电路分析基础知识

电路分析的基础知识

【容提要】电路理论一门是研究由理想元件构成的电路模型分析方法的理论。本章主要介绍：

1、电路的组成及电路分析的概念；

2、电路中常用的基本物理量；

3、电路的基本元件；

4、基尔霍夫定律；

5、简单电阻电路的分析方法

6、简单RC电路的过渡过程

本章重点：简单直流电路的分析方法。

第一节电路的组成及电路分析的概念

一、电路及其作用

1、电路：电路是为了某种需要，将各种电气元件和设备按一定的方式连接起来的电流通路。

2、电路的作用：电路的基本功能可分为两大类：

①是实现对信号的传递和处理。话筒→放大器→喇叭。

②是实现能量的传输和转换。

发电机→升压变压器→导线→降压变压器→用电设备。

3、电路的组成：显然，任何一个电路都离不开提供能量的电源（或信号源）、消耗能量的负载（灯泡、喇叭）以及中间环节（连接二者之间的各种装置和线路）。电源、中间环节和负载是构成电路的三个基本组成部分。

二、电路分析和设计

①电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，求解电路待求电量的过程。

②电路设计：在设定输入信号或功率的条件下，求解电路应有结构及参数的过程。

三、电路模型

1、电路元件①电路元件：在一定的条件下，忽略某些实际电器器件的次要因数，近似地将其理想化后所得到的只有单一电磁性能的元件----理想元件。

②理想元件有：电阻元件R、电容元件C、电感元件L、电源。

2、电路模型：电路是由具体的电子设备和电子器件联接组成的。为了便于分析，通常将这些设备和器件理想化，并用规定的图形符号来表示这些元件，由此所得到的能反映实际电路联接方式的图形符号（电路图）称为电路模型，简称电路。

干电池

灯

泡

图1.1 手电筒实际电路

R L

s

U S

R S

图1.2手电筒电路模型

电路模型是电路分析的基础。我们通过一个手电筒的实际电路来理解电路模型的建立过程。

（1）手电筒电路由电池、筒体、开关和灯泡组成；

（2）将组成部件理想化：即将电池视为阻为S R ，电源电动势为S U ；忽略筒体的电阻，筒体开关S 视为理想开关；将小灯泡视为阻值为L R 的负载电阻；

（3）筒体是电池、开关和灯泡的联接体，用规定的图形符号画出各理想部件的联接关系；

（4）在图中标出电源电动势、电压和电流的方向便得到手电筒电路模型如图2.1。

四、电路的常用术语

①支路：将两个或两个以上的二端元件（只有两个端钮的元件）依次连接称为串联。

单个电路元件或若干个电路元件的串联构成电路的一个分支，一个分支上所通过的电流大小是相等的。

电路中的每个分支都称作支路。如下图中ab 、ad 、aec 、bc 、bd 、cd 都是支路，其中aec 是由三个元件串联构成的支路，abd 是由两个元件串联构成的支路，其余4个都是由单个元件构成的支路。

②节点：电路中3条及以上条支路的连接点称为节点。如上图中a 、b 、c 、d 都是节点。

③回路：电路中的任一闭合路径称为回路。如上图中abda 、bcdb 、abcda 、aecda 、aecba 等都是回路。

④网孔：回路部不包含其它任何支路，这样的回路称为网孔。如上图中的回路

aecba 、abda 、bcdb 都是网孔。因此，网孔一定是回路，但回路不一定是网孔。

第二节 电路中的主要的物理量及参考方向

电路中的主要物理量：电流、电压和电功率。

一、电流及其参考方向

1、电流的大小

电流的定义：在单位时间通过导体横截面的电荷量。衡量电流大小的物理量叫电流强度（简称电流），用符号i 表示。则：dt

dq i

式中，dq 为时间dt 通过导线某一横截面的电荷量。

电流的基本单位是安培（简称安），用符号A 表示。当电流很大或很小时，常用单位为千安)(KA 或毫安)(mA 、微安)(A μ来表示。它们之间的换算关系为：A KA 10001=； mA A 10001=； A mA μ10001=

2、电流的方向 电流是一个有大小和方向的基本物理量，当大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流电流，用大写字母I 表示，则：t

Q I = 3、电流的参考方向

在简单电路中，可以直接判断电流的方向，如图3.1所示。但在如图4.1所示的较为复杂的电路中，流过电阻5R 上电流的实际方向有时难以判定。为了方便对电路进行分析和计算，

这个假设的方向叫电流的参考方向。

4、几点注意问题①参考方向一但设定，不得随意更改。

②电流是一个有大小和方向的基本物理量，只有在选定了参考方向以后，讨论电流的正、负才具有实际意义。

③电流的实际方向体现在计算结果中，

当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值；

R 图1.3 简单电路

图1.4 复杂电路

若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。

④电流的参考方向一般有如图5.1所示的几种表示方法。其中，ab I 表示电流的参考方向是由a 点指向b 点。

⑤测量电流时，必须将电流表串联在被测电路中。

二、电压的大小和极性

1、电压 电压又叫电位差，是衡量电场力做功能力大小的物理量。其定义为：将单位正电荷q 从电路中的a 点移到b 点时，电场力所做的功为ab w ，则ab w 与q 的比值就称为a ，b 两点之间的电压，用符号ab u 表示，dq

dw u ab ab = 式中，ab dw 为电场力把正电荷dq 从电路中a 点移到b 点时所做的功。并规定：电压的方向为电场力做功使正电荷移动的方向。

电压的基本单位是伏特（简称伏），用符号V 表示。当电压很大或很小时，常用单位为千伏)(KV 或毫伏)(mV 、微伏)(V μ来表示。它们之间的换算关系为：V KV 10001=； mV V 10001=； :10001V mV μ=

2、电压的方向 大小和方向都不随时间变化的电压称为恒定电压，简称直流电压，用大写字母U 表示，如a 、b 两点间的直流电压为：Q

W U ab ab =

(a)(b)(c)图1.5 电流参考方向的标注