电路基础

任何一个完整的电路都必须由电源、负载和中间环节三个基本部分组成。

电路的作用是对电能进行传输、分配和转换；对电信号进行变换、传输和处理。

电路是由一些电器设备或组件，为实现能量的传输、分配和转换或实现信息的变换、传输和处理而构成的组合的总称。

实际应用的电路种类很多，形式和结构各不相同，但其主要组成可分为三部分，即电源、负载、中间环节。

电流通过的闭合路径称为电路。

电路主要由电源、负载及中间环节组成。

电路的作用有两个方面：一是实现能量的传输、分配和转换；二是实现信息的变换、传输和处理。

具有单一电磁特性的电路组件称为理想电路组件，由它们组成的电路称为电路模型。

所谓理想电路组件，是指其电磁特性是单一的，可以用来表征实际组件主要电磁性质的理想化的模型组件。

由理想电路组件代替实际电路组件组成的电路，称为电路模型。

反映实际电路器件耗能电磁特性的理想电路组件是电阻器组件；反映实际电路器件储存磁场能量特性的理想电路组件是电感组件；反映实际电路器件储存电场能量特性的理想电路组件是电容组件。

实际的电路组件电磁性能非常复杂，为了掌握元器件最本质的物理特性，研究电路的基本规律，通常把实际的电路组件抽象成理想的电路组件。

如一个最简单的线绕式电阻器，从能量转换的角度看，其主要作用是将电能转换成热能，因此电阻器是一个耗能组件；如果从电磁感应的角度看，当电流流过电阻器时，一部分电能将转化为电磁能储存起来。

但是二者比较，电能转变成热能是主要的，因此电阻的主要电磁性能是消耗电能。

所有的电阻器以及白炽灯、电炉、电烘箱等借助电阻发热而达到其应用目的的实际设备，均可抽象为理想电阻组件。

同样，电感是表征储存磁场能量的理想电路组件，电容是表征储存电场能量的理想电路组件。

电路图是用国家统一规定的图形、文字、符号表示的电路。

将实际电气组件抽象为理想电路组件，用国家统一规定的图形、文字、符号来表示的电路，称为电路图。

电路图上标示的电流、电压方向均为参考方向。

若某组件是负载时，该组件两端的电压和通过组件的电流方向应为实际方向。

习惯上将正电荷移动的方向规定为电流的实际方向。

为了分析和计算电路，就需要假设一个电流的方向，这个假设的方向称为参考方向，在电路中用箭头表示。

电压的实际方向规定为由高电位端指向低电位端，即电位降低的方向。

对于复杂电路，电压的实际方向有时很难确定，因此也需要假设一个参考方向。

电流的实际方向规定为正电荷的运动方向；衡量电流大小的物理量是电流强度。

习惯上将正电荷移动的方向规定为电流的实际方向。

电流的大小用电流强度来衡量。

电位与电压的区别是同一点的电位随参考点而改变，两点之间的电压却不因其它条件而改变。

电位的高低与参考点的选择有关，电路中两点之间的电压就是这两点之间的电位差。

参考点的不同，电路中各点电位亦随之不同，但任意两点间的电位差不会改变。

直流电路中负载获得最大功率的条件是负载电阻与电源的等效内阻相等；最大功率的计算公式为02max 4R U P =。

由线性有源二端网络传递给负载L R 的功率为最大的条件为：负载L R 与线性有源二端网络的等效内阻相等。

满足L R =0R 时，称为负载与电源匹配或称阻抗匹配，此时，负载所获得的最大功率为：02max 4R U P = 负载L R 欲从线性有源二端网络获得最大功率，必须满足匹配条件，即负载L R 与线性有源二端网络的等效内阻0R 相等。

此时负载所获得的最大功率为：02max4R U P =串联电路的特点是：各电阻的电流为同一个电流，总电压等于各个电阻上的分电压之和。

电阻串联具有以下的特点：（1）通过串联电阻的电流为同一个电流，即电流处处相等。

（2）串联电阻的总电压等于各个电阻上的分电压之和。

（3串联的等效电阻等于各个串联分电阻之和。

（4）各个串联电阻上分配到的电压与其电阻值成正比。

电阻串联：①串联回路电流处处相等；②串联电阻上的总电压等于各个电阻上的电压之和；③串联总的等效电阻等于各个串联电阻之和；④串联电阻上分配到的电压与电阻值成正比。

并联电路的特点是：各电阻的电压为并联电阻的总电压，总电流等于各个并联电阻通过的电流之和。

电阻并联具有以下的特点：（1）并联电阻的总电压等于各个并联电阻的电压；（2）并联电阻的总电流等于各个并联电阻通过的电流之和；（3）并联电路总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和；（4）各电阻分配到的电流与其电阻值成反比。

电阻并联：①并联的各个电阻电压相等；②并联电路的总电流等于各个并联支路的电流之和；③并联电路等效总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和；④各电阻分配到的电流与其电阻值成反比。

ab 两点间电压与这两点的电位关系，用公式表示为b a ab V V U -=。

若ab U =0，则a 、b 两点称为等电位点；若ab U ＞0，电压的方向为a 指向b ；若ab U ＜0，电压的方向为b 指向a 。

电位与电压的关系是：b a ab V V U -=电路中任意两点之间的电压总等于这两点电位差。

在电路中任选一点作为参考点，则其他各点到参考点之间的电压叫各点的电位。

若选0点为参考点，则a 点的电位为a V 。

在电路中，若a Φ＞b Φ，即a 点电位高于b 点电位，则a V ＞b V ，电a 点指向b 点。

电路中任意一点的电位是指该点到参考点的电压，是相对的量，其高低、正负，取决于参考点。

基尔霍夫电流定律的内容是：在任一瞬间，汇集于电路任一节点的各支路电流的代数和为零，数学表达式为∑=0I 。

∑=0I就是说，在任一瞬时，电路中任一节点上电流的代数和为零。

I基尔霍夫第一定律——节点电流定律（KCL）的一般形式：∑=0基尔霍夫电压定律的内容是：在任一瞬间，电路中任一回路内的各支路电压的代数和为零，U。

数学表达式为∑=0U表明，在任一瞬时，沿回路绕行一周，回路中各电压降的代数和为零。

式∑=0U基尔霍夫第二定律——回路电压定律（KVL）的表达式：∑=0理想电压源是一个二端元件，它的电压与电流无关，或者是提供恒定电压（直流情况），或者是提供一定时间函数。

理想电压源的电流（及功率）则是任意的，由外部电路定。

理想电压源是一个理想的二端元件，其两端电压是一个定值或一定的时间函数，与通过它的电流无关。

其中，提供恒定电压的电压源称为直流电压源，提供一定时间函数的电压源称为交流电压源。

理想电压源输出电压为一定值或者一定的时间函数，其电流由外部电路决定理想电流源是一个二端元件，它的输出电流与其电压无关，保持定值或者是一定的时间函数。

理想电流源的电压（及功率）则是任意的，由外部电路定。

理想电流源是一个理想的二端元件，其端电流保持定值或一定的时间函数，与两端的电压无关。

理想电流源输出电流为一定值或者一定的时间函数，其电压由外部电路决定实际电源可用一个理想电压源和一个内阻r的串联连接组合来模拟，称为实际电压源，也可用一个理想电流源和一个内阻r的并联连接组合来模拟，称为实际电流源。

实际电压源可等效为一个理想电压源与一个内阻r的串联。

实际电流源可等效为一个理想电流源与一个内阻r的并联。

有m条支路、n个节点的电路，应用支路电流法可列出m个独立方程，其中节点电流方程为n-1个，回路电压方程为m-(n-1)个。

若电路中有n 个节点，则有n-1个节点是独立节点，该电路可以列出n-1个独立方程。

若电路中有n 个节点，电路的支路数为m ，则有m-(n-1)个独立回路，选定回路绕向，可列出m-(n-1)个独立回路方程铁磁性物质的磁状态，一般由磁化曲线决定。

这种曲线表明了铁磁性物质中的磁感应强度和磁场强度的函数关系。

铁磁性物质的磁化特性常用磁化曲线（Ｂ～Ｈ曲线）表示。

从铁磁性物质的磁化曲线来看，铁磁性物质的Ｂ和Ｈ的关系为磁饱和性关系，其磁导率不是常数，要随Ｈ的变化而变化。

铁磁性材料的性质称为磁饱和性。

铁磁性物质的磁导率μ不是常数，它随Ｈ变化。

Ｂ～Ｈ关系为非线性关系，磁导率μ不是常数。

铁磁性物质的磁感应强度的改变落后于磁场强度的改变现象叫磁滞。

当磁场强度减小到零时铁磁性物质所保留的磁感应强度叫做剩磁。

使铁磁性材料中的磁感应强度降为零所需施加的反向磁场强度叫做矫顽力。

当Ｈ下降至零时，Ｂ不为零，而等于r B 。

这种从感应强度的变化滞后于磁场强度变化的现象称为磁滞。

r B 称为剩磁感应强度，简称剩磁。

为了消除剩磁，必须改变磁场方向。

待c H H -=时，Ｂ＝０，这一过程称为去磁。

c H 是为了抵消剩磁所需要的反向磁场强度，称为矫顽力。

硬磁材料的磁滞回线较宽，剩磁和矫顽力都大，这类材料适宜做磁铁。

硬磁材料磁滞回线较宽，矫顽磁力和剩磁大。

铁磁性物质的磁化特性是：①高导磁性；②存在磁饱和性；③具有磁滞性。

磁路的磁通可以分为两部分，绝大部分是通过铁芯所限定的磁路（包括空气隙）闭合的，叫做主磁通；穿出铁芯，经过磁路周围弱磁性物质而闭合的磁通叫做漏磁通。

铁磁性材料的磁性能具有以下特点：⑴高导磁性。

磁导率μ比非铁磁性材料大得多。

⑵存在磁饱和性。

Ｂ～Ｈ关系为非线性关系，磁导率μ不是常数。

⑶具有磁滞性。

交变磁化时的Ｂ～Ｈ曲线为磁滞回线。

由于铁磁性材料的导磁性能比非磁性材料好得多，因此当线圈中有电流流过时，产生的磁通绝大部分将集中在铁芯中，沿铁芯而闭合，这部分磁通称为主磁通，用字母Φ表示。

只有很少的一部分磁通沿铁芯以外的空间而闭合，这称为漏磁通，用s Φ表示。

电荷周围有电场，电场对处在其中的其他电荷有作用力，这种力称为电场力。

只要有电荷，其周围空间就存在电场。

电场对处于其中的任何带电体都要产生作用力，这个作用力就叫做电场力，这体现出电场力的性质。

电场是电荷或带电体周围存在的一种特殊物质，电场对处于其中的电荷产生作用力——电场力。

电力线用来描绘电场，电力线密的地方表示电场强度大，疏的地方表示电场强度小。

电力线的密疏表示电场强度的大小，电力线密的地方电场强度大，电力线疏的地方电场强度小。

在电场中某点放入一检验电荷q ，其所受的电场力为F ，则该点处的电场强度E=q F 。

电场强度的大小与检验电荷的电量无关。

电场强度的方向就是正电荷在电场中所受到电场力的方向。

检验电荷所受到的电场力与其所带电荷量的比值总是一个常数，这个比值仅与该位置处的电场强弱有关，而与检验电荷的电荷量无关。

在电场中某点，检验电荷所受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值，叫做该点的电场强度E ，简称场强，公式表示为：E=qF 。

我们规定：电场强度的方向，是正电荷在电场中所受到电场力的方向或负电荷所受到电场力的反方向。

电容是表征电容器特性的物理量，如果某电容器的电量每增加610-C ，两极板之间的电压就增加1V ，则该电容器的电容为F μ1。

电容器两极板间的电荷量Q 与两极板间的电压U 成正比。

对任何一个电容器来说，两者的比值UQ 是一个常数；但对不同的电容器，这个比值不同。