电路分析第1章1

第一章（1/3）电路变量1/17第一章电路变量CircuitAnalysis《电路分析》课程的任务：电路分析是研究电路理论的基础课程，通过本课程的学习，要掌握电路的基本概念基本理论电路分析的基本方法为学习后继课程提供必要的基础理论知识，为进一步研究电路理论和电路设计开发打好基础。《电路分析》学习方法：强调概念理解和电路分析方法之间的关系。第一章（1/3）电路变量2/17根据概念解决问题。实践：完成一定数量的习题使用EDA工具，完成简单的设计和分析MULTISIMPSPICEMATLABC第一章（1/3）电路变量3/17第一节概述一、电路1、电路：传送电流的路径（P4）。电子元件互相连接，形成至少一个闭合路径，就形成电路。实际电路是由电工设备与器件联接组成的。实际电路经抽象与近似构成了电路。电路是实际电气系统行为的近似数学模型。电路的起点：1800年，意大利科学家发明了第一章（1/3）电路变量4/17“伏打”电池。2、电路系统分类：第一类：电力电路，PowerSystems：强电技术，产生、传输和分配电能。第二类：在电子技术和控制技术中，用于传输各种信息的电路（弱电技术）。包括：通信系统，CommunicationsSystems：产生、传输、分配信息的电系统•Telephony,SwitchedChannels•Radio,BroadcastAM,FM•Television计算机系统,ComputerSystems：用电信号处理信息的系统，•ProgrammableMicrocircuits•High-speedswitchingoflogiccircuits第一章（1/3）电路变量5/17•Usedfor–Computation–Control控制系统,ControlSystems：用电信号控制生产过程的系统，•Automated,Adaptable,Faster,morereliablethanmanual•Modernhigh-performanceaircraftrelyonautomatedcontrolsystems信号处理系统,SignalProcessingSystems：对表现信息的信号进行处理，•Transformandmanipulatesignalsandtheinformationtheycontain•Imageprocessing–Datafromweathersatellites–MRIscansofthehumanbody•Noisereduction•Encryption弱电系统和强电系统表现出的第一章（1/3）电路变量6/17特点不同，但系统的基本原理一致。电路系统涉及的领域多种多样，但各个分支之间有共同的部分：电路二、集总假设1、从理论上看，电磁场理论是研究电信号的出发点。但是需要高深的数学基础。引入以下几个假设，我们就可以避开复杂的电磁场理论，利用自成体系的电路理论来研究电路形式的物理系统：1)电效应在瞬间贯穿整个系统（集总假设）。电信号以光速传播，如果一个系统足够小，我们就可以做出这样的假设，并称这种系统为集总参数第一章（1/3）电路变量7/17系统。Electriceffectshappeninstantaneouslythroughoutasystem2)系统中所有元件的净电荷为零。NetChargeoneverycomponentinthesystemiszero3)系统中的元件之间没有磁耦合。Nomagneticcouplingbetweencomponents电路理论是电磁场理论的特例。Circuittheoryisaspecialcaseofelectromagneticfieldtheory.2、集总假设的条件器件的尺寸要远小于它正常工作频率所对应的波长：器件尺寸波长工程中，若波长=10尺寸，可采用集总假设。第一章（1/3）电路变量8/17例：无线电信号的传播频率为109Hz，它对应的波长为：89/310/100.3cfm若通信系统所用器件尺寸小于0.3/103mcm，则可以采取集总假设（可以用电路理论来分析）。若通信系统所用器件尺寸大于3cm，则不可以采取集总假设（需要用电磁理论来分析，相应的电路称分布参数电路）。三、电路基本元件从能量的角度看，实际的电路器件在电路中，一般都与能量的消耗和电磁能的存储有关，这三种现象可以第一章（1/3）电路变量9/17由三种元件分别承担：消耗能量：用电阻元件描述存储电能：用电容元件描述存储磁能：用电感元件描述另外有两种元件，可独立地为电路提供能量：电压源、电流源。基本元件的三个特点：1）它们都是集总参数元件（符合集总假设的元件）。2）每个元件只需用一个参数描述，并且可以用数学方法精确定义3）它们是电路的基本元件，不可再分为其它元件。实际元件的模型：第一章（1/3）电路变量10/17一个实际元件在某种条件下都可以找到它的模型。有些实际元件的模型比较简单，可以由一种理想元件构成，有些实际元件的模型比较复杂，要用几种理想元件来构成。InternationalSystemofUnitsFrequency频率hertz(Hz)Energy能量joule(J)Power功率watt(W)Electriccharge电量coulomb（c）Electricpotential电压volt(V)Electricresistance电阻ohm()Electricconductance电导siemens(S)Electriccapacitance电容farad(F)Inductance电感henry(H)四、电路模型与电路模型分析电路模型：把实际的电路器件理第一章（1/3）电路变量11/17想化为集总参数元件，由它们构成的电路称为电路模型。“电路分析”实际为“电路模型分析”电路分析：实际的物理问题抽象为数学模型，经过数学解析，再回到物理实际的过程。需要的数学基础：微积分、线性代数五、电路的分类1、按功能分2、按组成电路的元件分：1）、集总参数电路和分布参数电路2）、电阻电路和动态电路电阻电路：由电源和电阻构成的电路第一章（1/3）电路变量12/17动态电路：包含电容、电感的电路3）、线性电路和非线性电路线性电路：由线性元件和电源构成的电路非线性电路：包含非线性元件的电路3、按处理的信号分类数字电路：处理数字信号的电路模拟电路：处理模拟信号的电路六、本课程重点内容：1）、基尔霍夫定律2）、各种元件的VAR（伏安关系）3）、电路分析方法4）、相量分析法第一章（1/3）电路变量13/17第二节电路变量1、电荷：电荷是引起所有电现象的原因，也是描述所有电现象的基础。●电荷是双极性的，有正负两种电荷●电荷量是离散量，是电子电量的整数倍所有的电现象均来源于电荷，电荷的分离引起电压，电荷的移动引起电流。2、电压（voltage）：电荷分离引起的每单位电荷的能量。dqdwu第一章（1/3）电路变量14/17w：能量J；q：电荷量c；u：电压V极性：电压的极性用正负号或双下标表示。用+、－号表示，+代表极性的正极，－代表负极。（P10，T4）用双下标表示，第一个字符代表高电位端，后一个字符代表低电位端（P52，T54）电位：电场中的某一点到指定参考点之间的电压。电压又称电位差。3、电流：电荷量流动的速度，电量按时间的变化率。Currentistherateofflowofcharge+第一章（1/3）电路变量15/17dtdqiq：电荷量c；t：时间s；i：电流A方向：正电荷的运动方向规定为电流的方向。有两类电荷，正电荷质子和负电荷电子。在固体中，只有自由电子可以移动形成电流，失去电子的原子核形成的正离子不能自由移动，因而不能形成电流。几乎所有的电路都是由固体构成的，所以电路中的电流都是由电子形成的。从1800年开始,人们就开始使用电路，如电报、电话、电灯等。但直第一章（1/3）电路变量16/17到1897年，约瑟夫·汤姆逊提出原子模型，引入电子的概念，才彻底更正了人们关于“电流从正极到负极”的概念。4、关联的参考方向：在求解复杂问题之前，电压的真实极性和电流的真实方向很难确定，我们可以假设一个极性或方向，统称为参考方向，求解后，若电流或电压的值为正，则参考方向与真实方向一致，若值为负，则参考方向与真实方向相反。（P116T12）电流的参考方向，在电路中用箭头表示（P9）；第一章（1/3）电路变量17/17在电路中，没有标注参考方向的电压和电流无意义。关联的参考方向：电流的参考方向与电压的参考方向（电压降）一致。电流从“+”极流入、从“－”极流出。工程约定，可以使公式简单。关联参考方向非关联参考方向