文档介绍：电路分析基础
1.(1)实际正方向:规定为从高电位指向低电位。
(2)参考正方向:任意假定的方向。
注意:必须指定电压参考方向,这样电压的正值或负值才有意义。
电压和电位的关系:Uab=Va-Vb
,它能够将低电位的正电荷推向高电位,如同水路中的水泵能够把低处的水抽到高处的作用一样。电动势在电路分析中也是一个有方向的物理量,其方向规定由电源负极指向电源正极,即电位升高的方向。
电压、电位和电动势的区别:电压和电位是衡量电场力作功本领的物理量,电动势则是衡量电源力作功本领的物理量;电路中两点间电压的大小只取决于两点间电位的差值,是绝对的量;电位是相对的量,其高低正负取决于参考点;电动势只存在于电源内部。
3. 参考方向
(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向,并标在图中;
(2)参考方向一经选定,在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要,是待求值的假定方向而不是真实方向,因此不必追求它们的物理实质是否合理。
(3)电阻(或阻抗)一般选取关联参考方向,独立源上一般选取非关联参考方向。
(4) 参考方向也称为假定正方向,以后讨论均在参考方向下进行,实际方向由计算结果确定。
(5)在分析、计算电路的过程中,出现“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几个名词概念时,切不可把它们混为一谈。
4. 电路分析中引入参考方向的目的是为分析和计算电路提供方便和依据。应用参考方向时,“正、负”是指在参考方向下,电压和电流的数值前面的正、负号,若参考方向下一个电流为“-2A”,说明它的实际方向与参考方向相反,参考方向下一个电压为“+20V”,说明其实际方向与参考方向一致;“加、减”指参考方向下列写电路方程式时,各项前面的正、负符号;“相同、相反”则是指电压、电流是否为关联参考方向, “相同”是指电压、电流参考方向关联,“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。
基尔霍夫定律包括结点电流定律(KCL)和回路电压(KVL)两个定律,是集总电路必须遵循的普遍规律。
中学阶段我们学习过欧姆定律(VAR),它阐明了线性电阻元件上电压、电流之间的相互约束关系,明确了元件特性只取决于元件本身而与电路的连接方式无关这一基本规律。
基尔霍夫将物理学中的“液体流动的连续性”和“能量守恒定律”用于电路中,总结出了他的第一定律(KCL);根据“电位的单值性原理”又创建了他的第二定律(KVL),从而解决了电路结构上整体的规律,具有普遍性。基尔霍夫两定律和欧姆定律合称为电路的三大基本定律。
:电路中流过同一电流的几个元件串联的分支。(m)
:三条或三条以上支路的汇集点(连接点)。(n)
:由支路构成的、电路中的任意闭合路径。(l)
:指不包含任何支路的单一回路。网孔是回路,回路不一定是网孔。平面电路的每个网眼都是一个网孔。
7. 结点电流定律(KCL)
基尔霍夫电流定律(KCL)是用来确定联接在同一结点上的各支路电流之间的关系。
根据电流连续性原理,电荷在任何一点均不能堆积(包括结点)。故有:任一瞬间,流向某一节点电流的代数和恒等于零。
数学表达式为:å i = 0(任意波形的电流)
å I = 0(直流电路中电流)
KCL 推广应用
在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代数和也恒等于零。
8. 回路电压定律(KVL)
基尔霍夫电压定律(KVL)是用来确定回路中各段电压之间关系的电路定律。
根据电位的单值性原理,绕回路一周,电位升高的数值必定等于电位降低的数值。
故有:
任一瞬间,沿任一回路参考绕行方向,回路中各段电压的代数和恒等于零。
åU = 0
可得KVL另一形式:∑IR=∑US
推论:电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压的代数和。
欧姆定律解决的是元件上电压、电流的约束关系,这种约束取决于支路元件的性质,与电路结构无关;KCL和KVL阐述的是电路结构上电压、电流的约束关系,取决于电路的连接形式,与支路元件的性质无关。
应用KCL定律解题首先约定流入、流出结点电流的参考方向,其目的是为了给方程式中的各项给出其正、负依据。若计算结果电流为负值,说明该电流的实际方向与电路图上标示的参考方向相反。
KCL定律的推广应用主要应把握广义结点的正确识别;KVL定律的推广应用则要在充分理解电位单值性原理的基础上,正确列写式中各段电压的正、负。
10. 电源之间的等效变换
理想电压源和理想电流源均属于无穷大功率源,它们之间是不能等效变换的的。实际电源的两种模型存在内阻,因此它们之间可以等效变换。
电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压。