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[嵌入式]电路概述(一)



一、电路概述

电路有什么作用?

  1. 电能量的产生、传输和使用(强电)
  2. 电信号的产生、传递和处理(弱电)

《电路》讲什么?

《电路》是一门介绍电路理论基本知识的课程
电路理论是研究电路中发生的电磁现象,并用电流、电压、电量、磁通等物理量描述其中的过程。

二、电路模型

实际电路:为完成预期目的而由电路部件和电路器件相互连接而成的电流通路装置。
电源:电能和电信号的发生器
负载:用电设备
激励:一般称电源为激励
响应:由激励在电路中产生的电压、电流
电路模型指的是实际电路电路模型,是由理想电路元件相互连接成的一个系统
理想元件是具有确定电磁性质并用精确数学定义表示的。
各理想元件的端子是用“理想导线”连接起来的。
理想元件分为二端、三端、四端元件等。
在这里插入图片描述
建模:全称建立理想电路元件模型,用理想电路元件或者其组合模拟实际器件。
建模必须考虑电路工作条件,不同条件有不同的选择模型,模型取得恰当对电路分析结果与实际电路接近,相反会有误差甚至导致错误结果
在这里插入图片描述
具有相同电磁性能的实际电路部件,可用同一电路模型表示
好像每本书,每个视频都说了这句话“本书(本课程)电路均指由理想电路元件构成的电路模型”
理想电路元件被称为电路元件

三、电流、电压、电功率和能量

在这里插入图片描述
用水压比喻电压,一杯水里的水不同,水压不同,相对来说,一个电路模型中电不同,电压不同。
电流定义
顾名思义:电流指的是电荷的流动
学术定义:单位时间内流过的电荷量
由于电流的流动不是均匀的,所以右边为更确切的定义
在这里插入图片描述
电压定义:
顾名思义:电压指的是电荷的压力
学术定义:单位点电荷从一点移动到另外一点所做的功
由于做功不是均匀的,右边为它的通用定义
在这里插入图片描述
**功率定义:**单位时间内做的功
在这里插入图片描述
根据上面的电流、电压和功率三个公式可以推出:
在这里插入图片描述
能量:
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四、电流、电压的参考方向

规定正电荷的运动方向为电流的实际方向
电流实际方向很难判断
对于一个元件,要指定电流参考方向:
任意假定一个正电荷运动的方向电流的参考方向
在这里插入图片描述

电流参考方向实际方向的关系:

在这里插入图片描述
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指定参考方向后,根据电流的正负就可以判断电流的实际方向
规定参考方向以后,才能写出电流的函数式

电流参考方向的两种表达方式:

1. 用箭头表示
在这里插入图片描述

2. 用双下标表示,iAB表示电流参考方向是由A到B的
在这里插入图片描述

电压参考方向

规定电压的实际方向高电位指向低电位。亦即电位降低的方向。
复杂电路电压随时间变化时,两点间电压的实际方向难以判断,需要指定电压的参考方向或参考极性。
正极性(+)表示高电位
负极性(-)表示低电位
正极指向负极的方向就是电压的参考方向
在这里插入图片描述
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电压参考方向的三种表达方式:

1. 用箭头表示
在这里插入图片描述

2. 用正负极性表示(常用)
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3. 用双下标表示
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关联参考方向

元件或支路的u,i采用相同的参考方向称为关联参考方向。反之,称为非关联参考方向
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特别注意:

  1. 分析电路前必须指定电压和电流的参考方向
  2. 参考方向一经指定,必须在图中相应位置
    标注(包括方向和符号)
  3. 参考方向不同时,其表达式相差一个负号
    电压、电流的实际方向不变

电功率与电流电压参考方向的关系

p与u和i的方向密切相关
电场力对电荷作功,元件吸收能量
电流的方向与电压相同。
电场力对电荷作负功,元件向外释放能量
电流的方向与电压相反。

元件中功率和能量分别是:
在这里插入图片描述
在指定电压和电流的参考方向后,电压u、电流i、功率p和能量W都是代数量。
随着电压电流参考方向的不同,功率p=ui表示的含义不同。

  1. 电压和电流的参考方向关联参考方向时,乘积“ui” 表示元件吸收的功率
    p>0 实际吸收功率
    p<0 实际发出功率

  2. 电压和电流的参考方向非关联参考方向时,乘积“ui” 表示元件发出的功率
    p>0 实际发出功率
    p<0 实际吸收功率
    不同参考方向是p=ui的含义不同
    在这里插入图片描述

五、电路元件 - 电阻

在这里插入图片描述

线性电阻元件

电压和电流取关联参考方向时,
两端的电压电流服从欧姆定律 u=Ri
R为电阻元件的参数,称为电阻。电阻的单位为Ω(欧姆,简称欧)。
在这里插入图片描述
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G电导单位是西门子,简称西
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如果电压电流参考方向非关联参考方向,则u=- Ri或i=-Gu
电阻元件的特性称为伏安特性

电阻元件的功率和能量

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开路和短路

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六、 电压源,电流源

电压源

就是能够提供电压的电源,比如电池,手机电池,发电机。电压源可以是直流源,也可以是交流源,或者脉冲源等等。
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电压源的特点:
电压自身确定
电流外电路确定
电压源不能短路,否则电流会∞,功率也会∞,电压源就会被烧毁

电流源

就是能提供电流的电源
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电流源的特点:
电流自身确定
电压外电路确定
(因为开路电流会变零,而电流是自己确定的)
电流源不能开路,否则电阻会∞,电流源两端的电压、功率也会∞,电流源就会被烧毁

七、受控电源

自来水是受控水源,而电路中同样存在受控的电源,称之为受控电源
受控电源定义:
电压或电流受其它电压或电流控制的电源。
通常所说的电压源电流源称为独立电源,其电压或电流由自身产生,不受其它电压电流控制。

受控源分为:受控电压源,受控电流源
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受控源有四个类型:
在这里插入图片描述

引入受控源的作用

将具有电压电流控制关系的器件、设备转化为受控源模型。因而不再需要在电路中画出这些器件设备。
受控电源模型可以简化电路分析。
受控源不是实际的电路器件,而是由实际电路或者器件抽象出来的电路模型

八、基尔霍夫电流定律(KCL)

基尔霍夫电流定律 Kirchhoffs Current Law,简称KCL,电路中任- -结点上所有电流的代数和为零。
在这里插入图片描述
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电路中任意结点上的所有电流的代数和为0,对于具有n个节点的电路,需要列写的独立KCL方程数为n-1

九、基尔霍夫电压定律(KVL)


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十、KCL和KVL综合应用

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总结

这章节比较重要的是欧姆定律,KCL以及KVL

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加:2022-04-27 11:29:12  更:2022-04-27 11:29:43 
 
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