基本电路元件与电源.ppt

《基本电路元件与电源.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基本电路元件与电源.ppt（46页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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、(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(Ohms law),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(Ohms law)。,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-Voltage Current Relation)

3、 （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

4、、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

5、 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

6、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

7、.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

8、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）

9、,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

10、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(controlled source)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(Volta

11、ge Controlled Voltage Source),CCVS (Current Controlled Voltage Source),电压比系数,转移电阻,X,VCCS (Voltage Controlled Current Source),电流比系数,转移电导,CCCS (Current Controlled Current Source),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，通常先把受控源看作独立源对待， 并将控制量代入。,X,结论：含有受控电源的二端电阻网络可以实现负阻。,由KCL:,X,解：,返回,例题,含受控源电路的计算； 。先找控制量，注意不要丢失。 。含控制量支路不要化简。 。处理方法与独立源一样。 区别；受控源不能作为电路的激励。,X,化简AB端为简单电压源 和电流源.,例题.,解：,这里把受控电流源 转成受控电压源也很方便。,