硬件基础与电路（第一章_生活广记

电路及的电路模型
电路定义：电路是指电流多通过的路径，也称回路或网路，是由电气设备和元器件按一定方式连接起来，以实现特定功能的电气装置。
电路的作用：
（1）电能的传输和转换。列如电力供电系统、照明设备、电动机等。主要利用电的能量，其电压、电流、功率相对较?。?德式细? ，也称为强电系统。
（2）信号的传递和处理。列如电话、扩音机电路用来传送和处理音频信号，万用表用来测试电压、其电压、电流和电阻，计算机的存储器用来存放数据和程序。主要用于处理电信号，其电压、电流、功能相对较小，频率较高，也称为弱电系统。
电气图及电路模型
定义：一个完整的电路是由电源（或信号源）、负载和中间环节（如开关、导线等）三个基本部分组成的。
（1）一个实际的电阻器在有电流流过的同时还会产生磁场，因而还兼有电感的性质。
（2）一个实际电源总有一点电阻，因而在使用时不可能总保持一定的电压。
（3）连接导体总有一点电阻，甚至还有电感。
用一个足以表征其主要性能的模型来表示。列如：
（1）灯泡的电感是极其微小的，把她看作一个理想的电阻元件是完全可以的。
（2）一个新的干电池，其内阻与灯泡的电阻相比可以忽略不计，把她看作一个电压恒定的理想电压源也是完全可以的。
（3）在连接导体很短的情况下，导体的电阻完全可以忽略不计，可看作理想导体。于是这个理想电阻元件就构成了灯泡的模型，理想电压源就构成了电池的模型，而理想导体则构成了连接导体的模型。
集总元件与集总假设
1.电路研究的理想化假设
假定电路中的电磁现象可以分别研究，用“集总参数元件”（简称集总元件）来构成模型，每一种集总元件均只表现一种基本现象，且可以用数字方法精确定义。
2.集总假设的适应条件
集总含义：元器件中的电场和磁场可以分隔，并分别加以表征和研究，即元器件中交织存在的电场和磁场之间不存在相互作用。但在实际上，若电场与磁场间存在相互作用时将产生电磁波，这样电路中的一部分能量将通过辐射而损失掉。
集总假设的使用是有条件的，只有在辐射能量可以忽略不计的情况下才能采用集总假设，即当实际电路元件或部件的外形尺寸远比通过它的电磁波信号的波长小得多，可以忽略不计时，方可采用集总假设。
这种元件和部件称为集总元件，是抽象的理想元件模型，由集总元件构成的电路模型，称为集总电路。
电路变量
电路的电性能可以用一组表示为时间函数的变量拉低描述，最常用到的是电流、电压和电功率。各电量单位都采用国际单位制。
电流：自然界中存在正、负两种电荷，在电源的作用下，电路中形成了电场，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生地定向移动，形成电流，习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的方向。
电流的大小称为电流强度（简称电流），是指单位时间内通过导体横截面的电荷量，即：
i（t）= dq/dt
式中，电荷q的单位为库仑（C）：时间t 的单位为秒（s）:电流i的单位为安培（A）。除A外，常用的单位有毫安（mA），微安（uA），它们之间的换算关系如下：
1A = 103mA
1mA = 103uA
如果电流的大小和方向不随时间变化，这种电流称为恒定电流，简称直流，一般用大写字母I表示。
如果电流的大小和方向都随时间变化，则称为交变电流，简称交流，一般用小写字母i表示。
电压
u(t)=dW/dq
式中，dq为由a点转移到b点的正电荷量，单位为库仑（C）；dW为转移过程中电场力对电荷dq所做的功，单位为焦耳（J）；电压u(t)的单位为伏特（V）。
如果正电荷由a点转移到b点，电场力做了正功，则a点为高电位，即正极，b点为低电位，即负极；正电荷由a点转移到b点，电场做了负功，则a点为低电位，即负极，b点为高电位，即正极。
如果正电荷量及电路极性都随时间变化，则称为交变电压或交流电压，一般用小写字母u表示；若电压大小和方向都不变，称为直流（恒定）电压，一般用大写字母U表示。
参考方向
参考方向可以任意选定，在电路图中，电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向（也称参考极性）则在元件或电路的两端用“+”、“-”符号来表示，“+”号表示高电位端，“-”号表示低电位端；有时也用双下标表示，如uAB表示电压参考方向由A指向B 。
如果电流或电压的实际方向（虚线箭头）与参考方向（实线箭头或“+”、“-”）一致，则用正值表示；如果两者相反，则为负值。
、在分析电路时，应先设定好合适的参考方向，在分析与计算的过程中不再任意改变，最后由计算结果的正、负值来确定电流和电压的实际方向。
如果指定电流过某元件（或电路）的电流参考方向是从标以电压的正极性的一端指向负极性的一端，即两者的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向；当两者不一致时，称为非关联参考方向。
在分析计算电路时，对无源元件常取关联参考方向，对有源元件则常取非关联参考方向。
电功率
电功率表示电路或元件中消耗电能快慢的物理量，定义为电流在单位时间内所做的功，即
p(t)=dW/dt
当时间t的单位为秒（s），功W的单位为焦耳（J）时，功率p的单位为瓦特（W）。设定电流和电压为关联参考方向时，由式（1-2），有dW=u(t)dq,再结合式（1-1），有
、p（t）= dW/dt=u(t)dq/dt=u(t)i(t)
此时把能量传输（流动）的方向称为功率的方向，若p(t)>0,表示此电路（或元件）吸收能量，此时的p(t)称为吸收功率；若p(t)<0,此电路（或元件）吸收能量，此时的p(t)称为发出功率。?
对于p(t)=u(t)i(t),当设定电流和电压为非关联参考方向时，若p(t)>0，表示此电路（或元件）发出能量，此时的p(t)称为发出功率；若p(t)<0,此电路（或元件）吸收能量，此时的p(t)称为吸收功率。
根据能量守恒定律，对于一个完整的电路来说，在任一时刻各件吸收的电功率的总和应等于发出电功率的总和，或电功率的总和代数为零。
电能的单位是焦耳（J），在电力系统中，电能的单位通常用千瓦时（kw.h）来表示，也称为度（电），它们之间的换算关系为
?1度（电）=1kW.h=3.6*106 J
注意：实际的电气设备都有额定的电压、电流和功率限制，使用时不要超过规定的额定值，否则易使设备损坏。超过额定功率称为超载，低于额定功率称为欠载。
电路元件
实际的元件是用理想化的电路元件的组合来表示的。理想的电路元件有二端元件和多端元件之分，又有有源、无源的区别。本书所涉及的无源理想二端元件有电阻、电容和电感，无源理想多端元件有晶体管、运算放大器、变压器等；有源元件有理想电压源和理想电流源。
每一个理想电路元件的电压u或电流i ，或者电压与电流之间的关系都有着确定的规定，例如电阻元件上的电压与电流关系为u = f（i）。这种规定充分地表征了此电路元件的特性，称为元件的约束。
电阻元件
电阻元件是从实际物体中抽象出来的理想模型，表示物体对电流的阻碍和将电能转化为热能的作用，如模拟灯泡、电热炉等电器。
电容元件
电容元件是一种表征电路元件储存电荷特性的理想元件，简称电容。
电感元件
电感元件的原始模型为绝缘导线（如漆包线、纱包线等）绕制而成的圆柱线圈。当线圈中通以电流i时，在线圈中就会产生磁通量，并储存能量。线圈中变化的电流和磁场可使线圈自身产生感应电压。磁通量与线圈的匝数的乘积称为磁通链，磁通链的单位是韦伯（wb）。
表征电感元件（简称电感）产生磁通、存储磁场能力的参数称为电感，用L表示。它在数值上等于单位电流产生的磁通链。即
L =?Ψ/i
电感L也称自感系数，基本单位是亨利（H）。1H = 1Wb/A,常用的单位还有豪亨（mH）和微亨（μH），它们之间的换算关系如下：
?1H = 103mH? 1mH = 103μH
独立电压源
电源是一种把其他形式的能转换成电能的装置。
独立源是从实际电源中抽象出来的一种电路模型，分为独立电源（也称为理想电压源，简称电压源）和独立电流源（也称为理想电流源，简称电流源）。电压源的电压或电流源的电流一定，不受外电路的控制而独立存在。
独立电流源
独立电流源也是一种电路模型。
电流源是一种能产生电流的装置。例如光电池在一定条件下，在一定照度的光线照射时被激发产生一定值的电流，该电流与照度成正比，该光电池可视为电流源。?
受控源
受控源有称非独立源，也是一种理想电路元件，具有与独立源完全不同的特点。以受控制电压源为例，它的电压是受同一电路中其他支路的电压或电流控制的。
受控源原本是从电子器件中抽象而来的。
受控源分为四种形式：电压控制电压源、电流控制电流源、电压控制电流源和电流控制电流源。
基尔霍夫定律
电路的基本规律包含两方面的内容。一是将电路作为一个整体来看，二是电路的各个组成部分（电路元件）。
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
1.支路
电路中只通过同一电流的每个分支称为支路，由一个或多个二端元件串联组成。流经支路的电流称为支路电流。
2.节点
三条或三条以上支路的连接点称为节点。
3.回路
电路中的任一闭合路径称为回路。
4.网孔
在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。
KCL
电荷守恒和电流连续性原理指出，在电路中任一点上，任何时刻都不会产生电荷的堆积和减少现象，由此可得基尔霍夫电流定律（KCL）。
对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进该节点的所有支路电流和等于流出该节点的所有支路电流的和。
关于基尔霍夫电流定律的说明如下：
.KCL定律适用于集总电路，表征电路中各个支路电流的约束关系，与元件特性无关。
.使用KCL定律时，必须先设定各支路电流的参考方向，再依据参考方向列写方程。
.可将KCL推广到电路中的任一闭合面或闭合曲线。
KVL
由于电路中任意一点的瞬时电位具有单值性，若沿着任一路径，回到原来的出发点时，该点的电位是不会变化的，因此可得基尔霍夫电压定律。
对于任一集总电路，在任一时刻，沿任一回路循环一周，该回路所有支路电压降的和等于所有支路电压升的和。
关于基尔霍夫电压定律（KVL）的说明如下：
.KVL定律适用于集总电路，表征电路中各个支路电压的约束关系，与元件特性无关。
使用KVL定律时，必须先设定各支路电压的参考方向，再依据参考方向和选定的绕行方向列写方程。
由KVL定律时，任何两点间的电压与这两点间所经路径无关。
在电路分析中，当电路中有多个未知的支路电压和电流时，常要运用KVL ， KCL定律列写多个方程，组成线性方程组求解。
电路电位的计算
电位也称为电势，是表示电场中某点所具有能量的物理量，用符号V表示。
什么是电位
在电路中，电位指某点到参考点间的电压，通常设参考点的电位为零，用图符“|”表示。
在不接地的电子设备中，常把多个元器件汇聚的公共点设为零电位，也称之为地。
【硬件基础与电路（第一章】
计算电位的基本方法可归纳为如下几点。
（1）选定电路中某一点味参考点，设其电位为零。
（2）标出个电流参考方向及个元件两端电压的参考正、负极性。
（3）计算各点至参考点间的电压，即得到的各点的电位。
电路的简化
为了方便绘制电路图及简化计算过程，借助电位的概念，常采用简化电路图。
回路电压定律：任一集总电路中的任一回路,在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和等于0 。
节点电流定律：任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流出和流进，该节点的所有支路电流的代数和等于0 。
欧姆定律：流过任一固定电阻的电流，与加在这电阻两端的电压成正比,与该电阻的阻值成反比。