P1 第一章 电路模型与电路定律

news2024/9/23 11:28:04

1、什么是电路模型?

实际电路与电路模型间的关系?建立在相同的电路理论基础之上。
实际电路定义:由电工设备和电气器件,按照预期目的连接构成的,电流的通路。
实际电路的功能:能量方面,可以传输、分配、转换能量;信息方面可以传递、控制、处理信息。
电路的模型:为了分析能量和信息的方便,把实际的电路,按照电的属性,抽象提炼出理论模型,
然后研究模型可以得到电路结论,这些结论与实际电路具体怎么样关系不大,与实际电路在笼统的能量方面和笼统的信息方面关系可能大。
生活中的实际电路:
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两幅电路图:
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画右边的模型就可以分析实际电路能量和信息,不用画左边的实际电路图。

2、模型抽象如何得到和模型抽象的精度问题?

如果实际电路和电路模型,他们的关系·不能很好近似或等价,那么分析电路模型所得到的结论就没有对实际电路的说服意义。

理想电路元件:有某种确定的电磁性能的理想元件。
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。电磁性质即电性质和磁性质,电伴随磁,磁便随电,两者不分开。

例如:将实际的元件——电池,分解成理想的即只有电阻特性的电阻Rs,和理想的即没有电阻的电源Us。

理想原件是电路模型中的最小单元,任何实际元件的实际特性,无非分解成理想原件的组合。
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3、激励和响应

我们习惯将输入或者说电源负载交激励,输出或者说负载的动作叫响应。

4、常见的理想原件

存储和转移能量的元件:
1)电感元件:产生磁场,存储磁场能量的元件。
2)电容元件:产生电场。存储电场能量的元件。
耗能元件:
3)电阻元件:消耗电能的元件。
能量源头:
4)电压源:可以将其他形式的能量转变成电能的元件。
5)电流源:可以将其他形式的能量转变成电能的元件。
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5、实际电路部件如何用电路模型表示?

①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件,在一定条件下可用同一电路模型表示;
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②同一实际电路部件在不同的应用条件下,其电路模型可以有不同的形式。
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1)在直流时,电感线圈只存在导线内的电流引起的能量损耗,我们认为它相当于理想元件——电阻。
2)在交流时,电感线圈存在导线内的电流引起的能量损耗,还存在磁场能的储存和释放。只考虑磁场能的储存和释放我们认为它相当于理想元件——电感。都考虑则我们认为它相当于理想元件组合——电阻和电感。
3)当交流频率很高时,还要考虑电容效应,都考虑则我们认为它相当于理想元件组合——电阻、电感、电容。

总结:实际电路的等效成什么理想元件,要看具体应用条件,抽象的过于复杂不便于分析,过于简单无法反映真实状态。

6、电路中的哲学

哲学里面——对就是错,错就是对。
正常我们说不是直流的电流是交流。
用哲学去钻牛角尖——直流是交流,交流是直流。
果然可以说——直流是频率为0的交流,频率为0的交流是直流。
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7、初高中除法变成求导,乘法变成积分

7.1电流和电压的参考方向

1)电流的参考方向
电流定义:带电粒子有规则的定向运动。
电流强度定义:单位时间内通过导体横截面的电荷量。

高中除法,大学求导。
高中的Q(电荷量大小)和t(时间经过长短)是恒定量,dq(变化了多少电荷量)和dt(时间相隔长短)是变化量
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电流单位规定:A安培
电流方向规定:规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,元件或导线中的电流流动的实际方向只有两种可能:一种是从A端到B端,另一种是从B端到A端。

问题?
对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时,电流的实际方向往往很难事先判断。
此时就只能从实际方向的两种可能中,人为任意假定一个正电荷运动的方向,以此方向作为电流的参考方向。
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2)电压的参考方向
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结论:电路中电位参考点可任意选择;参考点一经选定,电路中各点的电位值就唯一确定;当选择不同的电位参考点时,电路中各点电位值将改变,但任意两点间电压(电位差)保持不变。

电压的正负代表实际方向与参考方向是否相同。
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8、电功率和能量

1)电功率定义:单位时间电场力所做的功。
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2)电路吸收或发出功率的判断
关联参考方向,功率P大于零,实际吸收,功率P小于零,实际发出。
非关联参考方向,功率P大于零,实际发出,功率P小于零,实际吸收。
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3)对一完整的电路,满足:发出的功率=吸收的功率
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9、电路元件

1)电路元件
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2)集总参数电路
集总参数电路,字面上看,总体上看,集合起来了的电路。
这里提一下后续会学的分布式参数电路,这是个难点。
集总参数电路的定义:由集总元件构成的电路。
集总元件定义:假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。

集总条件:电路尺寸d<<电磁过程辐射的电磁波长λ,我们认为电信息的转移速度是光速,d/c<<λ/c,即电经过电路尺寸的时间<<电磁过程的周期,这就使得下面第三幅图的m,n这样的内部点的物理量参数值极其集中(可能在小数点十几位后才不同)
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集总参数电路要注意以下几点:
a)电流从A流入,到从B流出所经过的时间,视为零。
b)电压A与B间的电压有确定值,但是不考虑像m,n这样的内部点的电位值。
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10、电阻元器件

1)电阻元件定义:对电流呈现阻力的元件。阻力大小在不同电压和电流下不同。
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2)线性时不变电阻元件定义:任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。
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u~i关系,满足欧姆定律,注意下图是关联参考方向,若非关联参考方向等号右边要加上负号。
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G是电导,字面意思是有益电信号通过,R是电阻,字面意思是阻碍电信号通过。
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好好看看短路与开路
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