電路分析：常用的電路元件

掌握各電路元件的電壓、電流關系（VCR）。

重點：第二章常用的電路元件

2.1電阻元件(resistor)2.線性定常電阻元件電路符號R電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關系用u～i平面的一條曲線來描述：iu任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性

u～i

關系R稱為電阻，單位：

(歐)(Ohm，歐姆)滿足歐姆定律(Ohm’sLaw)ui單位G稱為電導，單位：S(西門子)(Siemens，西門子)u、i取關聯(lián)參考方向Rui+-伏安特性為一條過原點的直線(2)如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)公式中應冠以負號注(3)說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件歐姆定律(1)只適用于線性電阻，(R為常數(shù)）則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！Rui+-3.功率和能量上述結果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p

–ui–(–Ri)ii2R

–u(–u/R)u2/Rp

uii2Ru2/R功率：Rui+-Rui+-可用功率表示。從t到t0電阻消耗的能量：Riu+–4.電阻的開路與短路能量：短路開路ui電容器_q+q在外電源作用下，兩極板上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，板上電荷仍可長久地集聚下去，是一種儲存電能的部件。1.定義電容元件儲存電能的元件。其特性可用u～q平面上的一條曲線來描述qu庫伏特性2.2電容元件(capacitor)任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電流u成正比。q~u特性是過原點的直線電路符號2.線性定常電容元件C＋－u+q-q

C稱為電容器的電容,單位：F(法)(Farad，法拉),常用F，pF等表示。quO單位

線性電容的電壓、電流關系C＋－uiu、i

取關聯(lián)參考方向電容元件VCR的微分關系表明：(1)i的大小取決于

u

的變化率,與u的大小無關，電容是動態(tài)元件；(2)當u為常數(shù)(直流)時，i=0。電容相當于開路，電容有隔斷直流作用；實際電路中通過電容的電流

i為有限值，則電容電壓u

必定是時間的連續(xù)函數(shù)；

(4)電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件。3.電容的功率和儲能當電容充電，u>0，du/d

t>0，則i>0，q

，p>0,電容吸收功率。當電容放電，u>0，du/d

t<0，則i<0，q

，p<0,電容發(fā)出功率.功率表明電容能在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉化為電場能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電容元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。u、i取關聯(lián)參考方向例＋－C0.5Fi求電流i和功率P(t)。21t/s20u/V電源波形解uS

(t)的函數(shù)表示式為：解得電流21t/s1i/A-1i(t)+-u(t)電感器把金屬導線繞在一骨架上構成一實際電感器，當電流通過線圈時，將產(chǎn)生磁通，是一種儲存磁能的部件（t)＝N(t)1.定義電感元件儲存磁能的元件。其特性可用～i平面上的一條曲線來描述i韋安特性2.3電感元件(inductor)任何時刻，通過電感元件的電流i與其磁鏈

成正比。~i特性是過原點的直線電路符號2.線性定常電感元件L

稱為電感器的自感系數(shù),L的單位：H(亨)(Henry，亨利)，常用H，mH表示。iO+-u(t)iL單位

線性電感的電壓、電流關系u、i

取關聯(lián)參考方向電感元件VCR的微分關系表明：(1)電感電壓u的大小取決于i

的變化率,與i的大小無關，電感是動態(tài)元件；(2)當i為常數(shù)(直流)時，u=0。電感相當于短路；實際電路中電感的電壓

u為有限值，則電感電流i

不能躍變，必定是時間的連續(xù)函數(shù)；+-u(t)iL根據(jù)電磁感應定律與楞次定律

(4)電感元件有記憶電壓的作用，故稱電感為記憶元件。3.電感的功率當電流增大，i>0，di/d

t>0，則u>0，，p>0,電感吸收功率。當電流減小，i>0，di/d

t<0，則u<0，，p<0,電感發(fā)出功率。功率表明電感能在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉化為磁場能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。u、i取關聯(lián)參考方向電容元件與電感元件的比較：電容C電感L變量電流i磁鏈關系式電壓u

電荷q

(1)元件方程的形式是相似的；(2)若把u-i，q-，C-L，

i-u互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；(3)C和L稱為對偶元件,、q等稱為對偶元素。*顯然，R、G也是一對對偶元素:I=U/R

U=I/GU=RII=GU結論

2.4.1獨立電壓源其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關的元件叫理想電壓源。電路符號1.理想電壓源

定義i+_

2.4獨立電源電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。

理想電壓源的電壓、電流關系ui伏安關系例Ri-+外電路電壓源不能短路！電壓源的功率電場力做功，電源吸收功率。（1）

電壓、電流的參考方向非關聯(lián)；

物理意義：+_iu+_+_iu+_電流（正電荷）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功電源發(fā)出功率。

發(fā)出功率，起電源作用（2）

電壓、電流的參考方向關聯(lián)；

物理意義：吸收功率，充當負載或：發(fā)出負功例+_i+_+_10V5V計算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。usuiO

2.實際電壓源i+_u+_考慮內(nèi)阻伏安特性一個好的電壓源要求其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u無關的元件叫理想電流源。電路符號1.理想電流源

定義u+_(1)電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定

理想電流源的電壓、電流關系ui伏安關系

2.4.2獨立電流源例外電路電流源不能開路！Ru-+實際電流源的產(chǎn)生可由穩(wěn)流電子設備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。電流源的功率（1）

電壓、電流的參考方向非關聯(lián)；

發(fā)出功率，起電源作用（2）

電壓、電流的參考方向關聯(lián)；

吸收功率，充當負載或：發(fā)出負功u+_u+_例計算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）+_u+_2A5V實際電流源也不允許開路。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。isuiO

2.實際電流源考慮內(nèi)阻伏安特性一個好的電流源要求u+_i2.5受控源(非獨立源)(controlledsourceordependentsource)電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源電路符號+–受控電壓源1.定義受控電流源(1)電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數(shù)根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i

，受控源可分四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。2.分類四端元件bi1+_u2i2_u1i1+輸出：受控部分輸入：控制部分g:轉移電導

(2)電壓控制的電流源(VCCS)u1gu1+_u2i2_i1+(3)電壓控制的電壓源(VCVS)u1+_u2i2_u1i1++-:電壓放大倍數(shù)

ri1+_u2i2_u1i1++-(4)電流控制的電壓源(CCVS)r:轉移電阻

例電路模型3.受控源與獨立源的比較(1)獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。(2)獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關系，在電路中不能作為“激勵”。例求：電壓u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1++-3

運算放大器(operationalamplifier)是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應用于1940年，1960年后，隨著集成電路技術的發(fā)展，運算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應用。2.6集成運算放大器電路2.6.1簡介

應用主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等運算，對電路進行模擬分析。在信號處理、測量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應用。

符號8個管腳：2：反相輸入端3：同相輸入端4、7：電源端6：輸出端1、5：外接調(diào)零電位器8：空腳7654321+15V－15V單向放大+__+u+u-+_uoao+_ud_+A+b電路符號a：

反向輸入端，輸入電壓u－b：同向輸入端，輸入電壓

u+o：輸出端,輸出電壓

uo在電路符號圖中一般不畫出直流電源端，而只有a,b,o三端和接地端。其中參考方向如圖所示，每一點均為對地的電壓，在接地端未畫出時尤須注意。A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達十幾萬倍:公共端(接地端)在

a,b間加一電壓

ud=u+-u-，可得輸出uo和輸入ud之間的轉移特性曲線如下：分三個區(qū)域：①線性工作區(qū)：|ud|

<=Usat/A,則

uo=Aud②正向飽和區(qū)：③反向飽和區(qū)：ud>則

uo=Usatud<-

則uo=-Usat2.6.2運算放大器的靜特性是一個數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,A=105，則=0.13mV。Usat-Usat-Uo/VUd/mVO實際特性近似特性au+u-uoo+_ud_+A+b2.6.3電路模型輸入電阻輸出電阻當:u+=0,則uo=－Au－當:u－=0,則uo=Au＋在線性放大區(qū)，將運放電路作如下的理想化處理：①Auo為有限值，則ud=0,即u+=u-，兩個輸入端之間相當于短路(虛短路)；②

Ri

4.理想運算放大器i+=0,i－=0。即從輸入端看進去，元件相當于開路(虛斷路)。+_A(u+-u-)RoRiu