1.一個(gè)思想
電路分析的任務(wù)是計(jì)算電路中各元件的端子電流和端子間的電壓,并不涉及元件內(nèi)部發(fā)生的物理過程。因而可以用理想電路元件代替實(shí)體電路元件,得到與實(shí)體電路相對應(yīng)的電路模型。怎樣利用電路模型進(jìn)行電路分析?摔鍋老師總結(jié)以8個(gè)字:“兩種電量、兩種約束”。電路分析是一個(gè)典型的數(shù)學(xué)建模案例。所謂“麻雀雖小,五臟俱全”。這個(gè)模型的要素和規(guī)則都已經(jīng)少得不能再少,卻能夠構(gòu)成嚴(yán)謹(jǐn)邏輯鏈條。以后,電路分析的所有問題都在這8個(gè)字囊括之中。
兩種電量,就是電流和電壓;兩種約束是指同種電量之間的約束和不同電量之間的約束。同種電量之間的關(guān)系,即電流與電流,或電壓與電壓之間的關(guān)系,是由電路的連接結(jié)構(gòu)所確定,而與電路元件的物理性質(zhì)無關(guān),所以稱之為幾何約束,這就是基爾霍夫定律。不同電量之間的關(guān)系,即電流與電壓之間的關(guān)系,是由電路元件的物理性質(zhì)所確定,所以稱之為物理約束。
2.本章知識(shí)點(diǎn)
利用上述8個(gè)字,可以對本章涉及的知識(shí)點(diǎn)加以梳理。
(1)參考方向:電流或電壓的實(shí)際方向可能是未知的,為了便于代數(shù)運(yùn)算,可以暫且假定,電量值的正負(fù)符號表示這個(gè)假定方向與實(shí)際方向一致與否。重點(diǎn)掌握參考方向的表示方法,特別要注意電壓參考方向的箭標(biāo)表示法。
(2)參考方向的關(guān)聯(lián)性:兩種電量的參考方向是否一致,就是參考方向的關(guān)聯(lián)性。如果一個(gè)元件上的電流和電壓的參考方向都用箭標(biāo)表示,這個(gè)關(guān)聯(lián)性就很容易看得出來。但在實(shí)際分析中,電壓的參考方向常常用正負(fù)極性表示,所以摔鍋總結(jié)以這句口訣:“當(dāng)電流從元件的高電位一端穿過元件達(dá)到元件的低電位一端,則參考方向是關(guān)聯(lián)的”。要注意關(guān)聯(lián)性問題的實(shí)質(zhì):不同電量之間的關(guān)系是由電路元件確定的,所以討論關(guān)聯(lián)性必須針對電路元件,然后關(guān)聯(lián)性又將確定這個(gè)電路元件公式的正負(fù)符號。
(3)電功率:1)功率的正負(fù)值及功率計(jì)算公式的符號。在電路分析中,符號P 特指電場力做功的功率。簡單舉例說明:如果有運(yùn)算式 P =-u*i=-(-3V)(-2A)=-6w,式中的負(fù)號分別是何含意? 答:-3V, -2A表示電量的參考方向與實(shí)際方向相反; -u*i表示u,i非關(guān)聯(lián); -6w表示元件的功率為負(fù)值,即元件實(shí)際是發(fā)出功率。2)利用功率守恒簡化計(jì)算。
(4)理想電路元件:討論電路元件的實(shí)質(zhì)是討論電量的約束關(guān)系,因此經(jīng)常用伏安特性描述元件特性。舉例說明:1)對于理想電源,其在電路分析中的地位并不是字面意思可理解出來的電能之源,而是對一個(gè)電量的確定性,注意認(rèn)真琢磨理想電源的定義。2)無源元件在電路分析中的實(shí)質(zhì)是確定兩種電量之間的約束關(guān)系,教材用第5節(jié)專門講電阻和歐姆定理有什么意義?這是因?yàn)殡娮柙侨N無源元件中簡單的約束形式(代數(shù)關(guān)系)。在電路(二)中將利用變換,將電感和電容的約束關(guān)系簡化為代數(shù)關(guān)系,稱為歐姆定理的推廣。
(5)受控電源:在分析時(shí),暫視作獨(dú)立電源列入關(guān)系式,然后根據(jù)控制量關(guān)系再多列出一個(gè)關(guān)系式。
(6)基爾霍夫定律:同種電量之間的約束,由電路的幾何結(jié)構(gòu)所確定。在應(yīng)用中,注意 KCL“廣義結(jié)點(diǎn)”的情形。
思考題:試討論下圖中電流源的功率如何?