电路分析基础第1章_打印

电压单位：伏特（V, Volt），mV，μV，kV
方向：高电位点指向低电位点的方向。
表示：箭头，正、负号，双下标 uAB。
说明
•当正电荷从元件上的“+”极经元件运动到电压 的“-”极时，与此电压相应的电场力要对电荷做 功，这时元件吸收能量； •反之，正电荷从元件的“-”极经元件运动到电 压“+”极时，电场力做负功，元件向外释放能量。
若支路为非关联，则 p = −u ⋅ i
单位：瓦特（W，Watt）， kW， mW，μW 单位的对应：i(A),u(V) ⇒ p(W)
4.功率(power)
根据计算结果判断是吸收能量还是供出能量 p > 0 吸收功率（消耗） p < 0 发出功率
能量守恒定律：在一个电路中，在任何时间点，吸收 的总功率和发出的总功率数值上相等，即功率的代数 和为0，可表示为
(a) direct current (dc) (b) alternating current (ac).
2.电压(voltage)及其参考极性
2.1 定义： 单位正电荷在电场中由A点移动到B点时所获
得或失去的能量。也称为电位差。
u = dw dq
A
元件
B
+
u
−
w是能量的符号，单位为焦耳（J-Joule）
Born into a noble family in Como, Italy, Volta was performing electrical experiments at age 18. His invention of the battery in 1796 revolutionized the use of electricity. The publication of his work in 1800 marked the beginning of electric circuit theory. Volta received many honors during his lifetime. The unit of voltage or potential difference, the volt, was named in his honor.
一个实例
US RL
RS
(a) 实际电路
(b) 电气图
(c) 电路模型 （电路图）
电路理论分析的对象是电路模型而不是实际电路， 电路图是用元件图形符号表示的电路模型。
集总参数元件
集总（集中）参数元件(lumped parameter element) 理想元件(ideal element)
工作条件：当实际电路的尺寸远小于其使用时最高 工作频率所对应的波长。
向一致。即在元件内部电流从电压的正极指向 电压的负极（或电流流入正极）。
关联参考方向
A i 元件
B
+
u
−
非关联参考方向
A i 元件
B
+
u
−
4.功率(power)，也成为瞬时功率
定义：单位时间内电荷获得或失去的能量。
在关联参考方向下：p(t ) = dw dt
⎛ ⎜ ⎝
u
=
dw dq
⎞ ⎟ ⎠
p(t) = dw ⋅ dq = u ⋅ dq = u ⋅ i dq dt dt
i(t) = dq dt
单位：安培（A, Ampere），mA，μA 常用词头见教材表1-1
2
1.电流(current)及其参考方向
Electric current due to flow of electronic charge in a conductor.
方向：规定正电荷流动的方向。 A
元件
§1-1 电路和电路模型
北京邮电大学电子工程学院
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电路和系统
电力系统 强电系统 电能的传输和分配
cos Ωt
cos(ωc ± Ω)t
cos(ωc ± Ω)t
cos ωct
无线通信系统 弱电系统 信号的转换和控制
cos ωct
cos Ωt
实际电路及集总参数电路模型
实际电路：电流的通路。由电阻器、电容器、电感器、 电源等部件(component)及晶体管等器件 (device)相互连接组成的系统。
功能：电能的传输、分配、控制、转换、信号处理。 按照电路各部分的功能分，实际电路主要由电源、 负载和连接设备组成。 电源(source)： 提供能量的部件（例电池、发电机、电子电源等等）。
负载(load)：用电设备，即把电能转换成其他形式的能 的装置（例照明灯、电机、喇叭等）。 连接设备：传输、分配和控制电能（例导线、开关等）。
说明：不考虑电路中电场与磁场的相互作用，不能 考虑电磁波的传播现象，认为电能的传送是瞬间完 成的。
电磁波的波长λ、传播速率v 和频率f 三者之间的关
系为：
λ =v/ f
真空中电磁波的速率与光速相同，3 × 108 m / s
举例说明
λ =v/ f
例1：我国电力用电频率为50Hz，对应的波长为 6000 km (1) 对以此为工作频率的实验室设备来说，其尺寸远小于 这一波长，可以按集总参数处理；
若 u > 0 真实极性与参考极性相同 u < 0 真实极性与参考极性相反
直流电压（U），交流电压u。
电位
电位：为分析电路方便，常在电路中选某一点为参考点，
把任一点到参考电的电压称为该点的电位。
参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位点。
电位一般表示为uX，的单位也是V（伏）。
°
R1 i 1
10 mA ° 24 V
i
a
b
i +
R2
2
15 mA
+u −
30 V 2 i3
° 12 V
u=uA − uB
R3
20 mA
1
° 6V
R4
-
5 mA
°
° 0V
接大地
接机壳
例题1
+A
u1 = 5V 元件
u1 = uA − uB = 5V u2 = uA − uB = −2V
A+ 元件 u2 = −2V
−B
B−
若令 uB = 2 V ，（箝位）
则 u1 = uA − uB = 5V uA = 7 V
u2 = uA − uB = −2V uA = 0 V
在电路分析中经常箝位 uB = 0 V（零电位）
u1 = 5 V
uA = 5 V
u2 = −2 V uA = −2V
3.关联参考方向
定义：电流参考方向与电压参考“＋”极到“－”极的方
Appliance
kWh consumed
Appliance
kWh consumed
Water heater 500
Washing
120
machine
Freezer
100
Stove
100
Lighting
100
Dryer
80
Dishwasher 35
Microwave 25 oven
Electric iron 15
1.电流(current)及其参考方向
两种带电粒子：质子（正电荷）、电子（负电荷）
电量(quantity of charge)：带电粒子所带电荷的多少。 单位：库仑（C-Coulomb） 符号：q或Q
1.1定义：单位时间内通过导体横截面的电量定义为电 流强度，简称电流（current），记为i(t), 简写为i。
集总参数电路模型：由集总参数元件组成的电路。
分布参数电路(distributed parameter circuit)：
当实际电路的尺寸大于其最高工作频率所对应的 波长或两者属于同一数量级时。 应该用电磁场理论考虑空间的信息来研究。
二端集总参数电路模型
A
元件
基本的集总参数元件：
R
C
L
消耗 储存 储存 电能 电场能 磁场能
实际元件模型：
L
LR
不考虑导线电阻
低频ห้องสมุดไป่ตู้
B
+
us
is
−
提供 能量
C
L
R
高频
§1-2 电路变量
常用电路变量
• 描述电路性能的物理量有电流、电压、电荷、磁 通（或磁链）及电功率和电能量。
• 本节主要介绍电路分析中最常用的电流、电压和 功率三个物理量。
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内容提要（重点）
电流及其参考方向 电压及其参考极性 关联参考方向 功率
例题4：
判断下图所示支路是吸收功率还是提供功率。
i = 1A a
+
i = 2A a
+
i = 1A a
+
u = 3V R
u
u us = 3V
us = 2V
b− (a)
− b
(b)
− b
(c)
解：(a) p = ui = 3 × 1 = 3W > 0，吸收功率。
(b) p = −ui = −3× 2 = −6W < 0 , 提供功率。
B
表示：箭头，双下标 iAB 。
i
电流的参考方向(reference direction)
任意选定的方向（正方向）。
根据计算结果确定电流的真实方向 若 i > 0 真实方向与参考方向一致 i < 0 真实方向与参考方向相反
1.电流(current)及其参考方向
直流(Direct Current-DC)：电流的大小和方向都不随 时间变化。可以用“I”表示。 交流(Alternating Current-AC)：电流的大小和方向都 随时间作周期性变化，i(t)。