-
.
专业英语
电路基础
characterize
描绘…的特征，塑造人物，具有….的特征
property
性质，财产
equal in magnitude to
在数量（数量级）上等同于
convert
转换
converter
转换器
time rate
时间变化率
mathematically
从数学上来讲
differen
tiate
v
区分，区别
in honor of
为纪念某人
name in
honor of
为纪念某人而以他命名
electromotive
force
（
e m f
）电动势
voltaic battery
伏打电池，化学电池
an element
一个电器元件
interpret
口译，解释，说明
the
potential at point a
with respect to
point b is
点
a
关于点
b
的电势
可编辑
.
Potential difference/voltage
电势差
/
电压
expend
花费，消耗
instantaneous
瞬时的，促发的
passive
sign convention
关联参考方向
the law of
conservation of energy
能量守恒定律
reference
polarity
参考极性
electron
电子
electronic
电子的
electric
电的，电动的
time-varying
时变的
constant-valued
常量的
metal
lic
金属的
be due to
是因为，由于，归功于
building block
模块
Coulomb
库伦，
Ampere<
/p>
安培，
joule
焦耳，
Volt
伏特，
Watt
瓦特
，
work
功
变量
u
（<
/p>
t
）
，
i(t)
是电路中最基本的概念。他们描述了电路中的各
种关系。
电荷量的概念是解释电现象的基本原理，
电荷量也是电
路中最基本的量。
电荷也是构成物质的原子的电器属性，
量纲是
库伦。
我们从初等物理可以
得知所有物质是由基本组成部分原子组成，
可编辑
.
而原子又包括电子（
electr
on
）
，质子（
proton
）和中子（
neutron
）
< br>
我们都知道电荷
e
是带负电的
电子，
在数量上等于
1.60210*10
19
C,
而质子携带同等电荷量的正电荷，
相同数量的质子，
电子使原子
呈现电中性（
neutrally
charged
）
。
我们细想一下电荷的流动，
电荷或电流的一个特征就是它是可移
动的，就是说从一个地方以能量转换的形式转移到另外一个地
方。
当一根导线与电池相连，
电荷被迫移动，
正负电荷朝相反方向移
动，
这种移动形成电流，
通常把正电荷移动的方向当成电流移动
的方向，
也就是负电荷移动的反方向。
这个规定是由美国科学家
本杰明
-
富兰克林提出的。尽管我们现在知道金属导体中的电流
是由负电荷运动引起的，
我们还是遵从
“电流是正电荷的正向移
动”这个普遍接受的规定。所以，电流时电荷的时间变化率。数
学上来讲，电流，电量，时间的关系是
i=d q/d t <
/p>
，
t0
到
t
时间
内转移的电荷量可以通过等式两端积分得到。
< br>我们定义电流的方
式表明电流是一个恒量函数，
电荷随时
间以各种形式的变化可用
不同的数学函数来表现。
要让电子在导
体中按特定方向移动需要
做功或有能量转移。这功被当成是（
e
lectromotive force
）外部电
动势，这个电
动势也被称作电压降或者电势差，电路中
a
，
< br>b
两
点间的电压就是把单位电荷从
a
移到
b
所需要的能量，
从数学的
角度讲，
U=d w/d q
，
，式中
w
表示功，单位
是焦，
q
表示电荷，
可编辑
.
单位是库伦，
u<
/p>
表示电压，单位是伏，是为纪念第一个制造出化
学电池的意大利物
理学家亚历山大
-
安东尼奥
-
伏特而以他命名。
所以，电压（电势）就是让单位电荷通过一个元件所需
的能量，
量纲是伏特。
图展示了连接
于
a
，
b
两点
间元件两端的电压，加号和减号用来
表示参考方向或电压极性。电压可以用两种方式解释
：
1.a
点电
势高于
< br>b
点电势
2.
点
a
关于点
b
的电压。
它遵循的逻辑关系一般
这样表示
U a
b=-U b a
。
尽管电压，电流
是电路中两个基本的变量，单靠它们是不够的。
出于实用目的，
我们要知道功率和能量。
要把功率和能量和电压，
电流联系起来
，
我们回想一下物理可知，
功率是消耗或吸收能量
的时率，量纲是瓦特。我们把这种关系记作
p=d w/d t
，式中
p
是功率，单位是瓦，
w
是能量，单位是焦。从上面几个式子可得
p=u*i
，
因为
u
和
i
通常是时间函数，
而功率是时变的量，被称为
瞬时功率。
这吸收或放出的功率是元件两端电压和通过它的电流
的乘积。
如果功率有一个加号，
那么被
输送功率或元件吸收功率。
相反，如果功率有一个减号，则元件提供（释放）能量，但是
我
们怎么知道什么时候功率是正或负呢？
电流方向和电压极性在决定功率符号起决定作用。
所以注意电压
和电流之间的关系是非常重要的。
电压极性和电流方向必须如图
示一致才能保证功率符号是正的，
这就是我们熟知的关联参考方
可编辑
.
向（
passive sign convention
）从关联参考方向得知，电流从电压
的正极流入，在这种情况下，
p
大于
0
，表示元
件吸收功率，但
是如果
p
小于
0
，元件释放或提供能量。
实际上，所有电路都遵循（
the law of
conservation of energy
）能
量守恒
定律，因此，电路中功率的代数和在任何时刻都等于
0
。
这再次验证了提供给电路的总功率和吸收的总功率相等这个事
实。
电路元件
Active/passive element
有源
/
无源元件
Inductor
电感器
Ideal independent source
理想独立源
Dependent/controlled source
受控源
Constant
voltage source
恒定电压源
Diamond-shaped
菱形的
Transistor
晶体管
Amplifier
放大器
Integrated
circuit
集成电路
By
the same token
同理，同样，另外，还有
可编辑
.
一个电路就是一些电气元件的连接。电路中有两种类型的元件：
无源元件和有源元件。有
源元件能够产生能量而无源元件则不
能。无源元件的例子有：电阻，电容，电感。最重要
的有源元件
就是向电路中所有与之相连的元件提供电能的电压和电流源。
一个理想的独立源是一个能够提供独立于其他变量的特定电压
或电流。
一个独立电压源是一个二端元件，
就像电池或
发电机那
样两个段子间维持特定电压值，
这个电压和通过元件的
电流是独
立的。电压源的符号是两个端子间有一个
U
伏的电压，如图所
示。极性如图，表明
a
端电压比
b
端高
U
伏，所以，如果
U
大
于
0
，
a
端
电势比
b
端电势高
（
< br>terminal a is at a higher potential than
terminal b
）
，反之亦可
解释。当然，如果
U
小于
0
，电压
U
可能
是时变的，
也有可能是恒定的，所以我们尚且标记为电压
U
。另
一个经常用作恒定电压源的符号，就好像是电池两端有
U
< br>伏电
压，如图所示。恒流源情况下可以用左图两种方式表示，而且可
以互换。
由于极性可以通过电池符号长线短线的位
置来确定，
我们可以观
察到这时图示的极性符号就是多余的。<
/p>
一个独立电流源就能有特定值电流流过的二端元件，
这个电流与
元件两端的电压是独立的。
独立电流源
的符号如图所示，
其中是
一个定值，电流方向通过箭头方向表明
。
独立源注定是向外部电路输出功率而不是吸收功率。
所以，
如果
可编辑
.
Ｕ
为独立源两端电压，
电流
Ｉ
的方向是正端流出，
考虑到ｐ＝ｕ
×ｉ那么这个元件就是向外电路输出能量，否则就是在吸收能
量。
图ａ中的电源向外电路输出２５ｗ功率，<
/p>
图ｂ中电源吸收２５ｗ
功率，就像电池在充电一样
。
（图
b
中电池就向充电一样
，吸收
24w
功率）
。
理想受控源是一个数值能被另外的电压或电流控制的有源元件。
受控源被设计成用菱形符号表示，
如图。
因为受控源
的控制是通
过电路中其它的元件电压或电流来实现的，
而且受控
制的是电压
或电流，所以它们有以下四种可能的类型。
电压控制电压源（
v c v
s
）电流控制电压源（
c c v
s
）
电压控制电流源（
v c c
s
）电流控制电压源（
c c v
s
）
独立源在模拟像晶体管，
运算放大器，
集成电路这样的元件时非
常有用
。需要注意的是理想电压源（独立或受控）会产生任意大
小的电流以确保两端电压，
而理想电流源会产生必要的电压确保
电流。
所以一个理想的独立源理论上会提供无穷大的能量。
还需
注意的
是独立远不仅给电路提供能量，还可以从电路中吸收能
量。
<
/p>
对于电压源，我们知道它提供或吸收电压而不是电流，同理，我
们
知道电流源提供电流而不是两端的电压。
可编辑
.
翻译
所有处于某种工作状态的全部简
单电路元件可以根据其通过电
流和两端电压的关系来分类，
例如
，
元件端电压正比于其通过的
电流，或者
u=k*I,
我们把这种元件叫做电阻。另外一种类型的电
路
元件端电压和时间的导数或者电流对于时间的积分成比例。
还
有
的电路元件电压与电流没有特定关系，也就是独立源，另外，
我们还需定义被电路中其他
支路上的电压或电流决定的特殊能
量源，这种能量源被称为非独立源或受控源。
欧姆定律
Incandescent
白炽（热）的，炽热的
Incandescent lamp
白炽灯
Voltage-
current characteristic
伏安特性
Si
e
mens
西门子
Conductance
电导
Short circuit
短路
open circuit
开路
具有阻碍电流的现象的这类物质
就叫做电阻，
电阻是最简单的无
源元件。
乔治
-
西门
-
欧姆，
德国物理学家，
被认为在<
/p>
1826
通过实验明确了
电阻电压与电流
的关系。这种关系就是欧姆定律。
可编辑
.
欧姆定律声明电阻两端电压正比于通过它的电流。
这个比例的数
值就是电阻的电阻值，单位是欧姆（
ohm
）
< br>。电路符号如图。表
示电阻的符号是大写的希腊字母Ω。因为
r
是常数，图像是一条
直线。出于这种原因，电阻常称为线
性电阻。
U
对
i
的图像是一
条经过原点斜率为
r
的直
线。因为无论电流是多少，电压对电流
的比值是常数，图像只可能是一条直线。
不同电流时不维持恒定的电阻称为非线性电阻，
这种电阻，
阻值
是电流的函数。
非线
性电阻最简单的一个例子就是白炽灯。
图示
是一种典型伏安特性
曲线，可以看出，图像不再是一条直线。因
为
r
不为定值，使得有非线性电阻的电路更难分析了。事实上，
所有实际电阻都是非
线性的，
因为所有导体的电气特性受环境因
素如温度的影响。<
/p>
许多材料，
在某一段工作区内非常接近线性电
阻，我们可以关注这一类元件并且把它们当成线性电阻。
因为电阻值的范围是从
0
到无穷。
考虑
这两种极端情况是非常重
要的。电阻为零称之为短路，图示电压为零，但是电流可以为任
意值。实验中，短路就是一根被认为是理想导体的导线。短路就
是电气元件的电阻接近
0.
相同的，
电阻无穷大被称为是开路，开路表明电流是零，但是电
压可以为任意值。所以，开路就是
电阻值接近无穷大。在电路分
析中另外一种很重要的量是电导。
电导是元件导电能力好坏的量
度。电导的单位是西门子。
可编辑
.
基尔霍夫定理
Configuration
结构，构造
Topology
拓扑，拓扑学，拓扑结构
Node
节点，交点，叉点，节，结。
Branch
支脉，分支，部门
Dimension
微，度。尺寸，线度，量纲
Loop
回路，闭合回路，环
Counterclockwise
逆时针的
这些关联的变量互相之间都
有联系。
这些关系的产生是由这些变
量的本质决定的。
因为一些特定类型的元件所处位置对变量的限
制，一种不同等级的关系发
生了。由于网络结构不同，不同变量
之间产生了一种相同的关系，这种关系又是另一种等
级的关系。
（一种不同等级的关系的产生是由于网络元件某种特定类型的
连接对变量的限制，
另一类关系是由于网络结构，
即网
络的不同
元件相互连接的方式所产生的相同形式的一些变量的关系。
）
基尔霍夫电流定理以系统内电荷量的代数和不变即电荷
量不变
原理为基础，它规定系统内电荷量的代数和不变。
K c l
声明流入一个节点
（或闭合
回路）
的电流的代数和为零。
数
学上，
∑
in=0
，
式中
n
表示节点连接的分支数
in
是第
n
个流入或
可
编辑
.
流出节点的电流。在这个定
理中，流入节点的电流记为
+
，流出
节
点的电流记为—。
K
c
l
的变形：流入同一节点的电流之和等于流出节点的电流之
和。
须注意的是
K c
l
也可应用于闭合回路。
K c l
可
以被认为是通用
的，因为一个节点可以看作是闭合面缩为一点。二位空间下，一
个闭合回路就像一条闭合的路线一样，
就像图示的电路说明的那
样，流入闭合面的电流等于流出闭合面的电流。
基尔霍夫电压定理是以能量守恒原则为基础。
基尔霍夫电压定理声明围绕一个闭合路径
（或环路）
的
电压代数
和为零。数学上表示为∑
um=0
，式中
m
是环路中电压数量，
um
是第
m
个电压。
每个电压的符号是以在环路中遇到的第一个端电压的极性为准。
我们可以从任何一条支路开始，
顺时针围绕这个回路，
也可
以逆
时针围绕这个回路。
假设我们按如图从电压源开始顺时针围
绕这
个回路，
u3
最先遇到正极端，故
为
+u3
，对于
u4
< br>，最先碰到负极
端，所以为
-u4
。所以
k v l
服从
-u1+u2
+u3-u4+u5=0.
翻译
<
/p>
如果电路有两个或以上独立源，判定某个变量（电压或电流）具
体
值时的一种方法是节点或网孔分析法。
另一中判定的方法就是
可
编辑
.
把各个独立源对各个变量所
作贡献加起来。
后一种方法叫做叠加
法。叠加法的原则是线性电
路中元件端电压（流过的电流）是各
个独立源独自作用时元件端电压（流过的电流）的代
数和。
基本分析方法
nodal
节点的，交点的，结的，节的
simultaneous
联立的，同时的，同步的
quotient
商，系数，份额，应分得的部分
determinant
行列式，决定要素
datum
基准（点线面）基标，数据资料
chassis
底盘，底架，底板
planar
平面的，平的，二维的，二度的
error-minimizing
使错误最少的
symmetry
对称（性，现象）
，均称，调和
coefficient
系数，因数，常数，率，折算率
<
/p>
在了解了电路基本理论（欧姆定律，基尔霍夫定律）之后，我们
现
在可以应用这些定理发展为两种有效的电路分析方法：
节点分
可
编辑
.
析法，是基于
k c
l
的系统应用，网孔分析法，是基于
k v
l
的系
统引用。
用这一章提出的这两种方法，
我们可以通过得到的一系列同时成
立的方程，
然后解出来所求的电压或电流值，
从而分析几乎
所有
电路。
一个解决联立方程的方法涉及到克莱姆法则，
可以将电路
中的变量作为行列式的系数来计算。
要想知道求多网络电路的电压的一个简单方法就是求一系列点
电压。
因为电压定义为两点间的电压，
先在这个网络中选取一
个
参考点或基本点（电压零点）
，然后让其他各个点的电势或电
压
与这个点联系起来，
就能很方便的求出电压了。
那些无参考点关
于参考点的电压定义为点电压。
习惯
性的选取极性以便使点电压
相对于参考点是正值。对于一个有
n
个节点的电路，会有
n-1
个
点电压，如果电压源已知，一些点电压就可以知道了。普遍选取
和关联分
支最多的点作为参考点。
许多实用电路是建立在金属底
板或底盘
上的，
与底盘相连的许多元件都是接地的。
底盘就可以
叫做‘地‘，于是就成为了参考点的合理选择。出于这个原因，
参考点常
指’地‘。所以参考点出就是地电压或零电，而其他点
理所当然就是正电压了。
对
k c l
的应用
得到关于点电压的等式。
显然，
当参考点与大多数
元件关联时，就可以简化这些等式。我们可以知道，这不是选取
参考点的唯一
标准，但却是最常用的。
可编辑
.
节点电压法步骤：
1.
选取一个点作为参考点，分配电压
u1
…
.un
；
2.
对另外
n-1
个非
参考点的点应用
k
c
l
，用欧姆定律求各个分支
的电流用点电压表示出来；
3.
解出这些作为结果的联立方程得到未知的点电压，然后
解出所
求量。
网孔分析法
网孔分析法提供了另外一
个分析电路的常用方法，
用网孔电流作
为电路变量。
用网孔电流而不用元件电流是因为更方便而且能够
减少联立方程的数量。<
/p>
回想一下，
一个环路就是通过一个节点两
次的闭合环路。一个网孔就是不包括里面环路的环路。
在一个给定的电路中节点分析法运用
k c l
去求未知电压，
而网孔
分析法运用
k v l
求电流。
网孔分析法并不像节点电压法那么常用
因为它仅仅适用于二维电路。
一个二维电路是平面的。
一个二维
电路就是能画在平面上且没有分支相互交叉，
< br>否则就是非二维电
路。
。
一个有
交叉分支的电路如果重画后能够做到没有交叉分支，
它还是一个二维电路。
尽管方向是任意的，我们常采用顺时针
的网孔电流
，因为这样可以使等式发生对称误差最小化。
运用网孔电流的
最大优势是自动满足了基尔霍夫定律。
如果一个
网孔电流流进一
个节点，他也必然流出这个节点。
可编辑
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