第1章 电路的基本概念、基本元件和基本定律

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第1章 电路的基本概念、基本元件和基本定律

• 1. 1 实际电路和电路模型
  • 实际电路的构成与功能
    • 定义：为了实现预期目的，将一些实际电路元件按照特定的方式用导线连接起来所构成的一个整体
    • 组成部分：电源或信号源、中间环节、负载
    • 功能
      • （1）实现电能的产生、传输、分配和转换
      • （2）完成信号的产生、传输、储存、变换和控制
  • 电路元件模型和电路模型
    • 实际元件与模型元件
• 1. 2 集总参数电路和分布参数电路
  • 电场只与电容元件有关，磁场只与电感元件有关
• 1. 3 电流、电压及其参考方向
  • 电流及其参考方向
    • 电流的定义
      • 在时刻t穿过S面的电流强度值就等于在该时刻单位时间内穿过S面的电荷量的代数和
      • 时变电流：电流的大小和（或）方向随时间变化
        • 交流电流：电流的大小和方向作周期性变化且平均值为零
        • 直流电流：电流的大小和方向均不随时间变化
    • 电流的参考方向
      • 表示方法
        • （1）一个带实线段的箭头
        • （2）双下标
  • 电压及其参考方向
    • 电压与电位的定义
      • 电压
        • 描述电场力对电荷做功大小的物理量
        • 定义：将单位正电荷自a点沿任一路径移至b点电场力所做的功
        • 极性
      • 电位
        • 将单位正电荷由该点移动到参考点电场力所做的功
        • 单值性
    • 电压的参考方向
      • 表示方式
        • （1）高电位点为正极，低电位点为负极
        • （2）双下标字母
  • 电流与电压的关联参考方向
    • 同一元件或一段电路上电流的参考方向选定为从其电压参考方向的正极“＋”流入，而从负极“－”流出
• 1. 4 功率与能量
  • 功率的定义与计算
  • 能量的定义与计算
• 1. 5 电路元件的特性与分类
  • 元件的定义特性与伏安特性
    • 外特性
      • 定义关系
        • 基本变量之间的代数关系
      • 伏安关系
        • 利用其定义关系以及与元件性质无关而普遍成立的关系式得到
  • 元件的分类
    • 线性元件与非线性元件
      • 线性元件
        • 齐次性
        • 可加性
        • 特性曲线：一条通过坐标平面原点的直线
      • 非线性元件
        • 其它
    • 时不变元件与时变元件
      • （1）线性时不变元件：元件的特性曲线为一条在特性平面上的位置不随时间而变，且经过坐标原点的直线
      • （2）线性时变元件：元件的特性曲线为一条在特性平面上的位置随时间而变，且经过坐标原点的直线
      • （3）非线性时不变元件：元件的特性曲线为一条曲线或不通过坐标原点的直线，且该曲线或直线在特性平面上的位置不随时间而变
      • （4）非线性时变元件：元件的特性曲线为一条曲线或不通过坐标原点的直线，且该曲线或直线在特性平面上的位置会随时间而变
    • 无源元件与有源元件
      • 无源元件：自身从不生产能量向外提供的元件
        • 耗能元件
        • 储能原件
      • 有源元件：自身生产能量向外提供的元件
        • 独立电源和受控电源
• 1. 6 基本电路元件
  • 电阻元件
    • 电阻元件的一般定义与分类
      • 线性时不变电阻
      • 线性时变电阻
      • 非线性时不变电阻
      • 非线性时变电阻
    • 线性时不变电阻元件
      • 定义式或伏安特性方程：欧姆定律
  • 电容元件
    • 电容元件的一般定义与分类
      • 线性时不变电容
      • 线性时变电容
      • 非线性时不变电容
      • 非线性时变电容
    • 线性时不变电容元件
      • 线性时不变电容元件的定义
      • 线性时不变电容元件的伏安关系
        • （1）i>0，电流实际方向与参考方向一致，电流流入正极板，使电荷增加，从而u增大，其实际方向也与参考方向一致，电容处于充电状态
        • （2）i<0，电流实际方向与参考方向相反，电流流出正极板，使电荷减少，从而u减小，其实际方向亦与参考方向一致，电容处于放电状态
        • （3）i=0，接入电容元件的电压为恒定值，故而电容电流为零，电容相当于开路，电容元件有隔直流的作用
    • 线性时不变电容元件的功率和能量
  • 电感元件
    • 电感元件的一般定义与分类
      • 线性时不变电感
      • 线性时变电感
      • 非线性时不变电感
      • 非线性时变电感
    • 线性时不变电感元件
      • 线性时不变电感元件的定义
      • 线性时不变电感元件的伏安关系
        • （1）当沿参考方向的电流增大（或逆参考方向的电流减小），di(t)/dt>0时，则u(t)>0，感应电压的实际方向与参考方向一致，其作用是阻止沿参考方向电流的增大（或逆参考方向电流的减小）
        • （2）当沿参考方向的电流减小（或逆参考方向的电流增大），di(t)/dt<0时，则u(t)<0，感应电压的实际方向与参考方向相反，其作用是阻止沿参考方向电流的减小（或逆参考方向电流的增大）
        • （3）当di(t)/dt=0时，则u(t)=0，电感电流为恒定值（直流）时，电感的端电压为零，此时电感相当于短路
  • 独立电源
    • 电压源
      • 电压源的定义和伏安特性
      • 电压源的功率
    • 电流源
      • 电流源的定义和伏安特性
      • 电流源的功率
  • 受控电源
    • 受控源的定义和伏安特性
      • 电压控制电压源（VCVS）
      • 电压控制电流源（VCCS）
      • 电流控制电压源（CCVS）
      • 电流控制电流源（CCCS）
    • 受控源的功率
• 1. 7 克希霍夫定律
  • 电路分析中的两类约束
    • 元件约束
      • 元件自身电流和电压间的约束关系，局部约束
    • 结构约束
      • 电路中所有元件的电流和电压分别由元件的相互连接形成的拓扑约束
  • 相关术语
    • 支路
    • 节点
    • 回路
    • 平面电路
    • 网孔
  • 克希霍夫电流定律
    • 对于某一节点，在任何瞬时，流入该节点的电流之和应等于流出节点电流之和
  • 克希霍夫电压定律
    • 对于某一回路，沿该回路绕行一周，电压降之和等于电压升之和
• 1. 8 独立的KCL、KVL和VCR方程数
  • 独立的KCL方程数
  • 独立的KVL方程数
  • 独立的VCR方程数