电路模型和电路定律——“电路分析”

各位CSDN的uu们你们好呀，今天小雅兰的内容是我这学期的专业课噢，首先就学习了电路模型和电路定律，包括电路和电路模型、电流和电压的参考方向、电功率和能量、电路元件、电阻元件、电压源和电流源、基尔霍夫定律。那么现在，就让我们进入电路分析的世界吧

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电路理论

重点

电路和电路模型

电流和电压的参考方向

电功率和能量

电路元件

电阻元件

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 电路理论

电路理论是当代电气工程、电子科学技术、信息与通信工程、控制科学与工程、计算机科学与技术的重要基础理论之一。电路理论与这些学科相互促进、相互影响。经历了一个多世纪的漫长道路以后，电路理论已经发展成为一门体系完整、逻辑严密、具有强大生命力的学科领域。

人类对电磁现象的认识始于对静电、静磁现象的观察。

1729年，英国人格雷将材料分为两类：导体和绝缘体。

美国科学家富兰克林在电的研究方面作了大量实验，并于1749年提出了正电和负电的概念。

1785——1789年，法国物理学家库仑定量地研究了两个带电体间的相互作用，得出了历史上最早的静电学定律——库仑定律。这是人类在电磁现象认识上的一次飞跃。

19世纪以前，电与磁的应用尚属风毛麟角。

1800年，意大利物理学家伏特发明了伏打电池，它能够把化学能不断地转变为电能，维持单一方向的持续电流。这一发明具有划时代的意义，它为人们深入研究电化学、电磁学以及它们的应用打下了物质基础。以后很快发现了电流的化学效应、热效应并利用电来照明。

1820年，丹麦物理学家奥斯特通过实验发现了电流的磁效应，在电与磁之间架起了一座桥梁，打开了近代电磁学的突破口。

1825年，法国科学家安培提出了著名的安培环路定律。他从1820年开始在测量电路的磁效应中，发现两个载流导线可以互相吸引，又可以相互排斥。这一发现成为研究力学的基本定律，为电动机的发明作了理论上的准备。

1826年，德国物理学家欧姆在多年实验基础上，提出了著名的欧姆定律：在恒定温度下，导线回路中的电流等于回路中的电动势与电阻之比。欧姆又将这一定律推广于任意一段导线上，并得出导线中的电流等于这一段导线上的电压与电阻之比。

1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。当他继续奥斯特的实验时，他坚信既然电能产生磁，那么磁也能产生电。他终于发现在磁场中运动的导体会产生感生电动势，并能在闭合导体回路中产生电流。这一发现成为发电机和变压器的基本原理，从而使机械能变为电能成为可能。

1832年，美国物理学家亨利提出了表征线圈中自感应作用的自感系数L。

1834年，俄国物理学家楞次提出感应电流方向的定律，即著名的楞次定律。

1838年，画家出身的美国人莫尔斯发明了电报。1844年，他用电报机从华盛顿向40英里外的巴尔的摩发出了电文。

电报的出现，增加了对电路分析和计算的需要。

1845年，德国科学家基尔霍夫在深入研究了欧姆的工作成果之后，提出了电路的两个基本定律——基尔霍夫电流定律（简称KCL）和基尔霍夫电压定律（简称KVL）。它是集总参数电路中电压、电流必然服从的规律。

1853年，英国物理学家汤姆逊采用电阻、电感和电容的电路模型，分析了莱顿瓶的放电过程，得出电振荡的频率。同年德国物理学家亥姆霍兹提出电路中的等效发电机定理。由于国际通信的增加，1850——1855年欧洲建成了英国、法国、意大利、土耳其之间的海底电报电缆。电报信号经过远距离的电缆传送，产生了信号的衰减、延迟、失真等现象。

1854年，汤姆逊发表了电缆传输理论，分析了这些现象。

1857年，基尔霍夫考虑到架空传输线与电缆不同，得出了包括自感系数在内的完整的传输线上电压及电流的方程式，称之为电报方程或基尔霍夫方程。至此，包括传输线在内的电路理论就基本建立起来了。

1866年，德国工程师西门子发现了电动机原理并用在了发电机的改进上。由于电在各方面的应用日益广泛，如照明、点解、电镀、电力拖动等，迫切需要更方便地获取电能，以提高效率、降低成本。1881年，直流高压输电实验成功。但由于直流高压不便于用户直接使用，同年在发明变压器的基础上又实现了远距离交流高压输电。从此，电气化时代开始了。

1873年，英国物理学家麦克斯韦总结了当时所发现的种种电磁现象的规律，将它表达为麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在，为电路理论奠定了坚实的基础。

1888年，德国物理学家赫兹经过艰苦的反复实验，证明麦克斯韦所预言的电磁波确实存在。

1876年，美国发明家贝尔发明了电话。贝尔当时仅是一个聋哑人学校的教师，但凭借对电流作用敏感的认识和不懈的努力，达到了通过导线互相通话的目的。经过不断改进，到1878年，他实现了从波士顿到纽约之间200英里的首次长途通话。

1879年，美国发明家爱迪生发明了碳丝灯泡。1912年，美国人库利奇发明了钨丝灯泡，成为最普及的照明用具。电灯的广泛使用，是电能应用的一次大普及，并改变了人们的生活。

1880年，英国人霍普金森提出了形式上与欧姆定律相似的计算磁路用的定律。19世纪末，交流电技术的迅速发展，促进交流电路理论的建立。1893年，德裔美国科学家施泰因梅茨提出分析交流电路的复数符号法（相量法），采用复数表示正弦形式的交流电，简化了交流电路的计算。瑞士数学家阿根德提出的矢量图，也成为分析交流电路的有力工具。这些理论和方法，为此后电路理论的发展奠定了基础。

1894年，意大利人马可尼和俄国物理学家波波夫分别发明了无线电。没有受过正规大学教育的20岁的马可尼利用赫兹的火花振荡器作为发射器，通过电键的开、闭产生断续的电磁波信号。1895年，他发射的信号传送距离为1Km以上；1897年，发射的信号可在20Km之外接收到，从此开始了无线电通信的时代。

电真空器件的发明将电子工程的发展推进了一大步。

英国科学家汤姆逊在1895——1897年间反复测试，证明了电子确实存在。随后，英国科学家弗莱明在爱迪生发明的热二极管的基础上发明了实用的真空二极管。它具有单向导电特性，能用来整流或检波。1907年，美国人福雷斯特发明了真空三极管，它对微弱电信号有放大作用。1914年，福雷斯特用真空三极管又构成了振荡电路，使无线电通信系统更加先进。

应用的需要导致了大规模发电及输配电的出现和发展。

在19世纪末还发生过一场“交、直流之争”。

以爱迪生为代表的一方主张应用直流电；另一方以特斯拉和威斯汀豪斯为代表，主张应用交流电。直到交流发电机、感应电动机、变压器等发明之后，充分显示了交流制的优点，交流制才得到广泛的应用。到20世纪30年代，电力传输线的电压已达到22×10^4V，供电范围达几百公里，形成比较复杂的电力网。

进入20世纪，1911年，英国工程师亥维赛提出阻抗的概念，还提出了求解电路暂态过程的运算法。1918年，福台克提出的对称分量法，简化了不对称三相电路的分析。这一方法至今仍为分析三相交流电机、电力系统不对称运行的常用方法。1920年，坎贝尔、瓦格纳研究了梯形结构的滤波电路。1924年，福斯特提出电感电容二端网络的电抗定理。此后便建立了由给定频率特性设计电路的网络综合理论。

在电子管被发明后，电子电路技术迅速发展。

1932年，瑞典人奈奎斯特提出了由反馈电路的开环传递函数的频率特性判断闭环系统稳定性的判据。1945年，美国人波特出版了《网络分析和反馈放大器》一书，总结了负反馈放大器的原理，由此形成了分析线性电路和控制系统的频域分析方法，并得到广泛的应用。

第二次世界大战中，雷达和近代控制技术的出现，对电路理论的发展起到了推动作用。

1947年12月24日，贝尔实验室的布拉顿、巴丁和肖克利发明了一种点接触晶体管。这是一种全新的半导体器件，它的体积小，电性能稳定，功耗低。这项发明自从1948年公布于世起，很快就应用于通信、电视、计算机等领域，电子技术进入了半导体时代。

1958年发明了集成电路，它将构成电子电路的电阻、电容、二极管、晶体管和导线都制造在一块几平方毫米的半导体芯片上，从而使体积大大缩小。现在集成电路已从含几十个晶体管的小规模集成电路发展到含上百万个晶体管的超大规模集成电路，从而电子技术进入了集成电路时代。

与此同时，电子计算机和各类微处理机也历经数代变迁，1947年应用的电子计算机ENIAC，含18000个电子管，30t，功耗50kW。目前，用集成电路制成的同样功能的电子计算机，重量不到300g，功耗仅1/2W。目前，计算机已广泛应用于生产、国防、科研、管理、教育和医疗卫生等领域。

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重点：

• 电压、电流的参考方向
• 电阻元件和电源元件的特性
• 基尔霍夫定律（KCL、KVL）

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 电路和电路模型

电能或电信号的发生器称为电源，用电设备称为负载。

由于电路中产生的电压、电流是在电源的作用下产生的，因此电源又称为激励源或激励；由激励在电路中产生的电压、电流称为响应。

把激励称为输入，响应称为输出。 

 

拓展：

频率与电感、电容的关系 

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电流和电压的参考方向

电流的参考方向

当电路中的电流、电压、电荷等变量随时间变化时，一般用小写字母i、u、q等表示，用大写字母I、U、Q时则表示对应的变量是恒定值。 

 

 

 电压的参考方向

 然后来看几个简单的题目：

高中知识就可以解决

  

 

 关联参考方向

 

 

 

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 电功率和能量

  

 电路吸收或发出功率的判断

 

 下面，来看一个例题：

 

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 电路元件

集总参数元件是指有关电、磁场物理现象都由元件来“集总”表征。在元件外部不存在任何电场与磁场。如果元件外部有电场，进、出端子的电流就有可能不同；如果元件外部有磁场，两个端子之间的电压就可能不是单值的。 

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电阻元件

电导的单位是西门子 

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好啦，小雅兰今天的内容就到这里啦，电路分析才刚刚开始，我就觉得好难啊，不过我还是会尽我最大的努力去学的，剩下的基尔霍夫定律我们下一篇博客会仔细讲讲