電路分析(第一章)

1.1 電路的作用與組成部分

//電路是電流的通路,它是爲了某種需要由某些電工設備或元器件按一定方式組合起來的。
//電路的作用
1.實現電能的傳輸和轉換(電力系統)
2.傳遞和處理信號(揚聲器)
//電力系統:發電機——升壓變壓器——輸電線——降壓變壓器——負載
發電機是電源,是產生電能的設備
點燈,電動機,電爐都是負載,是取用電能的設備,把電能轉換爲光能,機械能,熱能。
變壓器和輸電線是中間環節傳輸分配電能
//揚聲器: 話筒——放大器——揚聲器
先由話筒將語言或者音樂(通常稱爲信息)轉換爲相應的電壓和電流,他們就是電信號。由於由話筒輸出的電信號比較微弱,不足以推動揚聲器發音,因此中間還要用放大器來放大。信號的這種轉換和放大,稱爲信號處理
話筒是輸出信號的設備,稱爲信號源,相當於電源。揚聲器接收轉換信號,是負載。
收音機和電視機也是差不多的。
//電源或信號源的電壓或電流稱爲激勵,激勵在電路各部分產生的電壓和電流稱爲響應。
//電路分析就是在已知電路結構和元器件參數的條件下,討論電路激勵與響應之間的關係。

1.2電路模型

//消耗電能,電阻性
//產生磁場,電感性
//理想化元器件:在一定條件下突出其主要的電磁性質,忽略其次要因素。
//由一些理想電路元器件所組成的電路,就是實際電路的電路模型
//電路元器件主要有:電阻元件,電感元件,電容元件,電源器件。

1.3電壓和電流的參考方向

//實際方向
電流:正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向。
電壓:高電位(“+”極性)端指向低電位(“-”極性)端,即電位降低的方向。
電源電動勢:電源內部由低電位(“-”極性)端指向高電位(+極性)端,即電位升高的方向
//參考方向
電流的方向是客觀存在的。但在分析較爲複雜的直流電路時,往往難於事先判斷某支路中電流的方向。
對交流講,電流的方向是隨時間而改變的,在電路圖中無法表示他的實際方向。所以選任意一方爲參考方向**,在參考方向選定之後,電流的值就有了正負之分。**
//當兩者的參考方向一致時,U=IR,相反時U=-IR。除式子中的正負號外,電壓和電流本身有正負號。

1.4電源有載工作、開路與短路

//電源有載工作 接通電源與負載

電源有載工作
%電壓與電流
I = E/(R0+R);
負載兩端的電壓:U = IR
由前面兩式推出:U = E-IR0;
//電源端電壓小於電動勢,兩者之差爲電流通過電源內阻所產生的電壓降R0I.電流越大,則電源端電壓下降得愈多
//電源端電壓U與輸出電流I之間關係的曲線,稱爲電源的外特性曲線。 其斜率與內阻有關
當R0<<R時 U約等於E
當電流(負載)變化時,電源的端電壓變動不大,這說明它帶負載能力強。
電源的外特性曲線
%功率與功率平衡
UI = EI-I^2 * R0
即P = P(E)- △P;
P(E)是電源產生的功率;△P是電源內阻上損耗的功率;P = UI是電源輸出的功率;
電源上產生的功率和負載取用的功率以及內阻上所損耗的功率是平衡的。
%電源與負載的判別
電源 U和I的實際方向相反,電流從“+”端流出發出功率
負載 U和I的實際方向相同,電流從“+”端流入取用功率
%額定值和實際值
額定值是製造廠爲了使產品能在給定工作條件下正常運行而規定的正常容許值。
額定值體現了產品的安全性和使用能力。
產品的三種狀態 額定工作狀態(經濟合理安全可靠)欠載(不經濟)過載(損壞)
電源輸出的功率和電流決定於負載的大小
//電源開路(空載)
此時端電壓等於電源電動勢(開路電壓,空載電壓)
I = 0;P = 0;E = U
//電源短路 電源的兩端由於某種原因連在一起。
電源短路時,外電路的電阻可視爲0,電流有捷徑可走,不在通過負載。
這時在電路中就只有R0,所以電流很大,稱爲短路電流。Is = E/R0.
電源短路時由於外電路的電阻爲0,所以端電壓也爲0;P(E) = R0
I^2.P = 0;

1.5 基爾霍夫定律

1.分析與計算電路的基本定律,除了歐姆定律外,還有基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。
2.KCL用於結點,KVL應用於迴路
3.電路中的每一分支稱爲支路,一條支路流過一個電流,稱爲支路電流。電路中三條或三條以上的支路相連接的點稱爲結點。
迴路是一條或多條支路所組成的閉合迴路。網孔:內部不含支路的迴路。
4.由於電流的連續性,電路中任何一點,包括結點在內均不能堆積電荷。因此,在任一瞬間,流入某一結點的電流之和應該等於由該結點流出的電流之和。代數和爲0;KCL的推廣:在任一瞬間,通過任一閉合面的電流的代數和也恆等於0;
5.從迴路中任意一點出發,以順時針方向或逆時針方向沿迴路循行一週,在這個方向上,電位降之和應該等於電位升之和。
6.基爾霍夫定律具有普遍性,它們適用於由各種不同元件所構成的電路,也適用於任一瞬間任何變化的電壓和電流。
7.應用時,首先要標好電流,電壓,電動勢的參考方向

1.6 電阻的串聯和並聯

1.如果電路中有兩個或更多個電阻一個接一個地順序相連,並且在這些電阻中通過同一電流,則這樣的連接就稱爲電阻的串聯。
2.串聯電阻上的電壓的分配與電阻成正比。U1 = R1/(R1+R2)*U.
3.如果電路中有兩個或更多個電阻連接在兩個公共的結點之間。並聯。電壓相同。
4.並聯電阻上的電流的分配與電阻成反比。I1 = R2/(R1+R2)*I.
5.並聯的負載電阻愈多,總電阻越小。電路中的總電流和總功率也就愈大。但是每個負載的電流和功率都不改變。

1.7 支路電流法(就是運用KCL,KVL列式子)

1.凡不能用電阻串聯並聯等效變換化簡得電路,一般稱爲複雜電路。在計算複雜電路的各種方法中,支路電流法是最基本的。
2.一般來說,有n個結點,可以有n-1個獨立方程。
3.支路數:b;結點數:n;網孔數 = b-(n-1);所以應用KCL,KVL一共可以列出n-1+b-(n-1) =b個方程。

1.8 疊加定理

1.對於線性電路,任何一條支路中的電流,都可以看成是由電路中各個電源分別作用時,在此支路中所產生的代數和。
2.在線性電路中,不僅電流可以疊加,電壓也可以疊加,因爲電流和電壓是線性關係。但功率不行。

1.9 電源的兩種模型及其等效變換

1.一個電源可以用兩種不同的電路模型來表示。一種是用理想電壓源與電阻串聯的電路模型 ;一種是用理想電流源與電阻並聯的電路模型。
2.在電壓源中若內阻等於零,那麼就是理想電壓源;在電流源中若內阻趨於無窮,就是理想電流源。
3.兩種電源模型對外電路來說是等效的,所以兩種模型之間可以等效轉換。(條件:E=IsRo);

1.10 戴維寧定理(先劃出支路,再在原電路中將負載的電壓空出,再算電壓,再算電阻)

1.有源二端網絡:具有兩個出線端的部分電路,其中含有電源。
2.任何一個有源二端網絡都可用一個電動勢E的理想電壓源和內阻R0串聯的電源來等效代替。
3.等效電源的電動勢E就是有源二端網絡的開路電壓U0,即將負載斷開後a,b端的電壓。
4.等效電阻的內阻R0等於有源二端網絡中所有電源均除去(將各個理想電壓源短路,將各個理想電流源開路)得到的等效電阻。

1.11 電路中電位的計算

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