电路分析基础知识
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精品 电路分析的基础知识
【内容提要】 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。
开关干电池灯泡图1.1 手电筒实际电路RLsUSRS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。 .
精品 （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：即将电池视为内阻为SR，电源电动势为SU；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LR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：回路内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：在单位时间内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：dtdqi
式中，dq为时间dt内通过导线某一横截面的电荷量。.
精品 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来表示。它们之间的换算关系为：AKA10001； mAA10001； AmA10001
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：tQI
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，有必要先假设一个电流流动的方向，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； 若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。IUSR图1.3 简单电路 USI5R1R5R4R3R2图1.4 复杂电路 .
精品 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，abI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abw，则abw与q的比值就称为a，b两点之间的电压，用符号abu表示，dqdwuabab
式中，abdw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来表示。它们之间的换算关系为：VKV10001； mVV10001； :10001VmV
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：QWUabab
3、电压的参考方向IIabIab(a)(b)(c)图1.5 电流参考方向的标注 .
精品 电压的方向与电流类似，也要预先设定参考方向。当电压的参考方向与实际方向相同时，电压为正值，当电压的参考方向与实际方向相反时，电压为负值。这样，电压的值就有正有负，其正负表示电压的实际方向与参考方向之间的关系，因此，电压的正、负只有在选定了参考方向以后才具有实际意义。
电压参考方向的一般有如图6.1所示的几种表示方法。其中，正极性指向负极性的方向就是电压的参考方向；abu则表示a、b两点间的电压参考方向由a指向b。
UUabUab(a)(b)(c)图1.6 电压参考方向的标注
4、几点注意问题
同电流
测量电压时，必须将电流表并联在被测电路中。
三、电位的概念
电压abU只能表明a点和b点之间的差值，不能表明a点和b点各自数值的大小。在电路分析和实际工作中，经常要对某两点的电性能进行比较，以确定电路的工作状况。比如，判断晶体三极管是处于放大、截止、还是饱和工作状态，就要用到电位的概念。通常的做法是，先选定电路中的某个公共接点作为参考点，并规定该点的电位为"0"，然后再计算或测量出电路中某点与参考点之间的电压，这个电压就称之为电位。在电路图或电 .
精品 子仪器和设备中，.
精品 "0"电位点用符号""来表示。
电位的基本单位与电压相同，也是伏特，电位的符号用字母加单下标的方法来表示，如aU、bU则分别表示a和b点的电位。
电路中，任意两点之间的电位之差叫做电位差，用字母加双下标的方法表示，如baabUUU就表示a点的电位和b点的电位之间的差值。显然，电路中任意两点之间的电位差就是该两点之间的电压。
那么电位和电压有什么区别呢？先来分析下面这个例题。
例1.1 在图7.1中，分别设a、b为参考点，求a、b、c、d各点电位。
解题思路：根据电位的概念，设a点为参考点时，则有
VVa0， VUVbab60610，
VUVcac80204， VUVdad3065
设b点为参考点时，则有
VVb0，
VUVaba60610， VEUVcbc1401， VEUVdbd902
而两点间的电压则为
VUab60610， VUca80204，4A→
←6A
+ +
E1 140V 6Ω E2
90V c a
d
b 4A→
←6A
+ +
E1 140V 6Ω E2
90V c a
d
a
（a） 图1.7 .
精品 VUda3065， VEUcb1401，VEUdb902
由以上讨论可以得出电位和电压的区别是：
①电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的电压；
②各点电位值的大小是相对的，随参考点的改变而改变；而两点间的电压值是绝对的。
有了电位的概念，图)(7.1b可以简化成图8.1形式的习惯画法。
四、关联参考方向
在进行电路分析时，我们既要对流过元件的电流选取参考方向，又要对元件两端的电压选取参考方向，两者是相互独立的，可以任意选取。如果电流的参考方向与电压的参考方向一致，则称之为关联参考方向，如图)(7.1a所示；反之，则称之为非关联参考方向，如图)(7.1b所示。
当选取电压、电流的方向为关联参考方向时，则在电路图上只需标出电流或电压的参考方向即可，图8.1所示的是两种等效的表示方法。
五、电功率、电能和额定值c a d
+140V 20Ω 5Ω +90V
6Ω
b c
+140V 20Ω
d a
+90V 5Ω
6Ω
b (a) 图1.8 (b)
(a)(b)图1.10 关联参考方向的简单标注uabiba (a)(b)图1.9 电压、电流参考方向uiui
