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简介: 电路分析13章全面讲解

(1)电压、电流及参考方向。

(2)功率的吸收、释放与计算。

(3)R、L、C元件的定义与伏安关系(VCR)。

(4)电压源、电流源的定义及VCR。

(5)受控源的概念类别及VCR。

(6)掌握基尔霍夫定律(KL)。

本章是学习电路的基础,重点是基尔霍夫定律和元件(R、L、C、电压源、电流源、受控源)的伏安关系,两者可称为电路的两大约束关系,基尔霍夫定律概述了元件之间约束,元件伏安关系给出元件自身特性的约束,这两大约束关系贯穿《电路原理》全书。本章还要注意参考方向的引入,做到熟练正确地应用。列写电路方程时,必须先确定参考方向。

电路即电流的通路,它由若干电气设备或器件组成。组成电路的电气设备或器件称为电路元件。大千世界存在着不胜枚举的实际电路,简单的电路有手电筒、电炉子等,复杂的电路有大规模集成电路、电力系统等。无论电路如何简单或复杂,它都是由基本的三个部分组成:电源、负载和中间环节。其中,电源——是将其他形式的能转换成电能的设备,如把机械能转换成电能的发电机等;负载——是将电能转换成其他形式能的设备,如将电能转换成机械能的电动机等;中间环节——是连接和控制电源与负载的设备,如导线、开关、熔断器等。

实际电路——由若干实际电器元件或设备组成,为完成某种预期目的而被设计连接,形成的电流通路。图1-1(a)是最简单的手电筒实际照明电路。

图1-1 手电筒实际电路与电路模型

它由以下三部分组成:

(1)电源为干电池,它将化学能转换为电能;

(2)负载为灯泡,它将电能转换成光能和热能;

(3)中间环节为导线、开关,实现对电路的控制。

由于实际电路器件的形状和电磁性能较为复杂,为了便于对实际的电路进行分析计算,可将实际电路器件理想化(也称模型化)。

抽掉了实际电路器件的外形、尺寸等差异,反映其电磁性能共性的电路模型的最小单元是理想电路元件。

由理想电路元件组成的电路,就是实际电路的模型。

图1-1(b)所示是手电筒的电路模型。图中,电阻元件R是灯泡的电路模型,电压源U

s

和电阻R

0

串联是干电池的模型,连接导线(包括开关)用理想导线表示,其电阻忽略不计。

发生在实际电路器件中的电磁现象按性质可分为:①消耗电能;②释放电能;③储存电场能量;④储存磁场能量。

假定以上现象可以分别研究,将每一种性质的电磁现象用一理想电路元件来表征,则电路中有如下几种基本的理想电路元件。

(1)电阻——消耗电能,把电能转换成热能等形式,如图1-2(a)所示;

(2)电感——储存磁场能量,把电能以磁场能量形式储存起来,纯电感不消耗能量,如图1-2(b)所示;

(3)电容——储存电场能量,把电能以电场能量形式储存起来,纯电容不消耗能量,如图1-2(c)所示;

(4)电源——产生电能,将其他形式的能量转变成电能。

图1-2 三种基本理想远件的符号图形

需要注意的是,同一实际电路器件在不同的工作条件下,其模型可能有不同的形式。例如,对于电感线圈,若在直流情况下,一个线圈的模型可以是一个电阻元件;若在较低交流频率下,就要用电阻和电感元件的串联组合模拟;若在较高交流频率下,还应计及导体表面的电荷作用,即电容效应,所以其模型还需要包含电容元件。

对实际电路的电路模型取得恰当,对电路的分析和计算结果就与实际情况接近,而如果取得不恰当,则会造成较大误差。因此,我们在一定的条件下对实际器件加以理想化,忽略它的次要性质,用一个足以表征其主要性质的模型(model)来表示,以便于对电路进行分析、计算。本书主要讨论如何分析已经建立起来的电路模型。更明确地说,电路原理分析的对象是电路模型而不是实际电路。

1. 按电路的功能分

(1)一种电路的功能是进行能量的转换、传输和分配,此时对电路的要求是减小损耗、提高效率。例如,电力系统(发电、变电、输电、配电、用电的整体)如图1-3所示,发电厂的发电机将其他形式的能转换成电能,然后通过变压器、输电线输送给各用户,负载再将电能转换为其他形式的能。

版权:人民邮电出版社