电路与电工技术基础

1 电路的基本概念

1.1 电路及电路模型

电流流过的回路叫做电路，又称导电回路。最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。电路导通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通叫做短路，这种情况是决不允许的。另有一种短路是指某个元件的两端直接接通，此时电流从直接接通处流经而不会经过该元件，这种情况叫做该元件短路。开路（或断路）是允许的，而第一种短路决不允许，因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏。

电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。

电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连接而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连接就构成不同特性的电路。

电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。

这种抽象的电路模型中的元件均为理想元件。

1.2 电路的基本物理量

1.3 电阻元件

1.4 电容元件

1.5 电感元件

1.6 电压源与电流源

电压源，即理想电压源，是从实际电源抽象出来的一种模型，在其两端总能保持一定的电压而不论流过的电流为多少。电压源具有两个基本的性质：第一，它的端电压定值U或是一定的时间函数U(t)与流过的电流无关。第二，电压源自身电压是确定的，而流过它的电流是任意的。

由于电源内阻等多方面的原因，理想电压源在真实世界是不存在的，但这样一个模型对于电路分析是十分有价值的。实际上，如果一个电压源在电流变化时，电压的波动不明显，我们通常就假定它是一个理想电压源。

电压源就是给定的电压，随着你的负载电阻增大，电流减小，理想状态下电压不变，但实际上电压会在传送路径上消耗，你的负载增大，路径上消耗减少。

电压源的内阻相对负载阻抗很小，负载阻抗波动不会改变电压高低。在电压源回路中串联电阻才有意义，并联在电压源的电阻因为它不能改变负载的电流，也不能改变负载上的电压，这个电阻在原理图上是多余的，应删去。负载阻抗只有串联在电压源回路中才有意义，与内阻是分压关系。

电压源是一个理想元件,因为它能为外电路提供一定的能量,所以又叫有源元件。

在功率允许的范围内，相同频率的电压源串时可等效为一个同一频率的电压源

理想电压源的端电压与它的电流无关.其电压总保持为某一常数或为某一给定的时间函数。

如直流理想电压源,其端电压就是一常数;交流理想电压源,就是一按正弦规律变化的交流电压源,其函数可表示为us=U(in)Sinat。

电流源给定的电流，此线路通电流为定值，与你的负载阻值没有关系。

电流源的内阻相对负载阻抗很大，负载阻抗波动不会改变电流大小。在电流源回路中串联电阻无意义，因为它不会改变负载的电流，也不会改变负载上的电压。在原理图上这类电阻应简化掉。负载阻抗只有并联在电流源上才有意义，与内阻是分流关系。

由于内阻等多方面的原因，理想电流源在真实世界是不存在的，但这样一个模型对于电路分析是十分有价值的。实际上，如果一个电流源在电压变化时，电流的波动不明显，我们通常就假定它是一个理想电流源。

1.7 基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是德国物理学家基尔霍夫提出的。基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一。它概括了电路中电流和电压分别遵循的基本规律。它包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。基尔霍夫定律Kirchhoff laws是电路中电压和电流所遵循的基本规律，是分析和计算较为复杂电路的基础，1845年由德国物理学家G.R.基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流电路的分析，也可以用于交流电路的分析，还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。运用基尔霍夫定律进行电路分析时，仅与电路的连接方式有关，而与构成该电路的元器件具有什么样的性质无关。基尔霍夫定律包括电流定律（KCL)和电压定律(KVL)，前者应用于电路中的节点而后者应用于电路中的回路

小结

习题

2 电路的基本连接

2.1 电路的串联、并联及混联

2.2 电阻的Y-△等效变换

2.3 电压源、电流源的连接

小结

习题

3 线性网络的一般分析及定理

3.1 支路法

3.2 回路电流法

3.3 节点电压法

3.4 叠加定理

3.5 替代定理

3.6 戴维南定理

戴维南定理（又译为戴维宁定理）又称等效电压源定律，是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。其内容是：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。

对于含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络（二端网络），都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络（二端网络）来等效，这个电压源的电压，就是此单口网络（二端网络）的开路电压，这个串联电阻就是从此单口网络（二端网络）两端看进去，当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。

uoc 称为开路电压。Ro称为戴维南等效电阻。在电子电路中，当单口网络视为电源时，常称此电阻为输出电阻，常用Ro表示；当单口网络视为负载时，则称之为输入电阻，并常用Ri表示。电压源uoc和电阻Ro的串联单口网络，常称为戴维南等效电路。

当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时，其端口电压电流关系方程可表为：U=R0i uoc

3.7 诺顿定理

3.8 对偶性

小结

习题

4 正弦交流电路

4.1 正弦交流电路的基本概念

4.2 复数

4.3 正弦量的相量表示

4.4 电阻、电感和电容元件上电压与电流的相量关系

4.5 基尔霍夫定律的相量形式

4.6 正弦交流电路的相量分析

4.7 用相量法分析复杂交流电路

4.8 正弦交流电路中的功率及功率因数的提高

4.9 正弦交流电路负载获得最大功率的条件

小结

习题

5 三相交电路

5.1 三相电源

5.2 对称三相电路

5.3 不对称三相电路

5.4 三相电路的功率

小结

习题

6 谐振

7 互感电路

8 非正弦周期电流电路

9 二端口网络

10 线性动态电路的时域分析

11 线性动态电路的复频域分析

12 非线性电阻电路

参考答案

“电路与电工技术基础”上册全书共分12章。第1-3章以直流电路为对象，介绍了电路的基本概念、基本连接方法及基本分析方法，第4-8章以相量法为基础介绍了交流电路（包括正弦交流电路、谐振电路、互感电路、三相电路及非正弦周期电流电路）的分析方法，第9章介绍了二端口网络的参数方程及基本连接方法，第10、11章介绍了线性动态电路的时域分析及复频域分析，第12章简单介绍了非线性电阻电路。

本书适用于电气类、机电类、计算机类专业的电路分析课程。

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