电路基本元件介绍精.ppt

电路基本元件介绍第1页，本讲稿共43页1.3 电阻元件电阻元件一、电磁特性一、电磁特性对电流呈现阻碍作用，消耗电能。对电流呈现阻碍作用，消耗电能。二、线性电阻元件二、线性电阻元件n 定义定义 电压和电流有确定的对应关系，可以用电压和电流有确定的对应关系，可以用u-iu-i平面平面上的一条关系曲线（即伏安曲线）表示，且伏安关系是上的一条关系曲线（即伏安曲线）表示，且伏安关系是一条通过原点的直线的元件。一条通过原点的直线的元件。第2页，本讲稿共43页n 电路符号：电路符号：ui+Rn 电压电流关系（电压电流关系（VCR）：）：电压与电流成正比。此即欧姆定律。电压与电流成正比。此即欧姆定律。u、i 取关联参取关联参考方向考方向u、i 取非关联取非关联参考方向参考方向第3页，本讲稿共43页n伏安特性：伏安特性：通过原点的一条直线。通过原点的一条直线。说明：说明：ui 如果电阻的伏安关系不是一条直线，则称为非线性如果电阻的伏安关系不是一条直线，则称为非线性电阻，半导体二极管就是一个非线性电阻器件，当电压、电阻，半导体二极管就是一个非线性电阻器件，当电压、电流为关联方向时，其关系可用下式表示电流为关联方向时，其关系可用下式表示第4页，本讲稿共43页n 开路和短路：开路和短路：当一个二端元件（或电路）的端电压不论为何值当一个二端元件（或电路）的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值，就把它称为时，流过它的电流恒为零值，就把它称为开路开路。开路。开路的伏安特性在的伏安特性在u-iu-i平面上与电压轴重合，它相当于平面上与电压轴重合，它相当于R=R=或或G=0G=0。第5页，本讲稿共43页 当流过一个二端元件（或电路）的电流不论为何值时，当流过一个二端元件（或电路）的电流不论为何值时，它的端电压恒为零值，就把它称为短路。短路的伏安特性在它的端电压恒为零值，就把它称为短路。短路的伏安特性在u-iu-i平面上与电流轴重合，它相当于平面上与电流轴重合，它相当于R=0R=0或或G=G=。第6页，本讲稿共43页n 功率：功率：电阻的功率恒为正值，说明电阻是耗能元件。电阻的功率恒为正值，说明电阻是耗能元件。n 能量：能量：第7页，本讲稿共43页1.4 电感元件电感元件一、电磁特性一、电磁特性 当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁场能当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁场能量的部件。量的部件。二、线性电感元件二、线性电感元件 如果在任何时刻，通过电感元件的电流如果在任何时刻，通过电感元件的电流i i与其磁链与其磁链 成正比，成正比，-i-i 特性是过原点的直线，这样的元件称为线性特性是过原点的直线，这样的元件称为线性电感元件。电感元件。第8页，本讲稿共43页n 电路符号：电路符号：+u(t)iLn 电压电流关系（电压电流关系（VCR）：）：u、i 取取 关关 联联参参 考考 方方 向向u、i 取取非非关关联联参参考考方方向向第9页，本讲稿共43页VCR表明：1 1、电感元件的电压、电流是微分关系，即感应电压与、电感元件的电压、电流是微分关系，即感应电压与该时刻电流的变化率成正比。该时刻电流的变化率成正比。2 2、倘若电流不变化，即在直流电路中，则电压、倘若电流不变化，即在直流电路中，则电压u=0u=0，电感，电感相当于短路。相当于短路。3 3、实际电路中电感的电压、实际电路中电感的电压 u u为有限值，则电感电流为有限值，则电感电流 i i 不不能跃变，必定是时间的连续函数。能跃变，必定是时间的连续函数。第10页，本讲稿共43页VCR的另一种形式：表明：1 1、电感是一种记忆元件；、电感是一种记忆元件；2 2、电感电流具有连续性。、电感电流具有连续性。第11页，本讲稿共43页n 储能：储能：表明：某时刻电感的储能取决于该时刻电感的电流值，某时刻电感的储能取决于该时刻电感的电流值，与电感的电压值无关。反映了电感的储能不能发生跃与电感的电压值无关。反映了电感的储能不能发生跃变。变。第12页，本讲稿共43页1.5 电容元件电容元件一、电磁特性一、电磁特性 在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号电荷，在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，能够储存电场撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，能够储存电场能量。能量。二、线性电容元件二、线性电容元件 任何时刻，电容元件极板上的电荷任何时刻，电容元件极板上的电荷q q与电压与电压 u u 成正比，成正比，q-u q-u 特性是过原点的直线。这种电容元件称为线性电特性是过原点的直线。这种电容元件称为线性电容。容。第13页，本讲稿共43页n 电路符号：电路符号：n 电压电流关系（电压电流关系（VCR）：）：u、i 取取关关联联参参 考考 方方 向向u、i 取取 非非 关关联联 参参 考考 方方 向向Cu第14页，本讲稿共43页VCR表明：1 1、电容元件上电压与电流也是微分关系，电流与该时、电容元件上电压与电流也是微分关系，电流与该时刻电压的变化率成正比。刻电压的变化率成正比。2 2、如果电压不变化，即加上直流电压，则、如果电压不变化，即加上直流电压，则i=0i=0，电容，电容相当于开路。相当于开路。3 3、实际电路中通过电容的电流、实际电路中通过电容的电流 i i 为有限值，则电容电压为有限值，则电容电压u u必定是时间的连续函数。必定是时间的连续函数。第15页，本讲稿共43页VCR的另一种形式：表明：1 1、电容是一种记忆元件；、电容是一种记忆元件；2 2、电容电压具有连续性。、电容电压具有连续性。第16页，本讲稿共43页n 储能：储能：表明：某时刻电容的储能取决于该时刻电容的电压值，与某时刻电容的储能取决于该时刻电容的电压值，与电容的电流值无关。反映了电容的储能不能发生跃变。电容的电流值无关。反映了电容的储能不能发生跃变。第17页，本讲稿共43页【例2-1】C0.5Fi 电路如下图所示，求电流电路如下图所示，求电流i i、功率、功率P(t)P(t)和储能和储能W(t)W(t)。第18页，本讲稿共43页解：u uS S(t)(t)的函数表示式为的函数表示式为:21t/s20uS/V第19页，本讲稿共43页解得电流为：解得电流为：21t/s1i/A-1第20页，本讲稿共43页21t/s20p/W-2第21页，本讲稿共43页21t/s10WC/J第22页，本讲稿共43页若已知电流求电容电压，有若已知电流求电容电压，有21t/s1i/A-1第23页，本讲稿共43页1.6 电源电源一、电压源一、电压源1、理想电压源、理想电压源n 电路符号电路符号i+实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源的内阻。的内阻。第24页，本讲稿共43页n 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：1 1、端电压为恒定值（直流电压源）或固定的时间函数（交流、端电压为恒定值（直流电压源）或固定的时间函数（交流电压源），与所接外电路无关；电压源），与所接外电路无关；2 2、通过电压源的电流则随外电路的不同而变化。、通过电压源的电流则随外电路的不同而变化。n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：伏安特性是一条平行于电流轴的直线。伏安特性是一条平行于电流轴的直线。ui第25页，本讲稿共43页n 功率：功率：1 1、电压、电流为关联参考方向电压、电流为关联参考方向+_iu+_ 电场力做功电场力做功，电源吸收功率。充当负载。电源吸收功率。充当负载。第26页，本讲稿共43页1 1、电压、电流为非关联参考方向电压、电流为非关联参考方向+_iu+_ 电流（正电荷电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。起电源作用。服电场力作功，电源发出功率。起电源作用。第27页，本讲稿共43页2、实际电压源、实际电压源n 电路模型：电路模型：一个理想电压源一个理想电压源U US S和内阻和内阻R Ri i相串联的电路结构。相串联的电路结构。i+_u+_第28页，本讲稿共43页n 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：usuiO 电源的内阻越小其输出电压越稳定。第29页，本讲稿共43页二、电流源二、电流源1、理想电流源、理想电流源 实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源的内实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源的内阻。阻。n 电路符号：电路符号：+第30页，本讲稿共43页n 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：1 1、端电流为恒定值（直流电压源）或固定的时间函数、端电流为恒定值（直流电压源）或固定的时间函数（交流电压源），与所接外电路无关；（交流电压源），与所接外电路无关；2 2、电流源两端的电压则随外电路的不同而变化。、电流源两端的电压则随外电路的不同而变化。n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：伏安特性是一条平行于电压轴的直线。伏安特性是一条平行于电压轴的直线。ui第31页，本讲稿共43页n 功率：功率：1 1、电压、电流为关联参考方向电压、电流为关联参考方向 电场力做功电场力做功，电源吸收功率。充当负载电源吸收功率。充当负载。u+第32页，本讲稿共43页1 1、电压、电流为非关联参考方向电压、电流为非关联参考方向电流源发出功率，起电源作用电流源发出功率，起电源作用u+_第33页，本讲稿共43页2、实际电流源、实际电流源n 电路模型：电路模型：一个理想电流源一个理想电流源I IS S和内阻和内阻R Ri i相并联的电路结构。相并联的电路结构。u+_i第34页，本讲稿共43页n 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：电源的内阻越小其输出电流越稳定。uiO第35页，本讲稿共43页1.7 受控源受控源n 定义：定义：输出电压或电流受电路其他部分电压或电流的控制，输出电压或电流受电路其他部分电压或电流的控制，这这种元件称为种元件称为“受控源受控源”，受控源又称为非独立源，也是有，受控源又称为非独立源，也是有源器件。源器件。n 分类：分类：根据控制量是电压还是电流，受控的是电压源还是根据控制量是电压还是电流，受控的是电压源还是电流源，理想受控源有四种基本形式。它们是：电压控电流源，理想受控源有四种基本形式。它们是：电压控制电压源（制电压源（VCVSVCVS），电压控制电流源（），电压控制电流源（VCCSVCCS），），电流控制电压源（电流控制电压源（CCVSCCVS），电流控制电流源（），电流控制电流源（CCCSCCCS）。）。第36页，本讲稿共43页n 电路符号：电路符号：VCVSVCVSVCCSVCCSCCVSCCVSCCCSCCCS第37页，本讲稿共43页说明：1 1、受控端（输出端）的电压或电流有控制端（输入端）、受控端（输出端）的电压或电流有控制端（输入端）的电压或电流的比值称转移函数（或称控制系数），分别用的电压或电流的比值称转移函数（或称控制系数），分别用、g g、表示。其中：表示。其中：（1 1）=U=U2 2/U/U1 1，称为转移电压比；称为转移电压比；（2 2）g=Ig=I2 2/U/U1 1，称为转移电导；，称为转移电导；（3 3）=U=U2 2/I/I1 1，称为转移电阻；，称为转移电阻；（4 4）=I=I2 2/I/I1 1，称为转移电流比。，称为转移电流比。第38页，本讲稿共43页 2 2、g g、为常数时，被控制量与控制量成正为常数时，被控制量与控制量成正比，这种受控源称为线性受控源。比，这种受控源称为线性受控源。3 3、以上四种受控源均指的是理想受控源。所谓、以上四种受控源均指的是理想受控源。所谓“理想理想”，其含义有二，一是指受控电压源的输出电阻为零，受控电，其含义有二，一是指受控电压源的输出电阻为零，受控电流源的输出电阻为无穷大；二是指电流控制的受控源，其输流源的输出电阻为无穷大；二是指电流控制的受控源，其输入电阻为零，呈短路状态，电压控制的受控源，其输入电阻入电阻为零，呈短路状态，电压控制的受控源，其输入电阻为无穷大，呈开路状态。为无穷大，呈开路状态。第39页，本讲稿共43页 1 1、在同一线性电路中可以同时含有独立电源和受控源。、在同一线性电路中可以同时含有独立电源和受控源。但由于受控源与独立电源的特性完全不同，因此它们在电但由于受控源与独立电源的特性完全不同，因此它们在电路中所起的作用也完全不同。独立电源是电路的输入或激路中所起的作用也完全不同。独立电源是电路的输入或激励，它为电路提供按给定时间函数变化的电压和电流，从励，它为电路提供按给定时间函数变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。受控源则描述电路中两条支而在电路中产生电压和电流。受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，它的存在可以改变电路路电压和电流间的一种约束关系，它的存在可以改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。假如电路中不含中的电压和电流，使电路特性发生变化。假如电路中不含独立电源，不能为控制支路提供电压或电流，则受控源以独立电源，不能为控制支路提供电压或电流，则受控源以及整个电路的电压和电流将全部为零。及整个电路的电压和电流将全部为零。n 与独立源比较：与独立源比较：第40页，本讲稿共43页 2 2、受控源也具有独立源的一般性质，但必须以控制量、受控源也具有独立源的一般性质，但必须以控制量的存在为前提条件。在电路分析中，对受控源的处理与独立的存在为前提条件。在电路分析中，对受控源的处理与独立电源并无原则区别，惟一要注意的是，对含有受控源的电路电源并无原则区别，惟一要注意的是，对含有受控源的电路进行化简时，若受控源还被保留，不要把受控电源的控制量进行化简时，若受控源还被保留，不要把受控电源的控制量消除掉。消除掉。第41页，本讲稿共43页本讲小结 1 1、电阻是一种耗能元件，欧姆定律揭示了线性电阻、电阻是一种耗能元件，欧姆定律揭示了线性电阻电压、电流之间的约束关系，即电阻元件的电压、电流之间的约束关系，即电阻元件的VCRVCR。实际。实际电阻器在使用时要注意它的额定电压、额定电流和额定电阻器在使用时要注意它的额定电压、额定电流和额定功率。功率。2 2、电感、电容两种储能元件。其、电感、电容两种储能元件。其VCRVCR为微分关系，这为微分关系，这表明：其电压、电流的存在是以另一个物理量不断变化为表明：其电压、电流的存在是以另一个物理量不断变化为存在前提。存在前提。3 3、电源分独立源和受控源。独立源又分为电压源和电流、电源分独立源和受控源。独立源又分为电压源和电流源，它们是忽略了实际电源的内阻而抽象出来的理想化模型。源，它们是忽略了实际电源的内阻而抽象出来的理想化模型。受控源的输出量具有受控性，它有四种类型。受控源的输出量具有受控性，它有四种类型。第42页，本讲稿共43页本讲作业 1 1、复习本讲内容；、复习本讲内容；2 2、预习下一讲内容、预习下一讲内容基尔霍夫定律；基尔霍夫定律；3 3、书面作业：习题、书面作业：习题1-121-12，1-151-15，1-171-17。第43页，本讲稿共43页