电路分析基础(张永瑞)第1章.ppt

第一章电路的基本概念和定律
电路模型
电路变量
欧姆定律
理想电源
基尔霍夫定律
电路等效
实际电源的模型及其互换
电阻π、Τ电路互换等效
受控源
小结
电路模型
实际电路组成与功能
图 -1手电筒电路
它由 3 部分组成: ①是提供电能的能源, 简称电源, 它的作用是将其他形式的能量转换为电能(图中干电池电源是将化学能转换为电能); ②是用电装置,统称其为负载, 它将电源供给的电能转换为其他形式的能量(图中灯泡将电能转换为光和热能); ③是连接电源与负载传输电能的金属导线,简称导线。图中S是为了节约电能所加的控制开关,需要照明时将开关S闭合,不需要照明时将S打开。电源、负载与连接导线是任何实际电路都不可缺少的 3 个组成部分。
实际电路种类繁多,但就其功能来说可概括为两个方面。其一,是进行能量的传输、分配与转换。典型的例子是电力系统中的输电电路。发电厂的发电机组将其他形式的能量(或热能、或水的势能、或原子能等)转换成电能,通过变压器、输电线等输送给各用户负载,那里又把电能转换成机械能(如负载是电能机)、光能(如负载是灯泡)、热能(如负载是电炉等), 为人们生产、生活所利用。其二,是实现信息的传递与处理。这方面典型的例子有电话、收音机、电视机电路。接收天线把载有语言、音乐、图像信息的电磁波接收后,通过电路把输入信号(又称激励)变换或处理为人们所需要的输出信号(又称响应),送到扬声器或显像管,再还原为语言、音乐或图像。
电路模型
图 -2 理想电阻、电容、电感元件模型
(1) 理想电路元件是具有某种确定的电磁性能的理想元件:理想电阻元件只消耗电能(既不贮藏电能,也不贮藏磁能);理想电容元件只贮藏电能(既不消耗电能,也不贮藏磁能);理想电感元件只贮藏磁能(既不消耗电能,也不贮藏电能)。理想电路元件是一种理想的模型并具有精确的数学定义,实际中并不存在。但是不能说所定义的理想电路元件模型理论脱离实际,是无用的。这尤如实际中并不存在“质点”但“质点”这种理想模型在物理学科运动学原理分析与研究中举足轻重一样,人们所定义的理想电路元件模型在电路理论问题分析与研究中充当着重要角色。(2) 不同的实际电路部件,只要具有相同的主要电磁性能,在一定条件下可用同一个模型表示,如上述的灯泡、电炉、电阻器这些不同的实际电路部件在低频电路里都可用电阻R表示。(3) 同一个实际电路部件在不同的应用条件下, 它的模型也可以有不同的形式,
-3 实际电感元件在不同应用条件下之模型
图 -4 -1 电路之模型图
实际电路部件的运用一般都和电能的消耗现象及电、磁能的贮存现象有关,它们交织在一起并发生在整个部件中。这里所谓的“理想化”指的是:假定这些现象可以分别研究,并且这些电磁过程都分别集中在各元件内部进行;这样的元件(电阻、电容、电感)称为集总参数元件,简称为集总元件。由集总元件构成的电路称为集总参数电路。
用集总参数电路模型来近似地描述实际电路是有条件的,它要求实际电路的尺寸l(长度)要远小于电路工作时电磁波的波长λ, 即
电路变量
电流
电荷有规则的定向运动,形成传导电流。一段金属导体内含有大量的带负电荷的自由电子,通常情况下,这些自由电子在其内部作无规则的热运动,-1(a)所示。在这种情况下,金属导体内虽有电荷运动,但由于电荷运动是杂乱无规则的,因而不形成传导电流。如果在AB段金属导体的两端连接上电源,那么带负电荷的自由电子就要逆电场方向运动, 这样,AB段金属导体内就有电荷作规则的定向运动,于是就形成传导电流,-1(b)所示,图中E为电场强度。在其他场合,如电解溶液中的带电离子作规则定向运动也会形成传导电流。