直流电路分析理论

直流电路分析理论：电阻元件通常电路中的物质都会阻碍电荷的移动，这种物理特性称为电阻特性，表现电阻特性的元件称为电阻元件，简称电阻，用R表示

直流电路分析理论

• 基本概念
  • 电路的组成成分
    • 实际电路的分类和组成
      • 实际电路是由各种元器件为实现某种应用目的，按一定方式连接而成的整体
      • 分类
        • 为实现能量的转换和运输
        • 为实现信号的变换、传递和处理
    • 电路模型
      • 电路的基本组成
        • 电源：电源是电路的能量来源，把各种形式的能量(如机械能、化学能、 光能等)转换为电能
        • 负载：用电设备
        • 中间环节：介于电源和负载之间的部分，如导线、开关等
      • 理想元件：具有单一电磁性质的电路元件
        • 常用理想元件
          • 一个实际元件，在不同条件下根据与实际元件的近似程度，可以建立不同形式的模型
      • 由理想元件代替所构成的电路称为实际电路的电路模型，简称电路
        • 我们所建立的任何实际电路模型应能反应电路的真实情况 即采用电路模型分析计算结果与实际电路测量结果的误差应在允许范围之内
        • 虽然利用电路模型分析计算的结果仅是实际电路的近似值， 但它是我们判断实际电路电气性能和指导电路设计的重要理论依据
  • 电路的基本物理量
    • 电流
      • 电路中带电粒子在电源作用下有规则的移动形成电流
      • 习惯上规定正电荷的移动方向为电流的实际方向
      • 在电路中电流用i表示，它与电荷量q和时间t的关系为
        • • q单位C（库仑）
          • i单位A（安培）
            • kA千安
            • mA毫安
            • μA微安
          • 规定1s内通过某截面的电荷量为1C时电流为1A
      • 分类
        • 直流电流I（简称DC或dc）：电流的大小和方向都不随时间改变
        • 交变电流i（简称AC或ac）：若大小和方向随时间做周期性变化且平均值为零的电流
    • 电压
      • 电场力移动单位正电荷由电场中的a点到b点所做的功称为啊、不两点间的电压uab
      • • 电位和电压单位V（伏特）
          • kV千伏
          • mV毫伏
          • μV微伏
        • 电能ω单位J（焦耳）
        • 当电场力把1C的正电荷从一点移到另一点所做的功为1J时，则该两点间的电压为1V
      • 分类
        • 直流电压（恒定电压）U：电压的大小和极性都不随时间改变
        • 交变电压u：大小和极性作周期性变化且平均值为零的电压
    • 电动势
      • 衡量电源对电荷做功的能力
      • 电源电动势在数值上等于电源力（非电场力即局外力）
      • 把单位正电荷从低电压端晶电源内部移到高电位段所做的功，其数值大小与电源电压相等
    • 电位
      • 物理学中称为电势
      • 一个相对物理量，即某点电位的大小和极性是相对参考点而言的
      • 计算电路中各电位时，通常选取电路的某一点作为电位的参考点，并用接地符号表示
      • 一般设参考点的电位为零，任一点的电位就等于该点与参考点间的电压
      • 参考点选的不同，电路中各点的电位也不同，但任意两点间的电压是不变的
  • 电流和电压的参考方向
    • 电流、电压、电动势的实际方向和表示方法
      • 电流 正电荷的运动方向。
        • 箭头表示法
      • 电压 电位降落的方向(由高电位→低电位)。
        • 正负号表示法
        • 双下标表示法
        • 箭头表示法
      • 电动势 电源力驱动正电荷的方向(由低电位→高电位)。
    • 参考方向
      • 分析复杂电路时，预先假定的电流或者电压的方向，称之为参考方向
      • 关联方向与非关联方向
      • 功率的计算、电路中电源负载的判别
        • 关联方向：P=UI
        • 非关联方向：P=-UI
        • P>0 吸收功率，负载
        • P<0 发出功率，电源
  • 功率与能量
  • 电源及其模型
  • 电路结构名词解释
• 基本定律
  • 欧姆定律(对电阻元件的约束)
    • 电阻元件
      • 电阻元件通常电路中的物质都会阻碍电荷的移动，这种物理特性称为电阻特性
      • 表现电阻特性的元件称为电阻元件，简称电阻，用R表示
      • 在国际单位制中，电阻的单位是欧姆Ω，此外还有千欧K Ω，兆欧M Ω
      • 贴片电阻及读数
        • 三个数字:误差 5% 前两位是有效数字，第三位是倍率 104=10*10000Ω =100k Ω
        • 四个数字:误差 1%前三位是有效数字，第四位是倍率 5112=511*100 Ω =51.1k Ω
    • 欧姆定律：电阻两端的电压与流过的电流比值是一常数。
      • U=RI R=U/I
      • 只有线性电阻才满足欧姆定律
  • 基尔霍夫定律（对电路结构的约束）
    • 几个名词
      • 支路 电路中任一含有元件且无分支的路径。
      • 结点 三条或三条以上支路的连接点
      • 回路 电路中的任一闭合路径
    • 基尔霍夫电流定律（KCL）
      • 对于电路中的任意结点，在任意瞬时流入该结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。
      • 对于电路中的任意结点，在任意瞬时流入(或流出)该结点的电流代数和为零。
      • KCL可以推广应用到广义结点
        • IB+IC=IE
    • 基尔霍夫电压定律（KVL）
      • 对于电路中的任一回路，任意瞬时沿该回路绕行一周，电位降等于电位升。
      • 对于电路中的任一回路，任意瞬时沿该回路绕行一周，构成该回路的各支路上的元件电压的代数和为零。
      • KVL不仅适用于闭合电路，也可推广到开口电路(假想闭合回路）
• 电路的基本连接方式
  • 电阻的串联
    • 两个电阻中流过的电流 I 相同
    • 串联分压
    • 等效电阻R=R1+R2
  • 电阻的并联
    • 两个电阻上的电压 U 相同
    • 并联分流
    • 等效电阻
• 基本分析方法
  • 支路电流法
    • 以电路中的支路电流作为独立变量(待求量)，由KCL列结点的电流方程，由 KVL列回路的电压方程，联立以上方程求解各支路电流的方法
    • 步骤
      • 判别电路的支路数b和结点数n
      • 标出各待求支路电流的参考方向
      • 从n个结点中任意选择(n-1)个节点，根据KCL列电流方程
      • 选择(b-n+1)个独立回路，根据KVL列电压方程
      • 联立以上方程，求解
  • 电压源与电流源的等效变换
    • 电压源模型 实际电压源可用一个理想电压源与内阻串联来表示
    • 电流源模型 实际电流源可用一个理想电流源与内阻并联来表示
    • 电压源与电流源的等效变换
      • 注意⚠️
        • 在变换过程中要保持 US 和 IS 方向一致
        • 理想的电压源和电流源不能进行等效变换
  • 结点电压法
    • 结点电压法是针对一种特殊电路(支路多结点少的电路)的分析方法
    • 多个结点的情况
      • 把另外的一个结点看做是一个理想电压源
  • 叠加定理
    • 在线性电路中，由几个电源共同作用产生的电压或电流等于每个独立电源单独作用时产生的电压或电流的代数叠加。
      • • 线性电路:完全由线性元件、独立电源或线性受控源构成的电路。
        • 单独作用:假设其他电源均不 起作用(电源值均等于0)。
    • 注意⚠️
      • 叠加定理只适用于线性电路。
      • 处理电源的原则
        • 当电路中某个电源单独作用时，电路中的其他电源不起作用，按照电压源位置短路，电流源位置开路的原则处理
      • 处理电阻的原则
        • 当某个电源单独作用时，原电路的所有电阻保留(包括电源内阻)。
      • 最后叠加时，注意各个电流或电压分量的参考方向是否与总的电流或电压的参考方向一致，一致时取正号，不一致时取负号。
      • 电压、电流可以叠加，功率不能直接叠加
  • 等效电源定理
    • 当需要计算复杂电路中某一支路上的电压、电流时，可将这一支路划出，将电路的其余部分看作一个有源二端网络。有源二端网络对该支路提供电能，相当于一个电源，将线性有源二端网络等效为电源模型的方法称为等效电源定理。
    • 戴维南(宁)定理(Thevenin’s theorem)：将线性有源二端网络等效为电压源形式。
    • 诺顿定理(Norton’s theorem):将线性有源二端网络等效为电流源形式。