电路:电路是电流的通路,是为了某种需求由电工设备或电路元件按一定的方式组合而成。
电路模型:有理想元件代替实际电路器件组成的电路叫电路模型。
电流:单位时间内通过的电量i=dq/dt。
电压:单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功。
关联参考方向:在电路分析中,一个元件的电流参考方向和电压参考方向都可任意假定,而且独立无关。当电流和电压的参考方向一致时,称电压和电流为关联参考方向;相反,当电压和电流的参考方向相反时,称电压与电流为非关联参考方向。
能量:从t0到t的时间内元件吸收的的能量由u=dw/dq,w=∫udq从q(t0)积到q(t),由i=dq/dt得,w=∫uidt从t0积到t
功率:p=dw/dt==>p=u(t)i(t),在电压电流取关联参考方向时ui表示元件吸收功率,p>0表示元件吸收功率(即电阻),
p<0表示元件发出功率(即电源);在电压和电流为非关联参考方向下,ui表示元件发出功率,即p>0元件发出功率,p<0原件吸收功率。
电源发出的功率==负载吸收的功率。尽管如此,电源不总是工作在电源状态,也有可能工作在负载状态。
电路的基本元件
电阻:i=Gu,G=1/R。欧姆定律在非关联参考方向的情况下:u=-Ri or i=-Gu,伏安特性。在关联参考方向下:p=ui=i*i*R>0,吸收功率,耗能;在非关联参考方向下:p=-ui=-i*i*R<0,吸收功率。电阻在任何情况只能从外电路吸收能量,不能发出能量,说明电阻是无源元件。
电容元件
q=cu,库伏特性。i=dq/dt=d(cu)/dt=cdu/dt==>隔直通交。u(t) = u(t0)+1/c∫i(x)dx从t0到t。电容是记忆元件,任意时刻电容上的电压除了与0到t的电流值有关外,还与u(0)初始值有关。电容吸收的能量:p=dw/dt=ui=cudu/dt。w=∫cudu(积分从u(t0)到u(t))=1/2*Cu2(t)-1/2*Cu2(t0),w>0充电,w<0放电。
电感元件
u=dφ/dt=Ldi/dt、φ(磁通量)=Li、韦安特性。u=Ldi/dt、i(t)=i(t0)+1/L*∫udt(从t0到t)。感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向:由负极流向正极。通交隔直。i(t)=i(t0)+1/L∫udt(从t0积到t)。p=dw/dt=ui=Lidi/dt,w=1/2*L*i2(t)-1/2Li2(t0),w>0充电,w<0放电。
电压源、电流源
电压源两端的电压与外接电路无关,流过电压源的电流与外电路有关。电流源则相反。电压源和电压源等效变换的特点:外特性不变;内部特性不同。
基尔霍夫定律
支路:一条支路一个电流,无元件不算支路。
结点:三条或三条以上支路的连接点。
回路:由支路组成的闭合路径。
网孔:内部不含支路的回路。
KCL:I入=I出。推广:闭合面可作为一个广义结点。
KVL:∑U=0。推广:KVL也可应用于回路的部分电路。
电位:电位值是相对的,参考点选取的不同,电路中各点的电位也将随之改变;电路中两点间的电压值是固定的。
电路的分析方法
支路电流法:以支路电流为未知量(有多少个支路电流就要列几个方程)、应用基尔霍夫定律列方程组求解。步骤:确定支路数b,标出支路电流的参考方向;确定结点数n,应用KCL对结点列出(n-1)个独立的结点电流方程;确定余下所需的方程式数,即(b-(n-1)),应用KVL对回路列出独立的回路电压方程(通常可取网孔列出);联立求解b个方程,求出各支路电流;由解的各支路电流分析电路中其他待求量。
结点电压法(适用于支路数较多,结点数较少的电路):①、选取参考点;②、列结点KCL方程(n-1个);③、将支路电流用结点电压表示。
叠加定理:对于线性电路,任何一条支路的电流,都可以看成是由电路中各个电源(不包括受控源,受控源一直在每个分解电路中存在)分别作用(独立电流源不作用时,相当于开路,独立电压源不作用时,相当于短路)时,在此支路中所产生的电流的代数和(功率不能叠加,因为功率不是电压或电流的一次性函数)。解题时要标明各支路电流、电压的参考方向,若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方向相反时,叠加时相应项前要带负号。叠加时可以把电源求解,即每个分电路中的电源个数可以多于一个。
电源定理:
二端网络:具有两个出线端的部分电路。
无源二端网络:二端网络中没有电源。
有源二端网络:二端网络中含有电源。
无源二端网络可简化为一个电阻,有源二端网络可以等效简化为一个电压源或电流源。
戴维宁定理:
等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压Uo,等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均去除(理想电压源短路,理想电流源开路)后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻(含有受控源时则需要外加电压源)。