基本电路元件与电源.ppt

1 4电路基本元件与电源 元件分类 线性元件 元件参数不随电流电压变化非线性元件 元件的参数随着电流电压的变化而变化有源元件 向外界提供能量的元件无源元件 不能产生能量 如电阻 电容 电感二端元件 两个与外界相连的端钮多端元件 多个端钮 元件分类 也可以按照使用性质分类 耗能元件 电阻储能元件 电容 电场能 电感 磁场能 电源元件 电压源 电流源 实际电源 如电池受控源 如三极管 可控硅 一 电阻元件1 定义 任意时刻 二端元件的电压u与电流i之间存在代数关系 即为u i平面上的一条曲线 则称此二端元件为电阻元件 电阻 实例 电阻器 灯泡 电路丝电阻特点 2 双向性 连接电阻时 两个端钮可互换位置耗能性 无论何种情况 电阻总是吸收功率 为耗能元件无记忆性 任意时刻的u i与以前的取值无关 金属膜电阻 碳质电阻 线绕电阻 线绕电位器 碳膜电位器 u i为关联参考方向 欧姆定律 Ohm slaw 电阻元件是实际电阻器的抽象模型 只反映电阻器对电流呈现阻力的性能 线性电阻元件的VCR服从欧姆定律 Ohm slaw 单位 欧姆 k M 电导 conductance 单位 西门子 S 电阻 resistance u i非关联参考方向 2 电压电流关系 VCR VoltageCurrentRelation 伏安特性 伏安特性曲线 在u i平面 或i u平面 上绘出的元件的VCR 线性电阻元件的伏安特性曲线是一条经过坐标原点的直线 电阻值决定了直线的斜率 电阻元件是一种无记忆元件 线性 linear 非线性 nonlinear 时变 time varying 非时变 time invariant 非时变 伏安特性曲线不随时间而变化 二极管具有单向导电性 二极管 3 功率 u i为关联参考方向时 或 讨论 当R 0时 p 0 元件吸收能量 消耗功率 当R 0时 p 0 元件释放能量 提供功率 实际电阻元件是一种耗能元件 无源 passive 元件 对所有t 及所有的u i组合 当且仅当元件吸收的能量满足时 称该元件为无源元件 否则 为有源 active 元件 一个R在具体电路中使用 要注意它的额定功率 超过它即会被烧毁 二 电容器 capacitor 绝缘介质 电容器是一种能够存储电荷乃至电场能量的器件 理想电容器应该只具有存储电荷从而在电容器中建立电场的作用 因而是一种电荷与电压相约束的器件 充电 1 定义 任意时刻 二端元件的端电压与其储存的电荷 满足平面上的一条曲线 称电容元件 本书研究线性电容 单位 法拉 F 微法 皮法 pF 2 电容 铝电解电容 纸介电容 陶瓷电容 云母电容 钽铌电解电容 玻璃釉电容 薄膜电容 3 电容元件的VCR 在关联方向下 若非关联参考方向 结论 某一时刻 电容的电流取决于该时刻电容电压的变化率 电容的击穿施加电压超过额定电容的普遍存在任何绝缘导体间存在电容 两个人之间也有u i频率低时 电容可忽略 高频时应考虑扩展电容麦克风原理 电容发生变化 电流同电容变化率有关 声音震动使得电容片压缩 电容变化 4 电容元件的特性 动态特性 连续性 惯性 记忆特性 储能特性 1 动态特性 电容在直流电路中相当开路 隔直流作用 返回 在有界电流条件下 电容电压保持连续性 不能突变 在任意时刻电容电压 2 连续性 电容电流波形虽然不连续 但电容电压波形却是连续的 返回 3 记忆特性 例题 例 如图 a 所示 电容与一电流源相接 电流源的波形如图 b 所示 试求电容电压 设u 0 0 解 1 先写出电流的函数表达式 2 根据公式进行分段积分 三 电感元件 把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器 当电流通过圈时将产生磁通 且符合右手螺旋法则 是一种储存磁能的部件 符号 为磁通链 单位 韦伯 Wb i t t N t 感生电压导线不产生电压 而电感线圈产生感应电压 起到分压作用 和电阻的作用类似 阻碍电流的变化 因此在交流电路中 电感具有感抗 单位也是欧姆 应用 调音电位器 电感线圈和电阻电位器作用相同 1 定义 任意时刻 二端元件中流过的电流与其产生的磁链平面上的一条曲线 称电感元件 本书研究线性电感 单位 亨利 H 毫亨 mH 微亨 2 电感元件的VCR 若非关联方向 关联参考方向 电压的参考方向与磁链的参考方向符合右手螺旋定则 电流的参考方向与磁链的参考方向符合右手螺旋定则 3 电感元件的特性 电感元件的特性与电容特性对偶 动态特性 连续性 惯性 记忆特性 储能特性 1 动态特性 电感元件端电压 2 连续性 在有界电压条件下 电感电流保持连续性 不能突变 电感在直流电路中相当短路 3 记忆特性 无源元件小结 注 关于阻碍性 当外界条件变化时 很多事物都具有阻碍变化的特性 如阻尼等 在化学中 化学平衡移动原理 勒夏特列原理 就描述了 如果改变影响平衡的一个条件 反应就向着能够减弱这种改变的方向进行 自然界中普遍存在 这是自然平衡的重要原因 我们要善于把握和总结这些 有助于理解科学真谛并指导科研 四 电源 电路中必须有电源 理想电压源 非理想电压源 理想电流源 非理想电流源 1 理想电压源 1 1基本性质 1 端电压是定值或是固定的时间函数 与流过的电流无关 2 流过电压源的电流由与之相连接的外电路决定 注意 返回 1 2伏安特性 2 非理想电压源 实际电压源 理想电压源是从实际电源中抽象出来的一种模型 理想电压源 电压源 分析 观察一个实际电源的例子 负载电流 分析 如果电源是恒压源 则无论R取何值 衡有 但实际上 当R 时 随着R i u 原因 电源内部存在电阻 称为内阻 实际电压源模型 X 返回 返回 例题 例1 一段含源支路ab 求电流i 解 3 理想电流源 理想电流源不能开路 注意 例题 1 1基本性质 1 发出的电流是定值或是固定的时间函数 与两端的电压无关 2 电流源两端的电压由与之相连接的外电路决定 1 2伏安特性 X 例 试求电压和电流 并验证电路功率平衡 解 证毕 返回 输出特性 开路电压 短路电流 返回 4 非理想电流源 实际电流源模型 电流源实际上是不存在的 但对于一个实际电源 既可以用实际电压源模型描述 也可以用实际电流源模型描述 实际电流源可以看作是理想电流源和一个电导的并联组合 5 受控源 受控源 controlledsource 是由某些电子器件抽象而来的一种电源模型 是一种双口元件 受控源的电压或电流受电路中另一支路电压或电流的控制 像晶体管 变压器 运算放大器等电子器件都可以用受控源作为其电路模型 受控电源是双口 四端 元件 由控制支路和受控支路组成 受控电源的符号表示 X 晶体管 1 基本概念 返回 X 受控源图示类型 受控源的类型 控制量 受控量 2 理想受控源模型 VCVS VoltageControlledVoltageSource CCVS CurrentControlledVoltageSource 电压比系数 转移电阻 X VCCS VoltageControlledCurrentSource 电流比系数 转移电导 CCCS CurrentControlledCurrentSource 返回 X 3 几点说明 电阻电路包含受控源 受控源与独立源有本质的区别 独立源的电压或电流是独立存在的 而受控源的电压或电流受电路中某些量的控制 控制量消失 则受控源也不存在 受控源吸收的功率为 在分析电路时 通常先把