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第一章 电路的基本概念及基本定律 本章重点：参考方向、关联参考方向，电路元件，独立电源，基尔霍夫定律 本章难点：参考方向，受控源 §1-1 电路与电路模型 实际电路是为完成某种预期目的而设计、安装、运行的，由电路元器件相互连接而成，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能。 电路模型是由理想电路元件取代每一个实际电路器件而构成的电路。理想电路元件是组成电路模型的最小单元，具有某种确定的电磁性质的假想元件。 注意：本书说电路均指电路模型，并将理想电路元件简称电路元件 以下是手电筒的实际电路及电路模型： 元件分类 按不同原则可将元件分成以下几类： 1、线性元件与非线性元件 2、有源元件与无源元件 3、二端元件与多端元件 4、静态元件与动态元件 5、集中参数元件与分布参数元件 ? §1-2 基本物理量和参考方向 一、基本物理量 在电路分析中，常用的基本物理量（亦称基本变量）有：电流i，电压u，电量q，磁链ψ，能量W和功率p。通过这些物理量可以反映电路所具有的性能，揭示电路的变化规律。 二、参考方向 在电路中，电流和电压都具有方向性。对于简单的电路来说，电流的实际流向（正电荷运动的方向）、电压的正负极性是可以判断出来的，但对于复杂电路、或方向不断变化（如日常用的50Hz交流电）的交变电路来说，事先辨别出它们的方向是相当困难的。因此在分析电路之前就需要假设一个方向——参考方向。 1、电流参考方向 ??? 电流在导线中或一个元件中流动的实际方向只有两种可能。对于难以确定电流实际方向的较复杂电路，为了分析计算的方便，假设了每个支路或元件上的电流方向，这种人为假设的电流方向就是电流的参考方向。 电流参考方向：对于一个具体的元件或支路可以任意选定某一方向为其电流参考方向。 ??? 如果选定的参考方向与实际电流方向一致，那么电流为正值，选定的参考方向与实际电流方向相反，电流为负值。在下图中： (a)中选定的参考方向与实际电流方向一致，i0 (b)中选定的参考方向与实际电流方向不一致，i0 电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电荷量，即 ??? 如果电流的大小为恒值，且方向不变，此时 电流的基本单位为安培，简称安（简写为A）。电流常用的单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（m A）及纳安（nA）等，且有 1 kA＝103A 1 mA＝10-3A???????? 1m A＝10-6A 1 nA＝10-9A 2、电压参考方向 又称参考极性。电路中电压的实际方向也有两中可能，要确定一个复杂电路中任意两点间电压的实际方向也很困难，因而引入电压参考方向的概念。 电压参考方向：电路中某元件上或任意两点间人为假定的电压降方向。 ??? 如果选定的参考方向与实际电压方向一致，那么电压为正值；反之，电压为负值。在下图中： (a)中选定的参考方向与实际电压方向一致，u0； (b)中选定的参考方向与实际电压方向不一致，u0。 电压的大小等于电场力对单位正电荷从A点移到B点所作的功，即 ? 式中：WA、WB分别为电荷dq在A点、B点的电能。jA、jB分别为A点、B点的电位。所以，电压也常被称为电位差或电压降。 电压的参考方向也可以用双下标表示，如uAB ： A点为高电位，B点为低电位。 电压单位：伏特（V）、千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。 对任何电路进行分析时，应先标出各处的电压、电流的参考方向。 3、关联参考方向 对于一个元件来说，如果电流的参考方向是从电压的“＋”极性流入、从电压的“-”极性流出，则称它们的电压和电流参考方向为关联参考方向（如下图a），否则称为非关联参考方向（如下图b）。 三、功率 元件吸收的功率： ??? 取关联参考方向 ??? 取非关联参考方向 ??? p 0时，元件实际在吸收功率 ?????? p 0时，元件吸收的是负功率，即元件实际在释放功率。 ?? 功率的单位：瓦特简称瓦（W）、千瓦（kW）。 ??? t0到t吸收的电能： ??? 直流情况下 电能的单位：焦耳（J） 1（J）= 1（w）×1（s） 1度 = 1kw·h（千瓦·小时）。 §1-3 电阻、电感和电容元件 ?一、电阻元件 电阻元件按其电压电流的关系曲线（又称伏安特性曲线）是否是过原点的直线而分为线性电阻元件（如上图a）和非线性电阻元件（如上图b）。按其特性是否随时间变化又可分为时变电阻元件和非时变电阻元件。本节重点介绍线性非时变电阻元件。 线性电阻元件是一个二端元件，其端电压u(t)和端电流i(t)取关联参考方向时，满足欧姆定律： ?????? u(t)=Ri(t