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电路分析涉及哪些物理量

发布时间:2023-02-12 12:14:37

1. 电路基本物理量

基本物理量有:
1、电流,电荷有规则的定向运动形成电流,电流强度是在电场的作用下单位时间内通过某一导体截面的电量;
2、电压,电场中任意两点的电位差,在数值上等于电场力把单位正电荷从某点移到另一点所做的功;
3、电位,电位在物理学中称为电势,是表示电场中某点的性质的物理量,表明正电荷位于该点时,所具有电位能的大小;
4、电动势,电动势表示电源的性质的物理量,电动势在数值上等于非电场力把单位正电荷从电源的低电位端经电源内部移到高电位端所做的功。
一、电路基本物理量和元件

电流:电荷的定向移动形成电流。

电压:从数学角度看,电压是电场强度沿两点之间连线对路径的线积分。由于静电场是保守场,故此积分与路径无关。从能量的角度来看,电压是把单位正电荷从一点移动到另一点时电场力做的功。

功率:瞬时功率等于电压和电流的乘积, p(t)=u(t)\times i(t) 。当电压、电流为周期量时,瞬时功率可以分解为两部分:

p(t)=UIcos\varphi [1+cos2\omega t]-UIsin\varphi sin2\omega t

式中第一项在一个周期上的积分恒为非负值,表示负载消耗的功率,称为有功功率(平均功率), P=UIcos\varphi 。

第二项在一个周期上的积分为零,其瞬时值表示电源和储能元件交换能量的功率,将其最大值称为无功功率, Q=UIsin\varphi 。

可以用一个复数将有功功率和无功功率统一起来。定义复功率为 S^*=UI^*=P+\mathrm{j}Q 。

当 2\omega t=\frac{3\pi }{2} 时, p(t) 达到最大值 2UI(=\sqrt 2U\times \sqrt 2I) ,亦即电源需要提供给负载的最大功率瞬时值,用电压、电流的有效值表示,称为视在功率(容量), S=UI 。视在功率也是复功率的模。

功率因数: \lambda =\frac{P}{S} ,表示有功占容量的比例。

电阻:将电压与电流的比值定义为电阻。 R=\frac{U}{I}

在一定温度下,若R保持不变, 则称为线性电阻。

电阻元件是把电能转换成其他形式能的元件。

线性电阻电流与电压成正比的原因在于,根据经典的金属导电理论,导体中自由电子的漂移速度正比于导体中的电场,即

J=\gamma E

将上式积分,并定义 R=\frac{l}{\gamma S} ,从而得到

u=iR

电感:将电流产生的磁链与该电流的比值定义为电感。 L=\frac{\Psi }{i}

这样定义是因为在没有铁磁物质存在时,磁链与电流成正比。因此将比例系数定义为电感,反映了电流产生磁通和磁场能量的储存。

电容:设有两个带等量异号电荷的导体,将导体上电荷和两导体间的电压的比值定义为两导体间的电容。 C=\frac{q}{u}

电容反映了电荷产生电场和电场能量的储存。

相量:相量是一个复数,它的模是正弦量的有效值,它的辐角是正弦量的初相。(适用于正弦稳态)

阻抗:一个端口的端电压相量和电流相量的比值定义为该端口的阻抗, Z=\frac{\dot U}{\dot I} 。阻抗的代数形式为 Z=R+\mathrm{j}X ,其中R为电阻分量,X为电抗分量。

导纳:阻抗的倒数称为导纳。

二、电路定律及定理

基尔霍夫定律:

KCL:在集总电路中,对任意结点,流出结点电流的代数和为零。

KVL:在集总电路中,对任意回路,沿回路电压降落的代数和为零。

叠加定理:在线性电阻电路中,各处电压或电流等于各个电源单独作用时该处电压或电流的叠加。

齐性定理:在线性电路中,当所有激励同时变化K倍时,响应也同样变化K倍。

替代定理:若一端口电压(电流)为u(i),则可以用一个电压为u(电流为i)的电压源(电流源)等效替代该端口。

戴维宁定理:一端口可以用电压源和电阻的串联组合等效替代,电压源的电压等于端口的开路电压,电阻等于端口内全部独立电源置零后的的输入电阻。

诺顿定理:一端口可以用电流源和电阻的并联组合等效替代,电流源的电流等于端口的短路电流,电阻等于端口内全部独立电源置零后的的输入电阻。

特勒根定理:对于两个拓扑结构相同的电路,有 \sum_{k=1}^{n}{u_k i_k^*}=0 , \sum_{k=1}^{n}{u_k^* i_k}=0 (拟功率定理)

互易定理:对于只有一个激励的线性电路,激励和响应互换位置后,其比值保持不变。

最大功率传输定理:设电源的等效阻抗 Z_{eq}=R_{eq}+jX_{eq} ,则当 R=R_{eq},X=-X_{eq} 时,负载功率取得最大值。

三、电路分析计算中的概念及方法

回路电流法:取定参考方向,列l=b-n+1个KVL方程,求解各回路的电流。

注意:当电路中存在无伴电流源时,可将电流源两端电压设为变量列入方程。

结点电压法:取定参考结点,列n-1个KCL方程,求解各结点的电压。

注意:当电路中存在无伴电压源时,可将电压源电流设为变量列入方程。

虚短:理想运放的同相端和反相端的电压相等。

虚断:流入理想运放的同相端和反相端的电流为零。

换路定则:在动态电路中,换路前后电感的磁链和电流不发生突变,电容的电荷和电压不发生突变。

动态电路的响应:动态电路的全响应=零输入响应+零状态响应=自由分量+强制分量=稳态分量+瞬态分量

阶跃响应、冲激响应:激励为单位阶跃函数(冲激函数)的零状态响应。

时间常数:RL电路的时间常数为 \tau =\frac{L}{R} ,反映了过渡过程的进展速度。(RC电路同理)

一阶电路的三要素法:初始值、特解和时间常数称为一阶电路全响应的三要素。知道了这三个要素,就可根据公式直接写出一阶电路的全响应。

二阶电路的响应:分为过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情形。其判别式 \Delta =R-2\sqrt \frac{L}{C}

耦合因数:耦合电感的耦合因数 k=\frac{M}{\sqrt{ L_1L_2}}

理想变压器的理想化条件:无损耗、全耦合,L1/L2为定值

谐振:外施激励频率与电路固有频率相等的情况称为谐振。谐振时,电路阻抗为纯电阻,电抗电压为零( U_L,U_C 互为相反数),电压与电流同相,电路只消耗有功功率。

2. 电路基本物理量有哪些

电路中物理量:电荷量、电流、电压(电动势)、电阻、电场强度、磁场强度、磁感应强度、磁通量、电通量、介电常数、导磁系数、电功率、电能、磁能、电容

3. 电路的基本物理量是什么阿

电路:
电路由电源、负载、连接导线和辅助设备四大部分组成。
电路中涉及的基本物理量有电流、电阻、电压、电动势、电位和功率。

4. 电路中的主要物理量包括

电路中的主要物理量包括:电流,电压,电阻,电功,电功率

5. 电路的基本物理量

电路的基本物理量包括电流、电压、电位、电动势。电路的功能无论是能量的输送和分配,还是信号的传输和处理,都要通过电压、电流和电功率来实现。电荷的有规则的定向运动就形成了电流。长期以来,人们习惯规定以正电荷运动的方向作为电流的实际方向。
电场中任意两点的电位差就是在两点之间的电压,在数值上等于电场力把单位正电荷从某点移到另一点所做的功。

6. 电路中的基本物理量有哪些

电路中的基本物理量是三个,分别为电流I,电压U,电阻R。其他的电学量都是在这三个电学量的基础上通过乘除平方开方得到。如电功率为电压与电流的乘积。

7. 电路基本物理量

一、电路基本物理量和元件

电流:电荷的定向移动形成电流。

电压:从数学角度看,电压是电场强度沿两点之间连线对路径的线积分。由于静电场是保守场,故此积分与路径无关。从能量的角度来看,电压是把单位正电荷从一点移动到另一点时电场力做的功。

功率:瞬时功率等于电压和电流的乘积, p(t)=u(t)\times i(t) 。当电压、电流为周期量时,瞬时功率可以分解为两部分:

p(t)=UIcos\varphi [1+cos2\omega t]-UIsin\varphi sin2\omega t

式中第一项在一个周期上的积分恒为非负值,表示负载消耗的功率,称为有功功率(平均功率), P=UIcos\varphi 。

第二项在一个周期上的积分为零,其瞬时值表示电源和储能元件交换能量的功率,将其最大值称为无功功率, Q=UIsin\varphi 。

可以用一个复数将有功功率和无功功率统一起来。定义复功率为 S^*=UI^*=P+\mathrm{j}Q 。

当 2\omega t=\frac{3\pi }{2} 时, p(t) 达到最大值 2UI(=\sqrt 2U\times \sqrt 2I) ,亦即电源需要提供给负载的最大功率瞬时值,用电压、电流的有效值表示,称为视在功率(容量), S=UI 。视在功率也是复功率的模。

功率因数: \lambda =\frac{P}{S} ,表示有功占容量的比例。

电阻:将电压与电流的比值定义为电阻。 R=\frac{U}{I}

在一定温度下,若R保持不变, 则称为线性电阻。

电阻元件是把电能转换成其他形式能的元件。

线性电阻电流与电压成正比的原因在于,根据经典的金属导电理论,导体中自由电子的漂移速度正比于导体中的电场,即

J=\gamma E

将上式积分,并定义 R=\frac{l}{\gamma S} ,从而得到

u=iR

电感:将电流产生的磁链与该电流的比值定义为电感。 L=\frac{\Psi }{i}

这样定义是因为在没有铁磁物质存在时,磁链与电流成正比。因此将比例系数定义为电感,反映了电流产生磁通和磁场能量的储存。

电容:设有两个带等量异号电荷的导体,将导体上电荷和两导体间的电压的比值定义为两导体间的电容。 C=\frac{q}{u}

电容反映了电荷产生电场和电场能量的储存。

相量:相量是一个复数,它的模是正弦量的有效值,它的辐角是正弦量的初相。(适用于正弦稳态)

阻抗:一个端口的端电压相量和电流相量的比值定义为该端口的阻抗, Z=\frac{\dot U}{\dot I} 。阻抗的代数形式为 Z=R+\mathrm{j}X ,其中R为电阻分量,X为电抗分量。

导纳:阻抗的倒数称为导纳。

二、电路定律及定理

基尔霍夫定律:

KCL:在集总电路中,对任意结点,流出结点电流的代数和为零。

KVL:在集总电路中,对任意回路,沿回路电压降落的代数和为零。

叠加定理:在线性电阻电路中,各处电压或电流等于各个电源单独作用时该处电压或电流的叠加。

齐性定理:在线性电路中,当所有激励同时变化K倍时,响应也同样变化K倍。

替代定理:若一端口电压(电流)为u(i),则可以用一个电压为u(电流为i)的电压源(电流源)等效替代该端口。

戴维宁定理:一端口可以用电压源和电阻的串联组合等效替代,电压源的电压等于端口的开路电压,电阻等于端口内全部独立电源置零后的的输入电阻。

诺顿定理:一端口可以用电流源和电阻的并联组合等效替代,电流源的电流等于端口的短路电流,电阻等于端口内全部独立电源置零后的的输入电阻。

特勒根定理:对于两个拓扑结构相同的电路,有 \sum_{k=1}^{n}{u_k i_k^*}=0 , \sum_{k=1}^{n}{u_k^* i_k}=0 (拟功率定理)

互易定理:对于只有一个激励的线性电路,激励和响应互换位置后,其比值保持不变。

最大功率传输定理:设电源的等效阻抗 Z_{eq}=R_{eq}+jX_{eq} ,则当 R=R_{eq},X=-X_{eq} 时,负载功率取得最大值。

三、电路分析计算中的概念及方法

回路电流法:取定参考方向,列l=b-n+1个KVL方程,求解各回路的电流。

注意:当电路中存在无伴电流源时,可将电流源两端电压设为变量列入方程。

结点电压法:取定参考结点,列n-1个KCL方程,求解各结点的电压。

注意:当电路中存在无伴电压源时,可将电压源电流设为变量列入方程。

虚短:理想运放的同相端和反相端的电压相等。

虚断:流入理想运放的同相端和反相端的电流为零。

换路定则:在动态电路中,换路前后电感的磁链和电流不发生突变,电容的电荷和电压不发生突变。

动态电路的响应:动态电路的全响应=零输入响应+零状态响应=自由分量+强制分量=稳态分量+瞬态分量

阶跃响应、冲激响应:激励为单位阶跃函数(冲激函数)的零状态响应。

时间常数:RL电路的时间常数为 \tau =\frac{L}{R} ,反映了过渡过程的进展速度。(RC电路同理)

一阶电路的三要素法:初始值、特解和时间常数称为一阶电路全响应的三要素。知道了这三个要素,就可根据公式直接写出一阶电路的全响应。

二阶电路的响应:分为过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情形。其判别式 \Delta =R-2\sqrt \frac{L}{C}

耦合因数:耦合电感的耦合因数 k=\frac{M}{\sqrt{ L_1L_2}}

理想变压器的理想化条件:无损耗、全耦合,L1/L2为定值

谐振:外施激励频率与电路固有频率相等的情况称为谐振。谐振时,电路阻抗为纯电阻,电抗电压为零( U_L,U_C 互为相反数),电压与电流同相,电路只消耗有功功率。

8. 电路中基本物理量是哪些

电路的基本物理量: 电流、 电压、 电位、 电动势、 电能和电功率。

9. 电路常见的物理量有哪些

电路常见的物理量就是电学部分常见的物理量,比如电流,字母I,单位安培A,电压,字母U,单位伏特V,电阻,字母R,单位欧姆,欧米伽,电容,字母C,单位法拉F,电荷量Q,单位库伦c,有时侯,电容器和静电场结合,会出现电场强度E,磁场结合会出现磁感应强度B,电路和场结合,还会有带电粒子在电场磁场中的运动,包括磁流体发电机,产生电动势E,闭合电路欧姆定律,区分内阻和外阻,R和r

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