电路分析第1章1.docx
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电路分析第1章1
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。
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
MULTISIM
PSPICE
MATLAB
C
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“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
•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系统。
Electriceffectshappeninstantaneouslythroughoutasystem
2)系统中所有元件的净电荷为零。
NetChargeoneverycomponentinthesystemiszero
3)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。
例:
无线电信号的传播频率为109Hz,它对应的波长为:
若通信系统所用器件尺寸小于
,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
,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:
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。
InternationalSystemofUnits
Frequency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
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。
w:
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
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);
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
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