電路和電路元件(上)

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1、第一章 電路和電路元件 XX大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第一章 電路和電路元器件 本章內(nèi)容摘要 學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)中的——電路基本組成 及常用的電路元件，是學(xué)習(xí)以下各章節(jié)的基礎(chǔ)。 介紹電阻元件，電感元件，電容元件，獨(dú)立電 源元件，半導(dǎo)體二極管和三極管等器件的工作 原理、特性曲線和參數(shù)。 第一章電路和電路元器件 1.1 電路和電路基本物理量 1.1.1 路與電路模型 一、實(shí)際電路 1電路 電路A1元件、器件、設(shè)備 電路是為了某種需要由某些電器設(shè)備或器件或元件按一定 方式組合起來(lái)的一一電流通路。 2分類 按聯(lián)結(jié)電路的目的和電路的作用分: ?力能電路 ?信號(hào)電路 1）力能電路（

2、強(qiáng)電） ?電壓高、電流和功率大（106Kw、105Kw）o ?實(shí)現(xiàn)能量的傳輸和轉(zhuǎn)換。 2）信號(hào)電路（弱電） ?傳遞和處理信號(hào)。 ?保證信號(hào)傳遞質(zhì)量。 音頻信號(hào)：16Hz?20kHz正弦、方波、三角波 處理：放大、變換、濾波… 放大器 低W) 率0-3 功a 信號(hào)源 電信號(hào) 二 非電信號(hào) 中間環(huán)節(jié) 電信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大, 傳遞給揚(yáng)聲器 電信號(hào) 非電信號(hào) ?由實(shí)際電路元件組成的電路稱為電路實(shí)體。 ?可將電路實(shí)體中各個(gè)實(shí)際的電路

3、元件都用 表征其物理性質(zhì)的理想電路元件代替O ?用理想電路元件組合成的電路稱為電路實(shí) 體的電路模型。 1.幾種基本的電路元件: 電阻元件：表示消耗電能的元件 電感元件: 表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件 實(shí)物 電容元件: 表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件 電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件 有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件, 在一定條件下可用同一模型表示； 同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其 模型可以有不同的形式 下頁(yè) 電容器 電池 運(yùn)算放大器 I 晶體管 * 工 仁

4、 2.電路模型(circuit model) 電路圖 開(kāi)關(guān) &-I燈泡 Rl 5 導(dǎo)線 電路模型 反映實(shí)際電路部件的主要電磁 性質(zhì)的理想電路元件及其組合。 理想電路元件 有某種確定的電磁性能的理想元件 常用電路圖來(lái)表示電路模型 （a）實(shí)際電路（b）電原理圖（c）電路模型（d）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖  (b) (c) 圖1 — 2晶體管放大電路 （a）實(shí)際電路（b）電原理圖（c）電路模型（d）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 電路模型近似地描述

5、實(shí)際電路的電氣特性。根據(jù)實(shí)際 電路的不同工作條件以及對(duì)模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng) 用不同的電路模型模擬同一實(shí)際電路?，F(xiàn)在以線圈為例加 以說(shuō)明。 圖1一3線圈的幾種電路模型 ⑶線圈的圖形符號(hào) (b)線圈通過(guò)低頻交流的模型 (c)線圈通過(guò)高頻交流的模型 電路模型是對(duì)實(shí)際電路電磁性能的科 學(xué)抽象和概括,具有一般性。 電路模型特點(diǎn)： 1）只見(jiàn)參數(shù)，不見(jiàn)設(shè)備 2）聯(lián)結(jié)關(guān)系不變，但不表示聯(lián)結(jié)形 式不變。 三、電路問(wèn)題 力能：電源 信號(hào):信號(hào)源 1激勵(lì)、響應(yīng) ?激勵(lì)一電源或信號(hào)源的電壓（電流），它推動(dòng)電路工作。 也稱輸入 ?響應(yīng)一由激勵(lì)在電路各個(gè)部分產(chǎn)生的電壓和電流。 響應(yīng)

6、也稱輸出 激勵(lì) 輸入 發(fā)生在負(fù)載上的響應(yīng) 輸出（響應(yīng)之一） 2電路問(wèn)題 計(jì)。 輸入X 輸出y 制系統(tǒng)分析 根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)，建立y=r（x）關(guān)系。 r ”,關(guān)系 研究電路的- L功能關(guān)系 力率統(tǒng)綜合 時(shí)變量（小寫字母） 電路變量（ 、非時(shí)變量（大寫字母）。、/、P 3電路分析的基本方法 結(jié)構(gòu)、參數(shù) 求解：電壓、電流、功率 ?首先確定 1）根據(jù)各元件電壓和電流關(guān)系一 元件約束（由元件本身特點(diǎn)決定） Ui=&I U2=R2I 5如 2）根據(jù)不同元件電壓和電流關(guān)系 4=。1 +。2 + 〃3 r元件約束 --數(shù)學(xué)模型 L平衡約

7、束 ?最后 求解 R 平衡約束（由KCL、KVL） 1.1.2電流和電壓的參考方向 (reference direction) 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能 量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量 是電流、電壓和功率。 1.電流的參考方向(current reference direction) 電流 帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng) 電流強(qiáng)度 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量  單位 A （安培）、kA 、mA、|1A lkA=103A lmA=103A 1 jx A=10 6A 方向 規(guī)

8、定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向 元件（導(dǎo)線）中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能: 實(shí)際方向 實(shí)際方向 問(wèn)題 復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí), 電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷 ?參考方向 電流（代數(shù)量） f大小 方向 任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電 流的參考方向。 i 參考方向 i參考方向 i -?參考方向 電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系: 一 B 實(shí)際方向 i<0 實(shí)際方向 i>0 電流參考方向的兩種表示: ?用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉? ?用雙下標(biāo)表示：如〃方，電流的參考方向由A指向B。 2.電

9、壓的參考方向(voltage reference direction) 電位（P 單位正電荷夕從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn) （（p=0）時(shí)電場(chǎng)力做功的大小 單位正電荷夕從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí) 電場(chǎng)力做功（〃）的大小 r/ef dW U - dq 實(shí)際電壓方向 電位真正降低的方向 單位：V （伏卜kV、mV、gV 已知：4c正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn) 電場(chǎng)力做功8J,由b點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場(chǎng) 力做功為12J, (1)若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn) 的電位和電壓I%、1」； (2)若以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，再求以上各值 以b點(diǎn)為電位參考點(diǎn) Wh 8 2 （P =3 = —

10、= 2丫 a q 4 %=夕〃=2-0 = 2/ %% 一0 = 一（-3） = 3V  (2)以c點(diǎn)為電位參考點(diǎn) 0=0 12 ~T =3V 4=%一2 =5-3 = 2/ 結(jié)論 “一9=3-0 = 3 V 電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中 各點(diǎn)的電位值就是唯一的；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)， 電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。 問(wèn)題 復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往 不易判別，給實(shí)際電路問(wèn)題的分析計(jì)算帶來(lái)困難。 電壓（降）的參考方向 假設(shè)的電壓降低方向 參考方向 參考

11、方向 U + 實(shí)際方向 實(shí)際方向 + U<0 U>0 電壓參考方向的三種表示方式: (1)用箭頭表示 (2)用正負(fù)極性表示 + (3)用雙下標(biāo)表示 A 0ab 3.關(guān)聯(lián)參考方向 元件或支路的明，采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考 方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。 關(guān)聯(lián)參考方向 非關(guān)聯(lián)參考方向 (2) 電壓電流參考方向如圖中

12、所標(biāo)，問(wèn)：對(duì)A 、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否? 答：A 電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)； B 電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。 ⑴分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。 參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包 括方向和符號(hào))，在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。 (3)參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但實(shí)際 方向不變。 1.1.3電路的功率和能量 一、電功率 單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。 dw dw u =— d夕 dw dw dq . ——= -=ui At dq At 功率的單位：w （瓦） （Watt,瓦特） 能量的單位：J （焦）（Joule

13、,焦耳） 二、功率的正負(fù) 1.電路吸收或發(fā)出功率的判斷方法 〃工取關(guān)聯(lián)參考方向 P=ui /示元件吸收的功率 P>0 吸收正功率（實(shí)際吸收） P<0 吸收負(fù)功率（實(shí)際發(fā)出） “"取非關(guān)聯(lián)參考方向 p = ui表示元件發(fā)出的功率 尸>0 發(fā)出正功率（實(shí)際發(fā)出） P<0 發(fā)出負(fù)功率（實(shí)際吸收） II 求圖示電路中各方框 所代表的元件消耗或 產(chǎn)生的功率。已知： Ui=iy 5= -3耳 U3=8Y U4=-4Y U5=7Y U6=-3V I1=2A, I2=1A, 13= -1A 4

14、=U/=lx2 = 2% （發(fā)出）月=U/=I）xl = -W （發(fā)出） P2=UJ1=（-3）x2 = -6W （發(fā)出）P5=q/3=7x（-l） = _7% （發(fā)出） K =44=8x2 = 16% （消耗）a=q/3=（-3）x（-l） = 3% （消耗） 對(duì)一完整的電路，發(fā)出的功率=消耗的功率 P=U I或尸=一。?/, 是否涉及到u、 /的具體數(shù)值? 判斷那個(gè)是吸收功率？那個(gè)是供出功率? 吸 收 Z7=10V Z=5A Z7=10V I=-5A 供 出 Z7=10V Z=5A 供 出

15、 吸 收 Z7=10V /=-5A (d) 關(guān)聯(lián)參考 (b) 非關(guān)聯(lián)參考 三、電能 功率也可以定義為單位時(shí)間 內(nèi)所消耗（或產(chǎn)生）的電能，即 W - pt 式中若時(shí)間t的單位為（h）;功率P的單位 為（W）,則電能的單位為（J）。 電能的單位 常用千瓦小時(shí)（kWh）,工業(yè)上用“度”表示。 1度電 = lkW.h=3. 6X106J 第1章直流電路 分析與思考 在圖示的關(guān)聯(lián)參考方 . 一 \ 向下，若電源和負(fù)載中 I 求得的電功率尸＞0,這E-fr U U 說(shuō)明它們是取用還是 — 一 O

16、 O 輸出電功率？ 返回分析與思考題集 上一題 下一題 解答 答：電源的電功率夕＞0,說(shuō)明電源輸出電 功率;負(fù)載的電功率夕＞0,說(shuō)明負(fù)載取用 （輸入）電功率。 1.2無(wú)源電路元件 1.2.1電阻元件 1.電阻概念； 對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關(guān) 系用"?i平面的一條曲線來(lái)描述 1）線性電阻 線性電阻 2外部 性概 外特性 伏安特性 o "(V) R T " = Ri ——電路元件或電路某部分端 口處電壓與電流之間的關(guān)系 JR J

17、 u = R(i)i /(A) ”(V) 匕’而 " ri i 用晶體管特性圖示儀 測(cè)量二端電阻器的電 壓電流關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)表明：在低頻工 作條件下，電阻器的 電壓電流關(guān)系是加平面 上通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一 條直線。 用晶體管特性圖示儀 測(cè)量晶體二極管的電 壓電流關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)表明：在低頻工 作條件下，晶體二極 管的電壓電流關(guān)系是切 平面上通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn) 的一條曲線。 3.功率和能量

18、 2 I）對(duì)于線性電阻元件，u = Ri n P = R = % 當(dāng)激勵(lì)的輸出為恒定時(shí)， p = i2r = < % = h K 2）電阻元件描述實(shí)際耗電能設(shè)備，注意額定值 額定電流A-耐熱限度 額定電壓Un --耐壓限度 長(zhǎng)時(shí)間工作的限額 能量: 可用功率表示。從t到1電阻消耗的能量: %= J：0 pd[ = 〃枇 4.電阻的開(kāi)路與短路 短路 i # 0 M = 0 R = 0 or 開(kāi)路 or G = 0 分析與思考 某負(fù)載為一可變電阻器，由電壓一定的 蓄電池供電，當(dāng)負(fù)載電阻增加時(shí)，該負(fù)載 是增加了？還是減小了? 解答 答：負(fù)載的增減指負(fù)

19、載消耗的電功率 的增減。負(fù)載消耗的電功率R8/4，蓄電 池電壓一定即式中壞變，當(dāng)兒增加時(shí)，P 減小，故該負(fù)載減小了。 分析與思考 圖示電路中的電源短路 A I 0 時(shí),是燒壞電源還是燒壞 J 1 照明燈？ 4 11 解答 答：燒壞電源。因?yàn)檫@時(shí)所有負(fù)載均 被短路，電流不通過(guò)負(fù)載，外電路的電阻 可視為零，回路中僅有很小的電源內(nèi)阻， 故會(huì)有很大的電流通過(guò)電源，將電源燒壞。 常用的各種二端電阻器件 。電阻器 。電阻器的色環(huán) 黑色 ■ 0 棕色

20、 紅色 . 2 橙色 3 黃色 4 綠色 5 藍(lán)色 ■ 6 紫色 ■ 7 灰色 8 白色 9 乘數(shù) X10 —X102 —X103 X104 _X105 X106 X107 例： 471 000 Q or 47-Kr X108 XI。刑 IstDigit — 2nd Digit-出 乘數(shù)- 許偏差-2%-紅色 5%-金色 10%-銀色 電阻器是利

21、用電阻系數(shù)較大的物質(zhì)所作成的。工作方式可分為固定電 阻(Fixed resistor)和可變電阻(Variable resistor)兩大類。 1- 定電阻: 定電阻可依組成結(jié)構(gòu)、制造方式的不同分為以下幾種 （1）炭膜電阻: 它是用一支瓷管上利用真空噴涂技術(shù)在上面噴涂一層炭膜，再將炭 膜外層加工車成螺旋紋狀，依照螺旋紋的多寡來(lái)定其電阻值，最后 在外層加上一層保護(hù)膜披覆，是我們最常使用的制品。 炭膜仲城端處伏） tuui tiUI （2）金屬膜電阻: 它是用一支瓷管上利用真空噴涂技術(shù)在上面噴涂一層金

22、 屬膜，并在金屬膜車上螺旋紋，內(nèi)部構(gòu)造與圖2相同， 只是將炭膜換成金屬膜，并且于瓷棒兩端度上貴金屬， 它的特色為穩(wěn)定、低雜音、誤差小及受溫度影響小。 （3）金屬氧化膜電阻： 它是用一支高熱傳導(dǎo)的基材（陶瓷）上利用高溫燃 燒技術(shù)在上面燒附一層金屬氧化薄膜，并在金屬氧 化薄膜車上螺旋紋，內(nèi)部構(gòu)造與圖2相同，只是將 炭膜換成金屬氧化薄膜，并且于外層噴涂不然性涂 料，它的特色為穩(wěn)定、低雜音及受溫度影響小。 （4）炭質(zhì)電阻 它是利用石墨、碳等較大的電阻系數(shù)物質(zhì)加上膠合劑加壓、加 熱成棒狀，并在制造時(shí)植入導(dǎo)線電阻的大小依成分配置及碳棒粗 細(xì)長(zhǎng)短而定，制造成本最為低廉。

23、 (5)線繞電阻： 上述電阻都不能承受大功率的消耗，因此若要使用于大功率時(shí)就必須 用線繞電阻。構(gòu)造如圖9所示 它是在一只瓷管上以合金線(鐵、銀……)繞制而成，外層涂裝硅利 康樹(shù)脂或不燃性涂料。 另外還有方形線繞電阻器，它是將線繞電阻器放入長(zhǎng)方形的瓷框內(nèi)， 用特殊的不燃耐熱水泥充填密封而成，這種電阻我們也稱它為水泥電阻。 ;1.2.2 電容元件 (capacitor) 電容器1―^在外電源作用下， 兩極板上分別帶上等量異號(hào)電荷

24、，撤去 電源，板上電荷仍可長(zhǎng)久地集聚下去, 是一種儲(chǔ)存電能的部件。 1.定義 電容元件—> 儲(chǔ)存電能的元件。其 特性可用〃?夕平面 上的一條曲線來(lái)描述 2.線性定常電容元件 任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷夕與電流〃成正比。夕?" 特性是過(guò)原點(diǎn)的直線 q = Cu or 「 q C = —x tana u 電路符號(hào) C I 單位 c稱為電容器的電容,單位：F （法） （Farad,法拉）,常用rF, pF等表示。  線性電容的電壓、電流關(guān)系 + 力取關(guān) 聯(lián)參考方向 電容元件VCR 的微分關(guān)

25、系 dq 「du =—=C — At At 表明: ((D) i的大小取決于u的變化率, ,電容是動(dòng)態(tài)元件； 與U的大小無(wú)關(guān) (2)當(dāng)〃為常數(shù)(直流)時(shí)，，=0。電容相當(dāng)于開(kāi)路，電容 有隔斷直流作用; 實(shí)際電路中通過(guò)電容的電流，為有限值，則電容電壓“ 必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù). g=+乙汨"&0 M"M，武 =〃⑷+乩礴 — C 電容元件VCR 表明 的積分關(guān)系 電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件 (1)當(dāng)〃，，為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá) 式前要冠以負(fù)號(hào)； (2)上式中u(to)稱為電容電壓的初始值，它反映電 容初始時(shí)刻的儲(chǔ)能狀況，也稱為初始狀

26、態(tài)。 ?關(guān)于電容電壓增量 在t 時(shí)刻 W) = y(O)+ 在t+△ t 時(shí)刻 v(z+A0=v(0)+lpi(t,)山, 廣 t+A/ Av = v(Z +A/)-v(/) = ^J 當(dāng)|i(t)|WM (M為有限常數(shù))，△{—()時(shí) 這說(shuō)明只要電流是有界函數(shù)，電壓就是連續(xù)函數(shù), 豐%(0_) = 0 K_z 即電容電壓值是不會(huì)發(fā)出跳變的。 ???v(t)是連續(xù)的 /? v (0+) =v (0.) =0 3.電容的功率和儲(chǔ)能 功率 ui = u^C 〃、i取關(guān) 聯(lián)參考方向 (⑴)當(dāng)電容充電,w>0, d w/d f>0,則，>0, q T ,p>0,電

27、容吸收功率。 (⑵)當(dāng)電容放電, 〃>0, d u/d t<0,貝?。輎v0, 夕1, p<0,電容發(fā)出功率. 表明 電容能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能 量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電 容元件是無(wú)源元件、是儲(chǔ)能元件，它本身不消耗能量。 由［〃= yflUsin cd t 二 JlUco C sin (cot+ 900) 瞬時(shí)功率：p = i , u = UI sin 2 co t 結(jié)論： 純電容不消 耗能量，只和 電源進(jìn)行能量 交換（能量的 吞吐）。 所以電容。是儲(chǔ) 能元件。 ., ? , , ? ? ? ? * I /

28、? ? ■ ? ? ? ???o 2C 若〃(-8)=0 1 =—Cu2(t)= 2 從，。到，電容儲(chǔ)能的變化量: Wc=-Cu\t)--Cu\t.) = ——夕2⑺一 2C (1)電容的儲(chǔ)

29、能只與當(dāng)時(shí)的電壓值有關(guān)，電容 電壓不能躍變，反映了儲(chǔ)能不能躍變； (2)電容儲(chǔ)存的能量一定大于或等于零。 例求電流，、功率產(chǎn)仞和儲(chǔ)能/m 黑s(t)的函數(shù)表示式為: t2s 解得電流 dt Q2s p(f) = 〃)■，) 二 0 t<0 2t 0 < / < h 一 ,2，-4 0 t>2s

30、1 ? Wc(t) = -Cu2(t) = 0 /<0 t2 02s 若已知電流求電容電壓，有 ，（，）= < 0 1 —1 0 f <0 02s i/A 1 1 2 〃S 當(dāng) "期妻腫 =G+2t=2t 當(dāng) %) = 〃(1) +白 J：(-L)時(shí)= 4 — 2, ? J 當(dāng) 2<， 〃c(，)= 〃(2) + 1 104]= 0.5 8

31、 0 ***- 31 ian. cm 鋁電解電容器 上停工#訃4引 陶瓷貼片 薄膜電容器 瓷介電容器 ! 1.2.3 電感元件(inductor) 〃 (t)=N ①(t) 電感

32、器 把金屬導(dǎo)線繞在一骨架上構(gòu) 成一實(shí)際電感器，當(dāng)電流通 過(guò)線圈時(shí)，將產(chǎn)生磁通, 一種儲(chǔ)存磁能的部件 1.定義 實(shí)際線圈的理想 化模型，假想由 無(wú)阻導(dǎo)線繞制而 儲(chǔ)存磁能的 電感元件一A特性可用甲?，平面 上的一條曲線來(lái)描述 /(%>) = 成 韋安 1.線性定常電感元件 任何時(shí)刻，通過(guò)電感元件的電流i與其磁鏈中成正比。 ?，特性是過(guò)原點(diǎn)的直線 = Li(t) ?電路符號(hào) 單位 L

33、稱為電感器的自感系數(shù)，的單位：H（亨） （Henry,亨利），常用piH，mH表示。  ?線性電感的電壓、電流關(guān)系 i L + u(t) ，取關(guān) 聯(lián)參考方向 表明: 根據(jù)電磁感應(yīng)定 律與楞次定律 電感元件VCR ■的微分關(guān)系 di// di(t) —JL> (1)電感電壓〃的大小取決于7的變化率，與，的大小無(wú) 關(guān)，電感是動(dòng)態(tài)元件； (2)當(dāng)i為常數(shù)(直流)時(shí), =0。電感相當(dāng)于短路; (⑶)實(shí)際電路中電感的電壓"為有限值，則電感電流i 不能躍變，必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù). 3=』8"延=］仁"涯+*"遁 =進(jìn)）+* 〃遁 表明 L 二二；

34、電感元件VCR 的積分關(guān)系 電感元件有記憶電壓的作用，故稱電感為記憶元件 （1）當(dāng)〃，，為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá) 式前要冠以負(fù)號(hào)； （2）上式中，（%）稱為電感電流的初始值，它反映電 感初始時(shí)刻的儲(chǔ)能狀況，也稱為初始狀態(tài)。 〃、i取關(guān) 聯(lián)參考方向 3.電感的功率和儲(chǔ)能 (⑴)當(dāng)電流增為,/>0, d Z/d >0,則〃>0, "T, p>0,電感吸收功率。 (⑵)當(dāng)電流減小,/>0, d〃dk0,則〃v0,叭, p<0,電感發(fā)出功率。 表明 電感能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能 量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電 感元件是無(wú)源

35、元件、是儲(chǔ)能元件，它本身不消耗能量。 i = y[ll sin co t = 421 coL-sin ((ot + 90 ) 耗能量，只和 十 p >o 儲(chǔ)能放能 儲(chǔ)能放能 可逆的能量 畫 結(jié)論： 純電感不消 分析：瞬時(shí)功率:p = i?u= UI sin 2 co t 電源進(jìn)行能量 交換（能量的 吞吐）。 ???電感上是儲(chǔ) ■；能元iun;  電感的儲(chǔ)能 WT = rt Li J—00 di df 萩二；/0） 1 9 1 9 二5療⑺— 若 z(-oo)=0 1 1 二下/⑺ /⑺no 從fo到r電感儲(chǔ)能的變化量: % =

36、； Li2 ）一 ；上產(chǎn) a。）= J 獷2 ）_ J 破2（"） 表 （1）電感的儲(chǔ)能只與當(dāng)時(shí)的電流值有關(guān)，電感 電流不能躍變，反映了儲(chǔ)能不能躍變; （2）電感儲(chǔ)存的能量一定大于或等于零。 電容元件與電感元件的比較: (2)若把〃工, ，C?L, 互換,可由電容元件 電容c 電感t 變量 電壓u 電荷q 電流i 磁鏈中 關(guān)系式 q = Cu / = c—— dt Wc =-Cu2 =-q2 c 2 2C W = Li r dz u = L—— dt 1 ? 1 ? W L = -Li2 =——獷 z 2 2Z (1)元件方程的形式是

37、相似的; 的方程得到電感元件的方程; (3)。和上稱為對(duì)偶元件，乎、夕等稱為對(duì)偶元素。 *顯然，R、G也是一對(duì)對(duì)偶元素：U=RI = I=GU I=U/R = U=I/G 4.電感器的實(shí)物圖  1.3獨(dú)立電源元件 1.理想電壓源 定義 其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其 值與流過(guò)它的電流i無(wú)關(guān)的元件叫理想電壓源。 電路符號(hào) 一??,■■? 伏安關(guān)系 ?理想電壓源的電壓、電流關(guān)系 ((D)電源兩端電壓由電源本身決定， 與外電路無(wú)關(guān)；與流經(jīng)它的電流方 向、大小無(wú)關(guān)。 (⑵)通過(guò)電壓源的電流由電

38、源及外 電路共同決定。 電壓源不能短路! ?電壓源的功率 物理意義: （1）電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián); 電流（正電荷）由低電位向 高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng) 力作功電源發(fā)出功率。 P = usi -?發(fā)出功率，起電源作用 （2）電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián); 物理意義: 電場(chǎng)力做功， 電源吸收功率。 P = U.i _?吸收功率，充當(dāng)負(fù)載 或: P = —uA 發(fā)出負(fù)功 例 計(jì)算圖示電路各元件的功率。

39、5V 發(fā)出 P5V=usi = 5x(-1) = -5W 發(fā)出 & =必2 =5x1 = 5% 吸收 滿足：P （發(fā)）=P （吸） ?實(shí)際電壓源 伏安特性 u = us - Rsi o + + Q Rs / 一個(gè)好的電壓源要求 As f 0 考慮內(nèi)阻 實(shí)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。 2 ?理想電流源 定義 理想電流源的電壓、電流關(guān)系 伏安 關(guān)系 其輸出電流總能保持定值或一定 的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓〃 無(wú)關(guān)的元件叫理想電流源。

40、一 電路符號(hào) (1)電流源的輸出電流由電源本身決定，與外 電路無(wú)關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無(wú)關(guān) ((2))電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定 u = Ri + R -? 〃 = 0 {R = 0) 外電路 電流源不能開(kāi)路! 實(shí)際電流源的產(chǎn)生 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無(wú) 關(guān)；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 P = uis 或: p = -isu -A發(fā)出負(fù)功 (1)電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)； P = uis -?發(fā)出功率，起電源作用 (2)電壓、

41、電流的參考方向關(guān)聯(lián)； P = uis -?吸收功率，充當(dāng)負(fù)載 例 計(jì)算圖示電路各元件的功率。 P5V=usi = 5x(-2) =-10W 發(fā)出 發(fā)出 滿足：P （發(fā)）=p （吸） ?實(shí)際電流源 考慮內(nèi)阻 伏安特性 U 一個(gè)好的電流源要求 Rs—8 實(shí)際電流源也不允許開(kāi)路。因其內(nèi)阻大，若 開(kāi)路，電

42、壓很高，可能燒毀電源。 三、實(shí)際電源 1.實(shí)驗(yàn) 醛曳辱 ?電壓源模型 理想電壓源與電阻的串聯(lián) （開(kāi)路電壓）、開(kāi)路電壓 ?電流源模型 短路電流 理想電流源與電阻的并聯(lián) （短路電流） 電壓源模型  2.伏安特性 四電壓源和電流源的串聯(lián)和并聯(lián) 1.理想電壓源的串聯(lián)和并聯(lián) 注意參考方向 相同的電壓 源才能并聯(lián), 電源中的電 流不確定。 ?電壓源與支路的串、并聯(lián)等效 〃=必］+Rxi+us2 +

43、Rji = (〃si +〃S2)+(K + 凡 = 〃s +尺, 對(duì)外等效! 2.理想電流源的串聯(lián)并聯(lián) 相同的理想電流源才能串聯(lián),每個(gè)電流源的端電壓不能確定 ?電流源與支路的串、并聯(lián)等效 ，=。+ 〃/居 ++ 〃/尺2 = * + L +。/居 + 1/尺2)〃 =乙 + 〃/A 對(duì)外等效! 五、電壓源和電流源的等效變換 實(shí)際電壓源、實(shí)際電流源兩種模型可以進(jìn)行等效變換, 所謂的等效是

44、指端口的電壓、電流在轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持不變。 端口特性 -O + 實(shí)際電壓源 實(shí)際電流源 u=Us _R/ ] i = u/R] i =is - GjU 比較可得等效的條件: is=us/Ri G^l/R： 由電壓源變換為電流源: 由電流源變換為電壓源:  注意 數(shù)值關(guān)系: (1)變換關(guān)系 方向：電流源電流方向與電壓源電壓方向相反。 (2)等效是對(duì)外部電路等效，對(duì)內(nèi)部電路是不等效的。 表現(xiàn)在 ?開(kāi)路的電壓源中無(wú)電流流過(guò)

45、尾; 開(kāi)路的電流源可以有電流流過(guò)并聯(lián)電導(dǎo)G。 ?電壓源短路時(shí)，電阻中凡有電流; 電流源短路時(shí)，并聯(lián)電導(dǎo)G中無(wú)電流。 (3)理想電壓源與理想電流源不能相互轉(zhuǎn)換。 電源等效 變換動(dòng)畫 利用電源轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)化電路計(jì)算。 5A 3c 7c Z=0.5A 2A 4Q 2 A 6A U 51/50. I I U=20V 把電路轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串連。 例3. 例4. 6c 利用電源等效互換方法求圖 例題: 中電流乙 解：原甲 謝謝!