基本電路元件與電源

基本電路元件與電源第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四元件分類線性元件：元件參數(shù)不隨電流電壓變化非線性元件：元件的參數(shù)隨著電流電壓的變化而變化有源元件：向外界提供能量的元件無源元件：不能產(chǎn)生能量，如電阻、電容、電感二端元件：兩個與外界相連的端鈕多端元件：多個端鈕第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四元件分類也可以按照使用性質(zhì)分類：耗能元件，電阻儲能元件，電容（電場能）、電感（磁場能）電源元件，電壓源、電流源。實際電源：如電池受控源，如三極管、可控硅第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四一.電阻元件1.定義任意時刻，二端元件的電壓u

與電流i

之間存在代數(shù)關系，即為u-i平面上的一條曲線，則稱此二端元件為電阻元件。第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四電阻實例：電阻器、燈泡、電路絲電阻特點(2)雙向性：連接電阻時，兩個端鈕可互換位置耗能性：無論何種情況，電阻總是吸收功率，為耗能元件無記憶性：任意時刻的u、i

與以前的取值無關金屬膜電阻碳質(zhì)電阻線繞電阻線繞電位器碳膜電位器第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四（u、i為關聯(lián)參考方向）歐姆定律(Ohm’slaw) 電阻元件是實際電阻器的抽象模型，只反映電阻器對電流呈現(xiàn)阻力的性能。線性電阻元件的VCR服從歐姆定律(Ohm’slaw)。單位：歐姆(),k，M電導(conductance)：單位：西門子(S)電阻(resistance)：（u、i非關聯(lián)參考方向）第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四2.電壓電流關系(VCR-VoltageCurrentRelation)

（伏安特性）伏安特性曲線：在u-i平面(或i-u平面)上繪出的元件的VCR。線性電阻元件的伏安特性曲線是一條經(jīng)過坐標原點的直線。電阻值決定了直線的斜率。電阻元件是一種無記憶元件。線性(linear)，非線性(nonlinear)時變(time-varying)，非時變(time-invariant)非時變:伏安特性曲線不隨時間而變化。第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四二極管具有單向?qū)щ娦远O管第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.功率u、i為關聯(lián)參考方向時或討論：當R0時，p0，元件吸收能量，消耗功率當R<0時，p<0，元件釋放能量，提供功率實際電阻元件是一種耗能元件。無源(passive)元件：對所有t-及所有的u、i組合，當且僅當元件吸收的能量滿足時，稱該元件為無源元件。否則，為有源(active)元件。一個R在具體電路中使用，要注意它的額定功率，超過它即會被燒毀。第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四二.電容器(capacitor)絕緣介質(zhì)電容器是一種能夠存儲電荷乃至電場能量的器件。理想電容器應該只具有存儲電荷從而在電容器中建立電場的作用，因而是一種電荷與電壓相約束的器件。充電第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四1．定義任意時刻，二端元件的端電壓與其儲存的電荷，滿足平面上的一條曲線，稱電容元件。

本書研究線性電容單位：法拉（F）微法()，皮法(pF)第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四2.電容鋁電解電容紙介電容陶瓷電容云母電容鉭鈮電解電容玻璃釉電容薄膜電容第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.電容元件的VCR:在關聯(lián)方向下：若非關聯(lián)參考方向：結論：某一時刻，電容的電流取決于該時刻電容電壓的變化率。第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四電容的擊穿施加電壓超過額定電容的普遍存在任何絕緣導體間存在電容，兩個人之間也有u,i頻率低時，電容可忽略，高頻時應考慮擴展電容麥克風原理：電容發(fā)生變化，電流同電容變化率有關（聲音震動使得電容片壓縮，電容變化第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四4.電容元件的特性動態(tài)特性連續(xù)性（慣性）記憶特性儲能特性第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四(1).動態(tài)特性電容在直流電路中相當開路——隔直流作用返回第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四在有界電流條件下，電容電壓保持連續(xù)性，不能突變,在任意時刻電容電壓(2).連續(xù)性電容電流波形雖然不連續(xù)，但電容電壓波形卻是連續(xù)的。返回第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四(3).記憶特性一般情況下例題第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四例:如圖(a)所示，電容與一電流源相接，電流源的波形如圖(b)所示，試求電容電壓。設u(0)=0。

解：(1)先寫出電流的函數(shù)表達式。第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四(2)根據(jù)公式進行分段積分第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四三、電感元件

把金屬導線繞在一骨架上構成一實際電感器，當電流通過圈時將產(chǎn)生磁通，且符合右手螺旋法則，是一種儲存磁能的部件+-u(t)iL符號：Ψ為磁通鏈，單位：韋伯（Wb）i(t)（t)＝N(t)感生電壓導線不產(chǎn)生電壓，而電感線圈產(chǎn)生感應電壓，起到分壓作用，和電阻的作用類似，阻礙電流的變化，因此在交流電路中，電感具有感抗，單位也是歐姆。應用：調(diào)音電位器。電感線圈和電阻電位器作用相同第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四1.定義任意時刻，二端元件中流過的電流與其產(chǎn)生的磁鏈平面上的一條曲線，稱電感元件。

本書研究線性電感：

單位：亨利（H）毫亨(mH)，微亨()第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四2.電感元件的VCR若非關聯(lián)方向關聯(lián)參考方向：電壓的參考方向與磁鏈的參考方向符合右手螺旋定則，電流的參考方向與磁鏈的參考方向符合右手螺旋定則。第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.電感元件的特性電感元件的特性與電容特性對偶動態(tài)特性、連續(xù)性（慣性）記憶特性儲能特性第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四(1).動態(tài)特性電感元件端電壓(2).連續(xù)性在有界電壓條件下，電感電流保持連續(xù)性，不能突變。電感在直流電路中相當短路第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四(3).記憶特性第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四無源元件小結注：關于阻礙性，當外界條件變化時，很多事物都具有阻礙變化的特性，如阻尼等。在化學中，化學平衡移動原理（勒夏特列原理）就描述了：如果改變影響平衡的一個條件，反應就向著能夠減弱這種改變的方向進行。自然界中普遍存在，這是自然平衡的重要原因，我們要善于把握和總結這些，有助于理解科學真諦并指導科研第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四四、電源電路中必須有電源。理想電壓源非理想電壓源理想電流源非理想電流源第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四1.理想電壓源

1.1基本性質(zhì)：（1）端電壓是定值或是固定的時間函數(shù)，與流過的電流無關；（2）流過電壓源的電流由與之相連接的外電路決定。

注意返回1.2伏安特性第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四2.非理想電壓源（實際電壓源）

理想電壓源是從實際電源中抽象出來的一種模型。理想電壓源（電壓源）分析觀察一個實際電源的例子負載電流第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四分析如果電源是恒壓源，則無論R取何值，衡有：但實際上當R＝時：隨著R，i，u原因：電源內(nèi)部存在電阻（稱為內(nèi)阻）第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四實際電壓源模型X隨著供出的負載電流加大，其輸出電壓降低。返回實際電壓源可以看作是理想電壓源和電阻的串聯(lián)組合，其輸出特性曲線是由短路電流和開路電壓決定的一條直線。第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四返回例題例1：一段含源支路ab,求電流i。解：第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.理想電流源理想電流源不能開路！注意例題

1.1基本性質(zhì)：（1）發(fā)出的電流是定值或是固定的時間函數(shù)，與兩端的電壓無關；（2）電流源兩端的電壓由與之相連接的外電路決定。

1.2伏安特性第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四X例：試求電壓和電流,并驗證電路功率平衡解：證畢返回第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四輸出特性：開路電壓：短路電流：返回4.非理想電流源（實際電流源模型）電流源實際上是不存在的，但對于一個實際電源，既可以用實際電壓源模型描述，也可以用實際電流源模型描述。實際電流源可以看作是理想電流源和一個電導的并聯(lián)組合第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四5.受控源

受控源(controlledsource)是由某些電子器件抽象而來的一種電源模型，是一種雙口元件。受控源的電壓或電流受電路中另一支路電壓或電流的控制。像晶體管、變壓器、運算放大器等電子器件都可以用受控源作為其電路模型。受電路中另一支路的電壓或電流控制

受控電源是雙口（四端）元件，由控制支路和受控支路組成。受控電源的符號表示X第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四晶體管（1）.基本概念返回X第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四受控源圖示類型受控源的類型控制量受控量第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四（2）.理想受控源模型VCVS(VoltageControlledVoltageSource)CCVS(CurrentControlledVoltageSource)電壓比系數(shù)轉(zhuǎn)移電阻X第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四VCCS(VoltageControlledCurrentSource)電流比系數(shù)轉(zhuǎn)移電導

CCCS(CurrentControlledCurrentSource)返回X第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.幾點說明

電阻電路包含受控源。

受控源與獨立源有本質(zhì)的區(qū)別。獨立源的電壓或電流是獨立存在的，而受控源的電壓或電流受電路中某些量的控制，控制量消失，則受控源也不存在。受控源吸收的功率為：

在分析電路時，通常先把受控源看作獨立源對待，并將控制量代入。X第43頁，共46頁，2023年，2月20日，星期