2.1基本变量
2.2基尔霍夫定律
2.3电阻元
2.4电阻器
2.5独立电源
2.6受控电源(受控源);1.电流及其参考方向
电子和质子都是带电的粒子,电子带负电荷,质子带正电荷。所带电荷的多少称为电荷量,用q表示。在国际单位制(SI)中,电荷量的单位是库仑(符号是C,6.24×1018个电子所具有的电荷量等于1库仑)。带电粒子的定向运动形成电流。为了表征和描述电流的大小,我们把单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流,用符号i(t)表示,即
(2-1);电流是一个有方向的物理量。习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的方向,也称为电流的真实方向。
如果电流的大小和方向都不随时间改变,这种电流称为恒定电流,简称直流,一般用大写字母I表示,但通常为了方便起见,也用小写字母i表示。在这种情况下,通过导体横截面的电荷量与时间成正比,即
(2-2)
在国际单位制中,电流的单位为安培(简称“安”,符号为A,1安=1库/秒,即1A=1C/s)。在通信和计算机技术中常用毫安(mA)、微安(μA)作为电流单位。它们的关系是
1mA=10-3A,1μA=10-6A;在电路分析中,电流的大小和方向是描述电流变量不可缺少的两个方面。但是对于一个给定的电路,要直接给出某一电路元件中电流的真实方向是十分困难的。如在交流电路中,电流的真实方向经常会改变,即使在直流电路中,要指出复杂电路中某一电路元件电流的真实方向也不是一件容易的事。在进行电路分析时,为了编写电路方程的需要,我们常常需要预先假设一个电流方向,这个预先假设的电流方向称为参考方向。如图2-1所示,箭头所表示的方向即电流i的参考方向。电流的参考方向可以任意选定,但一经选定,就不再改变。经过计算若求得i0,则表示真实方向与参考方向一致;i0则表示真实方向与参考方向相反。;;2.电压及其参考方向
电荷在电路中流动,就必然和电路元件进行能量交换,电荷在电路的某些部件(如电源)处获得能量,而在某些部件(如电阻元件)处失去能量。为描述和表征电荷与元件间交换能量的规模、大小,引入了“电压”这一物理量。
单位电荷由a点移动到b点,失去或得到的能量(电场力所作的功)称为a、b两点间的电位差,或a、b间的电压,即
(2-3)
;电压也是一个有方向的物理量。我们规定:当dq正电荷由a点移动到b点,若失去dw的能量(电场力作正功),则a高b低,即a端为正、b端为负,如图2-2(a)所示;反之,当dq正电荷由a点移动到b点,若得到dw的能量(电场力作负功),则a低b高,即a端为负,b端为正,如图2-2(b)所示。;;如果电压的大小和方向都不随时间改变,则这种电压称为恒定电压或直流电压,一般用大写字母U表示,同样为了方便起见,也用小写字母u表示。在这种情况下,电场力所作的功(交换的能量)与电荷量成正比,即
常数(2-4);在国际单位制中,电压的单位为伏特(简称“伏”,符号为V,1伏=1焦耳/库,即1V=1J/C)。
同电流一样,为编写电路方程的需要,引入参考方向——预先假设的电压方向(也称参考极性)。电压参考方向的表示可以在电路图两端分别标上“+”、“-”极,如图2-3所示。也可用字母的下标表示,如uab表示电压的参考方向是a为“+”、b为“-”。;;在求解电路时,对一个二端元件而言,既要标注电流的参考方向,又要标注电压的参考方向,常常显得较为烦琐。为方便起见,我们常常采用关联参考方向,如图2-4所示,即沿着电流的参考方向就是电压从正到负的参考方向。本书若无特别说明,均采用关联参考方向。这样在电路上就只需要标出电流的参考方向或电压的参考极性,如图2-5所示。;;;与关联参考方向相反的称为非关联参考方向,如图2-6所示。;3.功率
电路的基本功能之一是实现能量传输。为了描述和表征电荷和元件交换能量的快慢(速率),引入功率这个物理量。
单位时间内电荷得到或失去的能量称为功率,用p表示,即
(2-5)
由式(2-1)和式(2-3)得
(2-6)
对图2-7所示的二端元件,电压、电流为关联参考方向,可用式(2-6)计算元件吸收的功率。;;若二端元件的电压、电流采用图2-6的非关联参考方向,功率的计算公式应改写为
p(t)=-u(t)·i(t)(2-7