第一章 电路的基本概念与基本定律
一、基本概念
- 电路： 是由“用电设备或器件（负载）”与“供电设备（电源）”，通过导线连接而构成的提供给“电荷流动”的通路。
- 电路的组成
- 电源：为电路工作提供能量；
- 用电设备/器件：在电能作用下完成电路功能；
- 导线：连接电源和用电设备；
- 开关：控制电源的接入等；
- 电路的功能
- 能量传输： 将电源的电能传输给用电设备（负载）；
- 能量转换： 将传输到负载的电能根据需要转换成其它形式的能量，如：光、声、热、机械能等；
- 信息传输： 信息——（载体）——信号——电路——终端——（去载体）——信息（电流 / 电压）
- 信息处理： 接收信号——电路——处理信号
- 电流
- 电流：是电路中电荷流动量的度量，它代表单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。
- 电荷流动不仅由数量，也有方向，因此电流是具有方向的。（规定正电荷流动的方向为电流的真实方向）
- 电流符号：用 I / i 表示；
- 电流单位：安培（A）
- 电压
- 电位：单位正电荷在电场中某点所具有的电位能。
- 电压：电路中两点之间的电位差。(规定电位下降的方向为电压的真实方向)
- 电压符号：用U / u表示；
- 电压单位：伏特（V）
- 电压降：电压Uab表示单位正电荷从a点移动到b点所失去的电位能。
- 电功率
- 电功率：是电路件消耗电能快慢的度量，它表示单位时间内电路件消耗的电场能量。
- 电功率符号：用P / p表示；
- 电功率单位：瓦特（W） 或 焦耳/秒（J/s）
- 计算公式：P = dW / dt = u * i (非关联参考方向下，P = -u * i)
- 功率平衡原理：电路中所有件的功率之和为0（即能量守恒）
- 关联参考方向： 同一电路件或电路部分，电压和电流的参考方向采用一致的方向。
- 电阻
- 电阻：由线性关系联系端电压 u 和电流 i 的二端件。
- 电阻符号：用R表示；
- 电阻单位：欧姆
- 电阻件的特性：欧姆定律；
- "电阻值"计算公式：R = U / I
- "电阻件功率"计算公式：PR = U * I = R * i2 = U2 / R
- 电阻的线性关系，如下图所示：
- “线性电阻”为经过u-i 平面原点上的一条直线;
- “非线性电阻”为经过u-i 平面原点上的一条曲线；
- 电容
- 电容：指存储在极板上的“电荷量 q ”与两极板之间的“电压 u ”的代数关系。
- 电容件原型：平板电容器；
- 电容符号：C（电容量）
- 电容单位：法拉（F）、微法（10-6F）、皮法（10-12F）
- 换算关系：1F = 10-6F = 10-12F
- 电容公式：1F = 1C / 1V
- 电容的线性关系，如下图所示：
- “线性电容”为经过q-u 平面原点上的一条直线;
- “非线性电容”为经过q-u 平面原点上的一条曲线;
- 电感
- 电感：流过线圈的“磁通量”与流过线圈的“电流 i ”的代数关系。
- 电感件的原型：空心线圈；
- 电感符号：L（电感量）
- 电感单位：亨利（H）、毫亨(mH/10-3H)、微亨（10-6H）
- 换算关系：1H = 103mH = 106微亨
- 电感公式：1H = 1Wb / 1A
- 电感的线性关系，如下图所示：
“线性电感”为经过O-i 平面原点上的一条直线;
“非线性电感”为经过O-i 平面原点上的一条曲线;
二、理想特性
- 理想电压源
- 理想电压源：二端件两端电压不随流过它的电流变化，保持固定的数值/变化规律。
- “理想电压源”的伏安特性： 一条平行于电流轴的直线。
- 电压源符号：
- 注意：理想电压源使用过程中不能将两个电极短路，否则将损坏。
- 理想电流源
- 理想电流源：二端件两端电源不随流过它的电压变化，保持固定的数值/变化规律。
- “理想电流源”的伏安特性： 一条平行于电压轴的直线。
- 电流源符号：
- 注意：理想电流源的两端不能被开路（断开），否则将产生无穷大的电压。
三、电路的工作状态
- 在工作时，根据所接负载的不同，电路的工作状态分为三种：开路状态、短路状态、负载状态。
- 开路工作状态：
- 电路外接末端未接任何负载，端电流 i = 0 (开路)，
- 此时, 端口电压由电路内部电流与结构决定，称为“开路电压”，记作 uoc 或 Uoc
- 短路工作状态：
- 电路外接端直接用导线连接，端口电压 u = 0 (短路)
- 此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流，记作 isc 或 Isc
- 负载状态
- 满载：电路负载工作时，如果电路各件都能长期、可靠，且又以效率高、经济性好等最佳状态工作，可称为“额定工作状态”，即“满载”。
过载：当电流大于额定电流时，称为“过载”。
轻载：当电流小于额定电流时，称为“欠载”或“轻载”。
- 件的额定值：即件设备的安全使用值。
- 额定电流 IN：电气设备在长期连续运行或规定工作制下允许通过的最大电流。
- 额定电压 UN：根据电气设备所用绝缘体材料的耐压程度和容许温升等情况规定的正常工作电压。
- 额定功率 PN：电气设备在额定电压、额定电流下工作时的功率。
- 额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量，使用电气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出现不正常的情况和发生事故。
- 注意：使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不一定等于其额定值。
四、基尔霍夫定律
- 背景：基尔霍夫定律，是1845年德国物理学家G.R.Kirchhoff提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基本定律。
- 电路基本术语
- 支路：电路中的每一条分支。
- 结点：电路中三条或三条以上支路的联接点。
- 回路：电路中由两条以上支路构成的任一闭合路径。
- 网孔：内部不含有其它支路的回路。
- 基尔霍夫定律包括：电流定律（KCL）和电压定律（KVL）
- KCL定律：
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