（04730）电路分析基础之电路概述

（04730）电路分析基础之电路概述

（完整笔记）

电路有实际电路与电路模型之分，前者是实际存在的电路，后者是把实际电路在一定条件下理想化而得到。

电路

电路就是电流通过的闭合路径，它是由各种电气器件按一 定方式用导线连接组成的总体。

电路的组成

电路主要由电源、负载和中间环节三部分组成。

1. 电源。电源是提供电能的装置，把非电能转换成电能，如电池、蓄电池、发电机 等。在发电厂内，可以将化学能或机械能等非电能转换为电能。
2. 负载。负载是消耗电能的装置，把电能转化成非电能，又称用电器，作用是将电 能转换成其他形式的能量，如电灯、电炉、扬声器、电动机等。
3. 中间环节。中间环节用来连接电源和负载，起传递和控制电能的作用，如变压器、 输电线等。

电路的作用

• 进行电能的传输和转换
• 实现信号的传输和处理

电路模型

理想化电路元件，是指体现某种基本现象，具有某种确定的电磁性能和精确数学定义的电路元件。理想电路元件不是实际电路的部件，而是一些数学模型，即在一定条件下能够准 确地反映实际电路及其部件的电磁性能的模型。常用理想元件及符号如表 1-1 所示。

电路模型，是指由理想电路元件构成的电路。手电筒电路对应的电路模型如图 1-4 所示。

电路变量

电流

电流的基本概念

电路中，电荷沿着导体的定向运动形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负电 荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度(简称 电流)，用符号 I 或 i(t)表示，讨论一般电流时可用符号 i。

设在t =t2－t1时间内，通过导体横截面的电荷量为q= q2－q1，则在t 时间内的电流强 度可用数学公式表示为

直流电流

如果电流的大小及方向都不随时间变化，即在单位时间内通过导体横截面的电量相 等，则称之为稳恒电流或恒定电流，简称直流(direct current)，记为 DC或 dc，直流电流要 用大写字母 I 表示。

交流电流

如果电流的大小及方向均随时间变化，则称为变动电流。对电路分析来说，正弦交流电 流是一种较为重要的变动电流，其大小及方向均随时间按正弦规律做周期做变化，将之简称 为交流(alternating current)，记为 AC 或 ac，交流电流的瞬时值用小写字母 i 或 i(t)表示。

电流的方向 （重点）

(1) 实际方向。规定正电荷移动的方向或负电荷移动的反方向为电流的实际方向。

(2) 参考方向。人为规定的电流方向。在分析电路时，常常要知道电流的方向，但有时电 路中电流的实际方向难以判断，此时可任意选定某一方向作为电流的参考方向(也称正方向)。 所选的参考方向不一定与实际方向一致。 当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值；当电流的实际方向与其参考 方向相反时，则电流为负值，如图 1-5 所示，(a)图参考方向与实际方向一致，(b)图参考方 向与实际方向相反

电流参考方向的表示方法

电流参考方向的表示方法有两种。

(1) 用箭头表示：箭头的指向为电 流的参考方向，如图 1-5 所示。

(2) 用双下标表示： AB I 表示电流的 参考方向由 A 点指向 B 点。

电流的测量

电流用电流表(安培表)来测量。测量时注意：

(1) 交、直流电流用不同的表测量。

(2) 电流表应串联在电路中，如图 1-6 所示。

(3) 直流电流表有正、负端子，用+、−区分，接线时不 能接错，如图 1-6 所示。

(4) 选择正确的量程。

电压

电压的概念

电压是指电路中两点 A、B 之间的电位差(简称电压)，其大小等于单位正电荷因受电场 力作用从 A 点移动到 B 点所做的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

直流电压

如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称直流电 压，用大写字母 U 表示。

交流电压

如果电压的大小及方向随时间变化，则称之为变动电压。对电路分析来说，正弦交流 电压(简称交流电压)是一种较为重要的变动电压，其大小及方向均随时间按正弦规律做周 期性变化。交流电压的瞬时值用小写字母 u 或 u(t)表示。

电压的方向 （重点）

(1) 实际方向：由高电位指向低电位。

(2) 参考方向：人为规定的电压方向。在分析电路时，常常要知道电压的方向，但有时电 路中电压的实际方向难以判断，此时可任意选定某一方向作为电压的参考方向(也称正方向)。

所选的参考方向不一定与实际方向一致。

当电压的实际方向与其参考方向一致时，则电压为正值；当电压的实际方向与其参考 方向相反时，则电压为负值，如图 1-7 所示。

电压参考方向的表示方法

电压参考方向的表示方法有 3 种。

(1) 用箭头表示，如图 1-8(a)所示。

(2) 用正负号＋、－表示，如图 1-8(b)所示。

(3) 用双下标UAB 表示，如图 1-8(c)所示。

电压的测量

电压用电压表(伏特表)来测量。测量时注意：

(1) 交、直流电压用不同的表测量。

(2) 电压表应并联在被测电路两端，如图 1-9 所示。

(3) 直流电压表有正、负端子，用+、-区分，接线时不能接错，如图 1-9 所示。

(4) 选择正确的量程。

功率

定义

功率指单位时间内能量的变化，其定义式为

把能量传输(流动)的方向称为功率的方向，消耗功率时功率为正，产生功率时功率为 负。符号为 P，单位为瓦(W)。

功率计算中应注意的问题

功率的计算公式为 p(t)=u(t)i(t) ，若选取元件或电路部分的电压u与电流i的方向关联， 即方向一致。

实际功率 p(t)>0 时，电路部分吸收能量，此时的 p(t)称为吸收功率；

实际功率 p(t)<0 时，电路部分发出能量，此时的 p(t)称为发出功率。

电能及计算

在电压、电流选定关联参考方向时，在 t0到 t 时刻部分电路所吸收的能量为

电能的单位为焦耳(J)，表示功率为 1W 的用电设备在 1s 内消耗的电能。在日常生活中 常用度(千瓦·小时，kW·h)来表示电路吸收的电能，就是说 1kW 的设备在 1 小时内消耗 的电能为 1 度。