每周电子W4——电路与电路模型

电路与电路模型

电路

实际电路：由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。

为完成某种预期的目的而设计、安装、运行的，由电路元件（晶体管、电阻等）相互连接而成的电流通路装置，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能

功能：能量的传输、分配和转换；信息的传递与处理

电路概念

电源：发电设备
负载：用电设备

激励：电源或信号源的电压或电流，也称为输入；用电压或电流标注，主要就是电压源的电压或电流源的电流
响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称为输出

电路理论
研究电路中发生的电磁现象，并用电流、电荷、电压、磁通等物理量描述其过程的理论。电路理论主要用于计算电路中各器件的端子电流和端子间的电压，并不涉及内部发生的物理过程

电路模型

电路模型：反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合

与实体电路相对应、由理想元件构成的电路图，称为实体电路的电路模型

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理想的电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件，具有精确的数学定义。

5种基本的理想电路元件：

电阻元件R： 表示消耗电能的元件
电容元件C： 表示产生电场、存储电场能量的元件
电感元件L： 表示产生磁场、存储磁场能量的元件
电压源U： 表示将其它形式的能量转变成电能的元件，体现形式电压
电流源I： 表示将其它形式的能量转变成电能的元件，体现形式电流

基本理想电路元件的三个特征：
1.只有两个端子
2.可以用电压或电流按数学方式描述
3.不能被分解为其它元件

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建模
用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件
建模时应注意的几个问题：
1.必须考虑工作条件，并按不同的精度要求把给定工作情况下的主要物理功能反映出来
2.不同的实际电路部件，只要具有相同的主要电磁性能，在一定条件下可用同一个模型来表示
3.同一个实际电路部件在不同的应用条件下，它的模型也可以有不同的形式

模型对电路的分析结果有很大的影响，如果模型太复杂，会造成分析的困难；如果模型太简单，就不足以反映所需求解的真实情况
实际电路器件品种繁多，其电磁特性多元而复杂，采取模型化处理可获得有意义的分析结果。

集总参数元件的电路：必须指出，电路在进行模型化处理时是有条件地：实际电路中各部分的基本电磁现象可以分别研究，并且相应的电磁过程都是在电路元件内部进行。

集总参数元件的特征：
1.电磁过程都在元件内部进行，其次要因素可以忽略。如R,L,C这些只具有单一电磁特性的理想电路元件
2.任何时刻从集中参数元件一端流入的电流恒压等于从它另一端流出的电流，并且元件两端的电压值完全确定

集总参数电路
实际电路的几何尺寸远小于其工作电磁波的波长，这种电路称为集总参数电路。在这种电路中，元件的电磁过程是在其内部进行的。

电流和电压的参考方向

电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率

电流的参考方向

电流：带电粒子有规律的定向运动
电流强度：单位时间内通过导体横截面的电荷量

直流电流：如果电流不随时间的变化而变化，称为直流电流
单位：A（安培）、kA、mA、uA
方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向元件（导线）中电流流动的实际方向只有两种可能：

参考方向：任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向

电流的参考方向与实际方向的关系：

电流参考方向的两种表示：

电压的参考方向

电位：单位正电荷q从电路中一点移至参考点时电场力做功的大小
电压：单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功的大小

实际电压方向：电位真正降低的方向
单位：V（伏）、kV、mV、uV

电压（降）的参考方向：假设高电位指向低电位的方向

电压参考方向的三种表示方法：

关联参考方向;元件或支路的u，i采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。

电功率

电功率：单位时间内电池力所做的功

功率的单位：W（瓦），Watt，瓦特
能量的单位：J（焦），Joule，焦耳

电路吸收或发出功率的判断

u和i取关联参考方向：正电荷从元件上电压的“+”极经元件运动到电压的“-”极时，电场力对电荷做正功，元件吸收能量

p = ui 表示元件吸收的功率
p > 0 吸收正功率（实际吸收）
p < 0 吸收负功率（实际发出）

u和i取非关联参考方向：正电荷从元件上电压的“-”极经元件运动到电压的“+”极时，电场力对电荷做负功，元件释放能量。

p = ui 表示元件发出的功率
p > 0 发出正功率（实际发出）
p < 0 发出负功率（实际吸收）

对一完整的电路，满足：发出的功率 = 吸收的功率