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电路参考方向的重要性及应用

【摘要】:电路分析的任务是已知电路中的元件参数和 “激励” (电源),去寻求电路中的 “响应”,从而得到不同电路激励所对应的不同 “响应”的规律。在电路图上标出电压、电流的参考方向,就是为电路方程式中的各电量提供正、负依据,有了参考方向后方可列写出相应的电路方程,进而求得“响应”的结果。

比较简单的直流电路,电压、电流的实际方向很容易看出来,可是对于复杂的直流电路,有时电路中电流(或电压)的实际方向很难预先判断出来;在交流电路中,由于电流(或电压)的实际方向在不断地变化,所以也无法在电路图中正确标出电流 (或电压)某一瞬间的实际方向。

电路分析的任务是已知电路中的元件参数和 “激励” (电源),去寻求电路中的 “响应”(电压和电流),从而得到不同电路激励所对应的不同 “响应”的规律。“寻求规律”是要有依据的,这个依据就是对电路列写方程式或方程组。在电路图上标出电压、电流的参考方向,就是为电路方程式中的各电量提供正、负依据,有了参考方向后方可列写出相应的电路方程,进而求得“响应”(待求电压、电流)的结果。

在分析和计算电路的过程中,参考方向是人为假定的分析依据。但参考方向一经确定,整个分析过程中就不能再随意更改。为了避免麻烦,我们在假设元件是负载时,一般把元件两端电压的参考方向与通过元件中的电流的参考方向选成一致(说明负载通过电流时要进行能量转换,其结果使电流流出端电位降低),如图1.3 (a)所示。这种参考方向称为关联方向。当我们假设元件是电源时,参考方向一般选择非关联方向,如图1.3 (b)所示。

图1.3 电压、电流参考方向

(a)关联参考方向;(b)非关联参考方向

在运用参考方向时有两个问题要注意:

(1)参考方向是列写方程式的需要,是待求值的假定方向而不是待求值的真实方向,所以不必去追求它的物理实质是否合理。

(2)当分析、计算电路的过程中,出现“正、负”、“加、减”及 “相同、相反”这几个概念时,切不可把它们混为一谈。

分析和计算电路的最后结果,当某一所求电压或电流得正值,说明它在电路图上的参考方向与实际方向相同;若某一所求电压或电流得负值,则说明它在电路图上所标定的参考方向与该电量的实际方向相反。

检验学习结果

1.2.1 如图1.3 (a)所示,若已知元件吸收功率为-20W,电压U=5V,求电流I。

1.2.2 如图1.3 (b)所示,若已知元件中通过的电流I=-100A,元件两端电压U=10V,求电功率P,并说明该元件是吸收功率还是发出功率。

1.2.3 电压、电位、电动势有何异同?

1.2.4 电功率大的用电器,电功也一定大。这种说法正确吗?为什么?

1.2.5 在电路分析中,引入参考方向的目的是什么?应用参考方向时,会遇到“正、负”、“加、减”、“相同、相反”这几对词,你能说明它们的不同之处吗?