一、基本要求
1、电路理论主要研究电路中发生的电磁现象,用电流、电压和功率等物理量来描述其中的过程。因为电路是由电路元件构成的,因而整个电路的表现如何既要看元件的连接方式,又要看每个元件的特性,这就决定了电路中各电流、电压要受两种基本规律的约束,即:
(1)电路元件性质的约束。也称电路元件的伏安关系(VCR),
它仅与元件性质有关, 与元件在电路中连接方式无关。
(2)电路连接方式的约束。也称拓扑约束,
它仅与元件在电路中连接方式有关,与元件性质无关。 基尔霍夫电流定律(KCL)、电压定律(KVL)是概括这种约束关系的基本定律。
2、电路的等效变换的条件是互相代换的两部分电路具有相同的伏安特性。等效的对象是外电路(或电路中未被代换的部分)中的电压、电流和功率。等效变换的目的是简化电路。 深刻地理解“等效变换”的思想,熟练掌握 “等效变换”的方法在电路分析中是很重要的。
3、本章的内容有:电路和电路模型,电流和电压的参考方向,电功率和量电路元件,电阻、电容、电感元件的数学模型及特性,电压源和电流源的概念及特点,受控源的概念及分类,结点、支路、回路的概念和基尔霍夫定律;电路的等效变换概念,电阻的串联和并联,电阻的 Y形连接和Δ形连接的等效换,电压源、电流源的串联和并联,实际电源的两种模型及其等效变换,输入电阻(等效电阻)的概念及计算。 本章内容是所有章节的基础,学习时要深刻理解,熟练掌握。
二、主要内容
1、电压、电流的参考方向
(1) 电压、电流的参考方向可以任意指定;
(2)指定参考方向的用意是把电压、电流看成代数量。在指定的电压(或电流)参考方向下,电压(或电流)值的正和负就可以反映出电压(或电流)的实际方向;
(3) 关联和非关联参考方向
需要指出的是:
(1)做题时不用事先判断出电路实际电压(或电流)的方向,直接标出参考方向即可进行运算。
(2) 参考方向一经选定,必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号),在计算过程中不得任意改变。
(3) 参考方向不同时,其表达式相差一负号,但实际方向不变。
2、 元件特性
(1) 无源元件(R、L、C)的伏安关系
(a)电阻元件
(b)电感元件
(c)电容元件
(2) 有源元件的特性
受控源与独立源的比较:
(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定,与电路中其它电压、电流无关,而受控源的电压(或电流)由控制量决定。
(2)独立源在电路中起“激励”作用,在电路中产生电压、电流,而受控源只是反映输
出端与输入端的受控关系,在电路中不能作为“激励”。
3、 基尔霍夫定律
(1).基尔霍夫电流定律(KCL)
对于电路中的任意节点,所有支路电流的代数和等于零。
KCL 的独立方程数= n-1 (n 为节点数)
(2)基尔霍夫电压定律(KVL)
对于电路中的任意一个回路,所有元件电压的代数和等于零。
用数学式子表示为:
KVL 的独立方程数= 平面网孔数
4、 输入(等效)电阻计算
( 1)定义
对于一个不含独立源的一端口电路,不论内部如何复杂,其端口电压和端口电流成正比,定义这个比值为一端口电路的输入电阻(如图示)。
(2)计算方法
根据输入电阻的定义,可得如下计算方法:
(a) 如果一端口内部仅含电阻,则应用电阻的串、 并联和Y—△变换等方法求它的等效电阻,输入电阻等于等效电阻;
需要指出的是:
(1)△—Y 电路的等效变换属于多端子电路的等效,在应用中,除了正确使用电阻变换公式计算各电阻值外,还必须正确连接各对应端子。
(2)等效变换用于简化电路,因此注意不要把本是串并联的问题看作△、Y 结构进行等效变换,那样会使问题的计算更复杂。
(b) 对含有受控源和电阻的一端口(二端)电路,应用在端口加电源的方法求输入电阻:加电压源,求得电流;或加电流源,求电压,然后计算电压和电流的比值得输入电阻,这种计算方法称为外加电源法。 需要指出的是:
(1) 对含有独立电源的一端口电路,求输入电阻时,要先把独立源置零:电压源短路,电流源断路。
(2) 应用外加电源法时,端口电压、电流的参考方向对电路来说是关联的。
(3) 戴维南等效电路、时间常数计算都要用到等效电阻计算。
5、电源等效变换
( 1)实际电压源和电流源的等效变换