下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
要研究和分析电路，首先要确定分析对象。电路分析中最基本的3个变量就是电路中的电压、电流和功率，电路中的其他变量一般都可以由这3个变量导出。
1.电流的概念
电荷做有规则的定向移动即形成电流，电流的大小通常用电流强度来衡量。通常把单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度，简称电流。一般用符号 i （ t ）表示，即
式中， q 是电荷量，国际单位为库仑（C）； t 是时间，单位为秒（s）。
电流的国际单位为安培（A），简称安。电流的常用单位还有微安（μA）、毫安（mA）和千安（kA）等，它们之间存在以下对应关系。
1A=10 3 mA=10 6 μA=10 -3 kA
通常把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。如果电流大小及方向都不随时间变化，即d q （ t ） / d t 为常数时，称为直流电流，简称直流（Direct Current，DC），常用大写字母 I 来表示；如果电流是随时间 t 变化的函数，称为时变电流，用 i （ t ）来表示，有时也简写为 i ；当时变电流的大小和方向都随时间做周期性变化时，则称为交变电流（Alternating Current，AC）。
2.电流的参考方向
电流的实际方向也称为真实方向。对于简单电路，实际方向有时能直接判断出来，例如图1-6a所示电路，由于a点接电源的正极，b点接电源的负极，所以电流的方向是由a点到b点。但对于图1-6b所示的较复杂电路，由于方框中的元器件类型和元器件值未知，所以难以判断a和b两点之间电流的实际方向。
因此为了分析方便，通常可以任意假设一个方向为正电荷的定向运动方向，并把这个方向称为电流的参考方向，通常在电路图上用箭头“→”表示，箭头的方向为电流的参考方向，如图1-6c所示。电路参考方向也可以用双下角标表示，例如 I ab 表示电流的参考方向是从a点流向b点。分析具体电路时，可以先按照设定的参考方向进行计算，若实际计算出来的电流大小为正值，则认为实际电流方向与参考方向一致，否则认为实际电流方向与参考方向相反。
图1-6 电流的实际方向和参考方向
例1-1
已知流过某元器件的电流
i
（
t
）的参考方向如图1-7所示。若
，分别计算
t
=10ms和
t
=20ms时的电流，并指出电流的实际方向。
图1-7 例1-1图
解
：当
t
=10ms时，
=
，说明电流的实际方向与参考方向相反，即电流从b点流向a点。
当
t
=20ms时，
，说明电流的实际方向与参考方向相同，即电流从a点流向b点。
注意，电流是一个既有大小也有方向的物理量，电流值的正负号是以设定的参考方向为前提的，若没有设定参考方向，那么计算出来的电流的正、负号没有任何意义。
1.电压的概念
单位正电荷由电场中的一点移到另一点时电场力所做的功称为这两点间的电压，用 u （ t ）表示，即
式中， w （ t ）是电场力所做的功，单位为焦耳（J）； q （ t ）是电荷量，单位为库仑（C）。
电压 u （ t ）的单位是伏特，简称伏（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV），它们之间存在以下对应关系。
1V=10 3 mV=10 6 μV=10 -3 kV
电路分析中，有时还会用到“电位”。电位是电场中某点的电势，通常认为电场无穷远处的电位为零，电路中某点的电位等于将单位正电荷从该点移动到无穷远处所做的功。在实际应用中，通常设电路中的某一点为零电位点，也称为参考点，用符号“⊥”表示，则单位正电荷从某点移动到该点处电场力所做功即为该点的电位，所以电位值与参考点的选择有关。
从电压的定义可以看出，电场中任意两点间的电压可以描述为这两点之间的电位差，它的值与参考点的选择无关。通常，两点间电压的高电位端为正（+）极，低电位端为负（-）极，人们常用“电压降”表示电位下降的方向，用“电压升”表示电位上升的方向。
如果电压大小及方向都不随时间变化，称为直流电压，常用大写字母 U 来表示；如果电压是随时间 t 变化的函数，称为时变电压，用 u （ t ）来表示，有时也简写为 u ；当时变电压的大小和方向都随时间做周期性变化时，则称为交流电压。
2.电压的参考方向
通常规定电位降落的方向为电压的实际方向，也称为真实方向。在较复杂的电路中，有时难以直接判断各点电位的高低。所以同电流类似，电压也需要选定参考方向。通常在图中用“+”表示参考方向的高电位端，用“-”表示低电位端，如图1-8所示，电压 U 的参考方向是由a点指向b点。电压参考方向也可以用双下角标表示，例如 U ab 也表示电压参考方向从a点指向b点。在设定参考方向后，若计算出来的电压值为正值，说明参考方向与实际方向相同；若电压值为负值，说明参考方向与实际方向相反。
同样，电压值的正负号也是以设定的参考方向为前提的，未设定参考方向的情况下计算出来的电压的正、负号没有任何意义。
3.关联参考方向
在电路分析中，流过元器件的电流和元器件两端电压的参考方向均可以任意指定。为了分析方便，常采用关联参考方向来表示，如图1-9a所示，即将电流的参考方向设定为从电压参考方向的“+”极流入，“-”极流出。若电流参考方向为从电压参考方向的“-”极流入，“+”极流出，则称电压电流为非关联参考方向，如图1-9b所示。
图1-8 电压的参考方向
图1-9 关联参考方向与非关联参考方向
功率是表示元器件消耗电能快慢的物理量。通常把单位时间内电场力所做的功或电路所吸收的能量称为功率，用 p （ t ）表示，即
功率的单位是瓦特，简称瓦，用大写字母W表示。功率的常用单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW）和兆瓦（MW），它们之间存在以下对应关系。
1W=10 3 mW=10 -3 kW=10 -6 MW
根据电压和电流的定义，有
可以得出
式（1.2-4）说明，当电压和电流为关联参考方向时，元器件的吸收功率等于该元器件两端电压与流过元器件的电流的乘积。若电压和电流为非关联参考方向时，则吸收功率为
若电压电流均为直流时，式（1.2-4）可以写为
注意，电路元器件可能吸收（消耗）功率，例如电阻；也可能发出（产生）功率，例如独立电源。在关联参考方向下，计算出的功率 p （ t ）>0，说明元器件吸收功率；若 p （ t ）<0，则说明元器件发出功率。
例1-2 元器件1和元器件2的电压和电流参考方向如图1-10a、b所示，求它们的吸收功率。
图1-10 例1-2图
解 ：元器件1的电压和电流为关联参考方向，故吸收功率为
P 1 = UI =2×3W=6W
元器件2的电压和电流为非关联参考方向，故吸收功率为
P 2 = -UI =-5×2W=-10W
由于 P 2 的计算结果小于零，所以元器件2实际是发出功率10W。