《电路》电子课件教案邱关源版 第6章 储能元件.ppt

第6章储能元件,本章重点,1.电容元件的特性,3.电容、电感的串并联等效,重点：,2.电感元件的特性,返回,6.1电容元件,电容器,在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。,下页,上页,电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。,注意,返回,电容器的工作原理,i,当电容元件上电压的参考方向规定由正极板指向负极板，则任何时刻正极板上的电荷q与其端电压u之间的关系有：,q(t)=Cu(t)式中C元件的电容Capacitance，单位：法拉F,微法(F),皮法(pF),介质(云母、绝缘纸、电解质等),+q-q,+u-,储存电场能量,建立电场,1.定义,电容元件,储存电能的两端元件。任何时刻其储存的电荷q与其两端的电压u能用qu平面上的一条曲线来描述。,下页,上页,库伏特性,o,返回,任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压u成正比。qu特性曲线是过原点的直线。,下页,上页,2.线性时不变电容元件,电容器的电容,返回,电路符号,F(法拉),常用F，pF等表示。,单位,下页,上页,1F=106F1F=106pF,返回,3.电容的电压电流关系,电容元件VCR的微分形式,下页,上页,u、i取关联参考方向,返回,当u为常数(直流)时，i=0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；,下页,上页,表明,某一时刻电容电流i的大小取决于电容电压u的变化率,而与该时刻电压u的大小无关。电容是动态元件；,返回,实际电路中通过电容的电流i为有限值，则电容电压u必定是时间的连续函数。,下页,上页,返回,某一时刻的电容电压值与-到该时刻的所有电流值有关，即电容元件有记忆电流的作用，故称电容元件为记忆元件。,表明,下页,上页,研究某一初始时刻t0以后的电容电压，需要知道t0时刻开始作用的电流i和t0时刻的电压u（t0）。,电容元件VCR的积分形式,返回,当电容的u，i为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号;,下页,上页,注意,上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。,返回,4.电容的功率和储能,当电容充电，p0,电容吸收功率。,当电容放电，p0,电感吸收功率。,当电流减小，p0,电感发出功率。,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。,表明,返回,从t0到t电感储能的变化量：,电感的储能,下页,上页,返回,电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变。电感储存的能量一定大于或等于零。,下页,上页,表明,返回,实际电感线圈的模型,下页,上页,返回,下页,上页,贴片型功率电感,贴片电感,返回,下页,上页,贴片型空心线圈,可调式电感,环形线圈,立式功率型电感,返回,下页,上页,电抗器,返回,下页,上页,6.3电容、电感元件的串联与并联,1.电容的串联,等效电容,返回,下页,上页,返回,下页,上页,串联电容的分压,返回,下页,上页,2.电容的并联,等效电容,返回,下页,上页,并联电容的分流,返回,3.电感的串联,下页,上页,等效电感,返回,下页,上页,串联电感的分压,返回,下页,上页,4.电感的并联,等效电感,返回,下页,上页,并联电感的分流,返回,下页,上页,注意,以上虽然是关于两个电容或两个电感的串联和并联等效，但其结论可以推广到n个电容或n个电感的串联和并联等效。,返回,应用,电容电感的三个特性使其在电子电路中非常有用,1.存储能量的能力，可作为临时电压源或电流源,2.电容器阻止电压的突变、电感器阻止电流的突变。因此电感可以遏制火花或电弧，并且可将脉动直流电压转换为相对平滑的直流电压。,3.电容器和电感器对频率是敏感的，所以可用于频率鉴别场合。,积分器,例：v1=10cos2tmV,v2=0.5tmV,求运放的输出电压vo。电容器的初始电压为零。,微分器,例：求图示电路输出电压的波形，t=0时vo=0。,模拟计算机电路,例：设计一个模拟计算机电路求解下列微分方程，初始条件v0(0)=-4，v0(0)=1.,解：（1）明确问题，问题的定义与所期望的解已经非常清楚。,（2）表述对问题的理解。构建所要求解的模拟计算机电路，需要用到积分，加法以及反相器电路等。,（3）确定可选解。选取正确的电阻值、电容值实现要表示的微分方程，该电路的输出即为答案。,（4）尝试问题的求解。电阻器与电容器的取值有无穷多种可能，其极值可能会得到不正确的输出，例如电阻过小会使电路过载，电阻过大又可能使运放进入饱和区,将一个1V的电池与一个开关连在电容器