电路模型及电路参量

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1.电路模型

电路是各种电气设备与电子器件的有机结合体。本书研究的电路是实际电路的理想模型。实际器件有时可以用单一理想电路元件代替,有时则需用几个理想电路元件的组合来代替。电路模型就是用理想电路元件代替实际电路。

1)集总元件和集总电路

在电路元器件的尺寸远远小于其工作频率下所对应的波长时,意味着这些元器件工作时构成了一个守恒的能量系统,即不与外界发生电磁能量交换。我们称这些电路元件为集总参数元件,简称集总元件。由集总元件构成的电路就叫做集总电路。

2)理想电路元件

①理想无源元件:电阻元件、电容元件、电感元件等;

②理想有源元件:独立电源(电压源、电流源);各种受控源

3)实际电路元器件的模型

任何一个实际器件在某种条件下都可以给予它某个适当的模型,以便对电路进行科学的分析。同样的元器件在不同的工作环境下,其模型也是完全不同的,比如晶体三极管。

4)电路模型

为了有效地分析电路,我们常常用理想元件来代替实际电路元器件而组成理想电路,故而叫作电路模型。比如日光灯的线路图:

电路模型及电路参量

图1 日光灯的电路图

2.分析电路的目的

在给定的电路结构及其已知电路参数的情况下,获取有关元器件或部分电路的电压、电流以及功率,以便及时了解电路乃至设备的运行状态,这是我们做得最多的事情。另外,通过学习电路基础知识和电子技术,我们可以设计和生产出许多非常有用的电气设备和电子产品。

3.电流

电流的定义

电流,也叫电流强度,是大量电荷定向移动所形成的规模效应。其度量的理论依据是:单位时间内通过导体单位截面积的电荷量。

考虑到自然界存在正负两类电荷,且形成电流的效果刚好是相反的,为分析方便,我们规定:正电荷移动的方向就是电流的实际正方向。电流的单位是安培(Ampere)。

2)电流的参考方向

一般用单向的箭头表示,如下图所示;

电路模型及电路参量

图2电流的参考方向

偶尔也用双下标表示,比如表示假定电流从A流向B。

实际电流的流向与其参考方向只有两种可能:i=1A,说明电流的实际方向与其参考方向一致;如若i = —1 A,则说明了电流的实际方向与参考方向刚好相反。

4.电压

1)定义:

电压(工程上又叫做电压降)

电场力将单位正电荷从A点移动到B点所做的功就叫AB两点之间的电压。

2)电压的实际方向:由高电位(+)指向低电位(—)。

5.电位

本质上,电路中任一结(节)点对地的电压就称之为电位,有时也指对中线的电压。一般用一个大写字母U表示,如A点的电位用UA,B点的电位用UB。

1)为了分析电路的方便,规定:电路中电位为0V的结点为参考结点;

2)其余的结点称为非参考结点,其电位为该点对参考结点的电位差;

3)同一电路,参考点选择不同,各结点电位就不同,但任意两个结点之间的电位差(即电压)不变;

4)任一电路最多只能选定一个参考结点。

6.电动势

主要是用来衡量电源力的大小。从物理意义上说,电动势是做正功的,方向是从电源的低电位端指向高电位端。

7.电能

电路元件从t0到t内吸收的能量W,可以用电压和电流来表征:电路模型及电路参量

式中u和 i都是时间的函数,因此,能量也是时间的函数。电压单位为伏特(V),电流单位为安培(A),电能的单位为焦耳(J)。

8.电功率

(电)功率的定义是:元件在单位时间内所做的功,计算式是:p=ui,单位是瓦特。

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