实践性的课程，是我们的第一门技术基础课。 在电子技术领域内，信号、电路和系统是三个相互联系又有区别的基本成分。 信号是运载信息的工具(信号的任务和本质) 电信号的基本形式就是变化的电压和电流，例如实际应用中经常遇到的电话信号、电视信号、雷达信号、控制信号以及电子计算机的数字信号等等。 电信号都可表示为时间的函数(时域分析)，也可通过频域分析其频谱。 电路是对信号进行加工、处理的具体结构，组成各种各样的电路的元件有电阻、电容和电感等，若再加上半导体元件，尤其是目前的集成电路，可以组成更为复杂的电路。 系统是信号通过的全部电路和设备的总和，因此，系统所涉及的问题是全面性的，电路所关心是为实现系统的特性，电路所应有的结构和参数，所以是局部性的问题。 信号在电路中传输时，根据条件的不同存在两中不同的分析研究方法：电磁场理论的方法和电路理论的方法。 电磁场理论是在三维空间中研究各种电磁现象，诸如电荷的分布，电流密度的分布，电磁场的传播以及电磁能的辐射等等。 电路理论是在空间的特定情况下研究各种电磁过程。它只研究电路元件的外部功能，不讨论电磁场的具体分布情况，所涉及到的只是各元件的电压、电流及功率等等。 电路理论近似地认为，热能消耗集中在电阻元件中，磁场能集中在电感元件中，电场能集中在电容元件中，联接元件的导线除了构成电流的通路外无任何其它能量的交换。 电路理论研究电路中的普通规律，根据电路模型探讨各种电路的一般分析计算方法和设计方法，它并不分析具体的电气设备，却都是各种设备中所发生的电磁过程的高度概括和综合。因此，电路理论在现代电子学、无线电通信、无线电技术以及自动控制技术中占有重要地位。 路与场 ? 牛顿力学与相对论力学 第一章 集中参数电路和基尔霍夫定律 §1.1 电路模型和基本变量 1、电路模型 工程上实际电气装置品种繁多,千差万别。 实际元件 ? 电气器件 ? 电气装置 进行科学抽象的概括： 用数学模型表示电气器件外部功能。 模型元件 ? 电路元件 ? 电路模型 模型元件是实际器件的理想化，反映实际电气器件的主要电磁性能。然后用这些模型元件按一定规则进行组合，使之具有实际装置的主要电磁性能，这种组合就是电路模型，而根据电路模型得出的数学关系又能反映实际器件和装置的基本物理规律。 电器装置用电路模型近似表示是有条件的，一种近似表示只有在一定的条件下适用，条件变了，电路模型也要作相应的改变。 我们课程将仅对电路模型进行分析和计算。 2、电路参数 称电阻、电容、电感为电路参数。 （1）分布参数 在电路中三种参数是连续分布的，就是说，在电路的任何部分都既有电阻，又有电容，又有电感。如两根并行导线： R0单位长度的电阻，G0单位长度的电导， L0 单位长度的电感，C0单位长度的电容。 △x分得愈小，就愈接近实际情况。 称这种连续分布的电路参数为分布参数， 这样的电路为分布参数电路。 若电源频率f 很高，波长λ很短，当λ与电路的尺寸l 可以相比拟，甚至更小时，电源中电流或电荷的分布发生的变化，就不能及时影响到整个电路，电路中不同部分的电磁场，以及电流、电荷的变化将按距离的远近而不同，各处的电压也不同。 分布参数电路，除了有时间变化以外，还有空间变化，电路中的电流和电压既是时间的函数，又是距离的函数，i=i(x,t)，v=v(x,t)。 分布参数电路中的电流和电压关系必须用偏微分方程来描述。 （2）集中参数 若电源的频率f 不高，电路元件及电路的各向最大尺寸l 远小于电源最高频率f 的波长λ时，电磁场的变化传布整个电路所需的时间τ= l /c 远小于一个周期T，在此短暂的时间里，电流、电荷和电磁场的分布都未来得及发生显著变化，电路参数的分布性对电路性能的影响并不明显，分布参数的影响可以集中起来表示 。 电阻、电容、电感都集中到一点，能量损耗、电场储能、磁场储能过程也分别集中在电阻、电容、电感元件中进行。 称这些电阻、电容、电感元件为集中参数元件，由集中参数元件组成的电路为集中参数电路。 电路的这种近似处理的方法和物理力学中将物体看成质点是相仿的。 集中化判据：λ≥100 l 集中参数电路中的电压、电流为时间的函