电路的基本概念和基本定律知识点总结

电路的基本概念和基本定律的知识点总结

1.1 电路和电路模型

1.1.1 电路

按照电路的功能可以分为两大类：

分类	功能	典型例子
电能传输和转换电路	传输、变换、控制电能	输电线路、电源整流滤波稳压、逆变电路、电机驱动
信号传递和处理电路	传递、放大、调制、处理信号	放大电路、振荡电路、调制解调电路、数字逻辑电路

电路中的基本称呼：

名称	定义	备注
电源	电路中提供能量的部分	可以是直流电源、交流电源、理想电压源/电流源
负载	电路中消耗或利用电能的部分	电阻、电感、电容、用电器等
信号源	输出电信号的电路或器件	可以是传感器、信号发生器、调制电路

电路的三要素：

• 电源：电路中提供电能的部分
• 负载：电路中消耗或利用电能的部分
• 中间环节：电源与负载之间的连接部分，保证电能传输和信号传递的通路，包括导线、开关、互连器件

1.1.2 电路模型

由于在分析电路时，组成电路的实际器件，其电磁性能的表现往往时多方面交织在一起的，不利于我们使用数学的方法分析电路。因此将电路组成理想化定义：

• 理想元件：每一种电路元件只体现一种基本电磁现象，具有精确和简单的数学定义
• 元件模型：用理想元件以及它们的组成表示实际器件

如果用元件模型表示一个实际器件，那么总是在一定的假设条件下，即器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长，这就是集总假设。因此理想元件也称为集总参数元件。工程上常用**小于10%**作为远小于的标准。（课本表述）

但是，元件如果不满足集总条件只能使用分布参数描述。

分类	特点	适用范围
集总参数电路	元件参数集中，电压电流可视为同时变化	( l \ll \lambda )，低频电路、PCB
分布参数电路	参数分布在空间上，需要考虑传输延时、电磁波	高频电路、长传输线、天线、微波器件

集总条件书上只提到了一个，尺寸远小于信号波长（( l \ll \lambda )），实际上是有三个条件：

1. 尺寸远小于信号波长：( l \ll \lambda )
2. 传输时间可忽略
3. 电磁辐射可忽略

工程上通常只判断第一个条件，即 $l<0.1\lambda$ 即可认为满足集总条件。

对于由理想元件构成的电路图，就称之为实际电路的电路模型。

补充：集总条件的判断（例题）

5G 信号的频率范围在 3 GHz 以上。若某 5G 发射电路的尺寸约为 5 cm，请判断该电路是否可以用集总参数模型描述，并说明理由。

解题思路：

$$\begin{array}{rl}\text{波长公式：}\lambda & =\frac{c}{f}\\ \text{频率：}f& =3\text{GHz}\\ \text{传播速度（光速）：}c& =3\times {10}^8(\text{m/s})\\ \lambda & =\frac{3\times {10}^8}{3\times {10}^9}=0.1\text{m}=10\text{cm}\\ d& =5\times {10}^{-2}\text{m}\\ \frac{d}{\lambda }& =\frac{5}{10}=50\mathrm{\%}\end{array}$$

结论：
由于 ( \frac{d}{\lambda} = 50% > 10% )，不满足集总条件，因此应使用分布参数模型分析 5G 发射电路。

1.2 电路中的基本物理量

1.2.1 电流

电流是带电粒子有规律运动形成电流。电流的大小定义为单位时间内通过导体横截面的电荷量，符号$$i$$表示电流，其表达式为：

$$i=\frac{dq}{dt}$$

如果电流不随时间变化，则表达式为

$$I=\frac{Q}{t}$$

平均电流公式为：

$$I_{avg}=\frac{\mathrm{\Delta }Q}{\mathrm{\Delta }t}$$

电流的单位是安[培]（A）,习惯上将正电荷移动的方向规定为电流方向，注意：电流方向是客观存在的

1.2.1.1 电流方向的分析

在简单电路中，我们可以很简单的看出电流方向，但如果在复杂电路中，我们就很难看出电流方向了。因此在分析的时候，我们可以假定某一方向为电流正方向，即参考方向，并在电路图中用箭头标出。