電路原理 第一章

電路模型

集總參數電路

• 實際電路的近似
• 條件：實際電路的尺寸必須遠小于電路工作頻率下的電磁波波長
• 将實際電路抽象為電路模型進行分析是一種常用的方法

基本概念

• 節點
  • 電路中三條或以上支路的交彙點
• 支路
  • 電路中兩個節點之間的連接配接路徑
• 回路
  • 閉合的支路
• 網孔
  • 不含更小回路的閉合的支路

支路量

• 電壓
  • Uab=Wab/q
  • Uab=φa-φb
    • 等于電路兩節點間的電勢差
  • 将點電荷q從A點移動到B點電場力所做的功Wab與該電荷q的比值
  • 機關伏特[V]
• 電勢
  • 電路中某一節點到電路參考地的電壓
  • 也可以稱為“電位”或“電平”
  • 機關伏特[V]
• 電流
  • i=dq/dt
  • 某一時刻t穿過S面的電流強度的值等于該時刻機關時間内穿過S面的電荷量的代數和
  • 機關安培[A]
• 電動勢
  • e=dA/dq
  • 在dt時間内，一電源使正電荷dq從負極經電源内部轉移到正極所做的功為dA，做功與正電荷電荷量之比即為電動勢
  • 由B點到A點的電動勢等于A到B的電壓降
  • Eab=-Uba
  • 機關伏特[V]
• 地
  • 電勢為0的節點或支路可以稱為地
• 功率
  • 瞬時功率
    • p(t)=dw/dt
    • p(t)=u(t)*i(t)
  • 平均功率
    • P=UI
  • 若p(t)>0，則表示此時該元件吸收功率；若p(t)<0，則表示此時該元件輸出功率

參考方向

• 在分析電路的時候，常常會使用支路量的參考方向
• 當支路量的實際方向與參考方向相同時，支路量為正；否則為負
  • 電壓、電流的“從高電位到低電位”即為正向
  • 電動勢的“從低電位到高電位”為正向
• 關聯參考方向：電流與電壓參考方向相同
• 非關聯參考方向：電流與電壓參考方向相反

歐姆定律

線性電阻元件兩端的電壓與流過的電流成正比

表達式：u=Ri

電導形式：i=Gu

基爾霍夫定律

基爾霍夫電流定律

• KCL
• 在任意集總電路中，任意時刻流入或流出任意節點的各支路電流的代數和為0
  • 表達式：Σi(t)=0
  • 總流入=總流出
• 源于電荷守恒定律
  • 是恒穩電流下的電荷守恒

基爾霍夫電壓定律

• KVL
• 在任意集總電路中，任意時刻沿任意閉合回路，各支路電壓的代數和為0
  • 表達式：Σu(t)=0
  • 繞行一周，電壓和恒為0
  • 注意選取繞行方向，與繞行方向同向（從高電平到低電平）的節點電壓為正，反向的節點電壓為負
• 源于電場環路定理

基本元件

線性電阻

• 電阻元件
  • R=U/I
  • 機關歐姆[Ω]
  • p=ui=Ri2=u2/R
• 電導元件
  • G=1/R
  • 機關西門子[s]
  • p=Gu2=i2/G
• 非線性電阻：電壓、電流關系不符合歐姆定律的電阻

線性源

• 電壓源
  • 兩端電壓由函數決定，兩端電流由外電路決定
• 電流源
  • 兩端電流由函數決定，兩端電壓由外電路決定
• 電源發出的功率為p=ui

受控源

• 流控源
  • 流控電流源
  • 流控電壓源
• 壓控源
  • 壓控電流源
  • 壓控電壓源

特殊情況

• 開路
  • 電壓由外電路決定，電流為0
  • 可以視為輸出電流為0的電流源
• 短路
  • 電壓為0，電流由外電路決定
  • 可以視為輸出電壓為0的電壓源

非線性元件

• MOSFET
• 三極管
• 壓敏電阻

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