第1章 电路元件和电路定律

电路简明教程主编 余本海

中国水利水电出版社

第1章 电路元件和电路定律 (circuit (circuit elements) laws) 重点： 1. 电压、电流的参考方向 2. 电路元件特性 3. 基尔霍夫定律 4.理想运算放大器的外部特性

1.11. 实际电路 功能 a

电路模型(model)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。

能量的传输、分配与转换；

b共性

信息的传递与处理。

建立在同一电路理论基础上。

2. 电路模型 开关10BASE-T wall plate

(circuit model) 灯泡

电路图

电 池 导线 电路模型

Rs Us

RL

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。 有某种确定的电磁性能的理想 理想电路元件 元件。

几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件。 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的 元件。 注 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一 定条件下可用同一模型表示； 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模 型可以有不同的形式。

例

3.

集总参数电路由集总元件构成的电路 假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行

集总元件 集总条件

d

注

集总参数电路中u、i可以是时间的函数，但与 空间坐标无关。

1.2 基本物理量与电流、电压的参考方向 (reference direction)电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能 量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电 流、电压和功率。

1. 电流的参考方向 (current reference direction) 电流 电流强度def

带电粒子有规则的定向运动 单位时间内通过导体横截面的电荷量

Δ q dq i (t ) lim Δ t 0 Δ t dt

单位

A(安培)、kA、 mA、 A

1kA=103A 1mA=10-3A1 A=10-6A

方向

规定正电荷的运动方向为电流的实际方向

元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向

B B

A A 问题

实际方向

复杂电路或电路中的电流随时间变化时， 电流的实际方向往往很难事先判断

参考方向电流(代数量)

任意假定一个正电荷运动的方向即为电 流的参考方向。

iA参考方向

大小方向(正负)

B

电流的参考方向与实际方向的关系：

iA

参考方向

i

参考方向

实际方向

B

A

实际方向

B

i > 0

i < 0

电流参考方向的两种表示： 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。

iA B 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指向B 。

A

iAB

B

2. 电压的参考方向 (voltage reference direction) 电位

单位正电荷q 从电路中一点移至参考点(

=0)时电场力做功的大小 单位正电荷 q 从电路中一点移至另一点

电压U

时电场力做功(W)的大小

dW U dqdef

实际电压方向

电位真正降低的方向

单位：V (伏)、kV、mV、 V

例

a

b

已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点 电场力做功8J,由b点移动到c点电场 力做功为12J, (1) 若以b点为参考点，求a、b、c点 的电位和电压Uab、U bc;

(2)若以c点为参考点，再求以上各值

c b 0Wab 8 a 2V q 4

解

(1) 以b点为电位参考点

U ab a b 2 0 2 V U bc b c 0 ( 3) 3 V

Wcb Wbc 12 c 3 V q q 4

解

(2) 以c点为电位参考点

c 0

a

b

Wac 8 12 a 5V q 4Wbc 12 b 3V q 4

c结论

U ab a b 5 3 2 V U bc b c 3 0 3 V

电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中 各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时， 电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。

问题

复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往 不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。 假设的电压降低之方向

电压(降)的参考方向

参考方向

参考方向

+

U

–

+

U

–

+

实际方向

实际方向

+

U> 0

U < 0

电压参考方向的三种表示方式： (1) 用箭头表示

U

(2)

用正负极性表示

+(3) 用双下标表示

U UAB

A

B

3.

关联参考方向 元件或支路的u,i 采用相同的参考方向称 之为关联参考方向。反之，称为非关联参考 方向。

i+

i-

U关联参考方向

U非关联参考方向

+