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1、第一章第一章 基基 础础 知知 识识由由电电阻阻、电电容容、电电感感等等集集中中参参数数元元件件组成的电路称为集中电路。组成的电路称为集中电路。1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型电路与电路模型电路与电路模型1.2 1.2 电路分析的基本变量电路分析的基本变量电路分析的基本变量电路分析的基本变量1.3 1.3 电阻元件和独立电源元件电阻元件和独立电源元件电阻元件和独立电源元件电阻元件和独立电源元件1.4 1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.5 1.5 受受受受 控控控控 源源源源1.6 1.6 两类约束和两类约束和两类约束和两类约束和KCLKCL，KVLKVL方
2、程的独立性方程的独立性方程的独立性方程的独立性1.1 电路与电路模型电路与电路模型1.电路电路2.电路的形式与功能电路的形式与功能电电路路的的功功能能基基本本上上可可以以分分成成两两大大类类。一一类类是是用用来来实实现现电电能能的的转转换换、传传输输和和分分配配。电电路路的的另另一一类类功功能能则则是是在在信信息息网网络络中中，用用来传递、储存、加工和处理各种电信号。来传递、储存、加工和处理各种电信号。图图1-2所所示示的的是是通通信信网网的的基基本本组组成成框框图图。通通常常把把输输入入电电路路的的信信号号称称为为激激励励，而而把把经经过电路传输或处理后的信号称为响应。过电路传输或处理后的信
3、号称为响应。图1-2通信网的基本组成框图3.电路模型与集中电路电路模型与集中电路构构成成电电路路的的设设备备和和器器件件统统称称为为电电路路部部件件，常常用用的的电电路路部部件件有有电电池池、发发电电机机、信信号号发发生生器器、电电阻阻器器、电电容容器器、电电感感线线圈、变压器、晶体管及集成电路等。圈、变压器、晶体管及集成电路等。基基本本的的电电路路参参数数有有3个个，即即电电阻阻、电电容和电感。容和电感。基基本本的的集集中中参参数数元元件件有有电电阻阻元元件件、电电感感元元件件和和电电容容元元件件，分分别别用用图图1-3(a)，(b)和和(c)来表示。来表示。图1-3 三种基本的集中参数元件
4、实实际际电电路路要要能能用用集集中中参参数数电电路路去去近近似似，需需要要满满足足以以下下条条件件：电电路路的的几几何何尺尺寸寸i必必须须远远小小于于电电路路工工作作频频率率所所对对应应的的电电磁磁波波的的波波长长，即即l =c/fc=3108m/s(光速光速)1.2 电路分析的基本变量电路分析的基本变量1.电流及其参考方向电流及其参考方向电电流流用用符符号号i表表示示。其其定定义义为为：单单位位时时间间内内通通过过导导体体横横截截面面的的电电荷荷量量，或或者者说说电电流是电荷对时间的变化率。其表达式是流是电荷对时间的变化率。其表达式是i=dq / dt如如果果电电流流的的大大小小和和方方向向
5、不不随随时时间间变变化化，则则这这种种电电流流叫叫恒恒定定电电流流，简简称称直直流流(Direct Current)，简简写写作作dc或或DC，可可用用符符号号I表表示示。如如果果大大小小和和方方向向都都随随时时间间变变化化，则则称称为为交交变变电电 流流 ， 简简 称称 交交 流流 (Alternating Current)，简写作简写作ac或或AC。图图1-4 说说明明电电流流方方向向用用图图电电流流参参考考方方向向在在电电路路图图中中的的标标注注方方法法如如图图1-5所所示示。在在计计算算式式中中，电电流流的的参参考考方方向可用带有下标的电流符号表示。向可用带有下标的电流符号表示。图图1
6、-5电流的参考方向电流的参考方向2.电压及其参考方向电压及其参考方向电电路路中中的的电电荷荷具具有有电电位位(势势)能能。电电荷荷只只有有在在电电场场力力的的作作用用下下才才能能作作有有规规则则的的定定向移动，形成电流。向移动，形成电流。大大小小和和方方向向(或或极极性性)都都不不随随时时间间变变化化的的电电压压称称为为直直流流电电压压，用用大大写写字字母母U表表示示，其定义为其定义为U=W / q电电压压参参考考方方向向在在电电路路中中的的标标注注方方法法如如图图1-6所所示示。图图1-6(a)和和图图1-6(b)都都表表示示电电压压参考方向由参考方向由a指向指向b。图图1-6电压参考方向电
7、压参考方向为为了了分分析析方方便便起起见见，常常常常采采用用关关联联的的(Associated)参参考考方方向向，即即电电流流与与电电压压降降参参考考方方向向一一致致，如如图图1-7(a)所所示示。在在关关联联参参考考方方向向下下，只只需需标标出出电电流流的的参参考考方方向向或或电电压的参考方向。压的参考方向。图1-7u，i关联参考方向3功率及其正、负号的意义功率及其正、负号的意义电电功功率率(简简称称功功率率)是是衡衡量量电电路路中中能能量量变化速率的物理量。其定义式为变化速率的物理量。其定义式为p=dW / dt在在直直流流电电路路中中，功功率率与与电电流流、电电压压均均不随时间变化，式不
8、随时间变化，式(1-7)可写成可写成P=U I1.3 电阻元件和独立电源元件电阻元件和独立电源元件1.电阻元件电阻元件(1) 电阻元件的伏安特性、欧姆定律电阻元件的伏安特性、欧姆定律如如前前所所述述，电电阻阻元元件件是是从从实实际际电电阻阻器器抽抽象象出出来来的的模模型型。在在中中学学物物理理中中，学学过过由由欧姆定律欧姆定律(Ohms law)，即即u=Ri (或或U=RI)(2) 电阻元件的功率与耗能电阻元件的功率与耗能线线性性电电阻阻元元件件在在任任一一瞬瞬间间的的吸吸收收功功率率可按式可按式(1-7)结合欧姆定律进行计算，即结合欧姆定律进行计算，即pR=ui=Ri2=Gu2在直流情况下
9、，计算式可写成在直流情况下，计算式可写成PR=UI=RI2=GU22.理想电压源理想电压源理理想想电电压压源源是是一一个个二二端端元元件件，其其端端电电压压us在在任任意意瞬瞬间间与与通通过过它它的的电电流流无无关关。us可可以以保保持持恒恒定定不不变变(称称为为理理想想直直流流电电压压源源)或或按一定规律随时间变化。按一定规律随时间变化。3.理想电流源理想电流源理理想想电电流流源源是是另另一一种种理理想想电电源源。它它也也是是一一个个二二端端元元件件，在在任任意意瞬瞬间间，输输出出电电流流is与与其其端端电电压压无无关关。is可可以以保保持持恒恒定定不不变变(称称为为理理想想直直流流电电流流
10、源源)或按一定规律随时间变化。或按一定规律随时间变化。1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律先先介介绍绍几几个个与与电电路路结结构构有有关关的的名名词词或或术语。术语。支路：支路：电路中一个二端元件称为一条支路。电路中一个二端元件称为一条支路。节节点点：电电路路中中元元件件的的汇汇接接点点称称为为节节点点(结结节节)。回路：回路：电路中任一闭合的路径称为回路。电路中任一闭合的路径称为回路。网孔：网孔：内部不含支路的回路称为网孔。内部不含支路的回路称为网孔。1.基尔霍尔电流定律基尔霍尔电流定律(KCL)基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律可可表表述述为为：在在集集中中参参数数电电路路中中，任任一一时时刻刻
11、流流出出(或或流流入入)节节点点的各支路电流的代数和恒等于零。的各支路电流的代数和恒等于零。写成数学表达式为写成数学表达式为 i=0(1-18)式式(1-18)称为称为KCL方程。方程。2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律可可表表示示为为：在在集集中中参参数数电电路路中中，任任一一时时刻刻，沿沿任任一一回回路路方方向向，回回路路中中各各支支路路电电压压降降代代数和恒等于零。用式子表示即数和恒等于零。用式子表示即 u=0式式(1-4-3)称为称为KVL方程。方程。3.电路中电位的概念及计算电路中电位的概念及计算在在计计算算式式中中电电位位用用单单下下标标字字符符表
12、表示示，例如例如“Ua”表示表示a点的电位。点的电位。电位的单位也是电位的单位也是“伏伏”。1.5 受受 控控 源源在在电电子子电电路路中中，常常会会遇遇到到另另一一种种性性质质的的电电源源，它它们们有有着着电电源源的的一一些些特特性性，但但它它们们的的电电压压或或电电流流又又不不像像独独立立电电源源那那样样是是给给定定的的时时间间函函数数，而而是是受受电电路路中中某某个个电电压压或或电电流流的的控控制制。这这种种电源称为受控源，也称为非独立源。电源称为受控源，也称为非独立源。 电电 压压 控控 制制 电电 压压 源源 ， 简简 称称VCVS，如图如图1-25(a)所示。所示。 电电 压压 控
13、控 制制 电电 流流 源源 ， 简简 称称VCCS，如图如图1-25(b)所示。所示。 电电 流流 控控 制制 电电 压压 源源 ， 简简 称称CCVS，如图如图1-25(c)所示。所示。 电电 流流 控控 制制 电电 流流 源源 ， 简简 称称CCCS，如图如图1-25(d)所示。所示。图图1-25 理理想想受受控控源源1.6 两类约束和两类约束和KCL，KVL方程的独立性方程的独立性如如前前所所述述，伏伏安安关关系系(VAR)实实质质上上是是元元件件对对变变量量u和和i的的约约束束关关系系，KCL和和KVL是是元元件件互互联联后后，电电路路结结构构对对变变量量i或或u的的约约束束关关系系，建建立立电电路路方方程程就就是是依依靠靠这这两两类类约约束束。这这就就是是说说，一一切切集集中中参参数数电电路路中中的的电电压压和和电电流流都都必必须须受受这这两两类类约约束束关关系系的的支支配配，它它们们是是分分析析和和解解决决一一切切集集中参数电路的基本依据。中参数电路的基本依据。
