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1、1,2023/7/11,电阻元件,对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用u-i平面的一条曲线来描述：,1.定 义,伏安特性,1.5 电阻元件(resistor),2,2023/7/11,R 称为电阻，单位：(欧)(Ohm，欧姆),单 位,G 称为电导，单位：S(西门子)(Siemens，西门子),2.线性定常电阻元件,电路符号,任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。,定 义,1.5 电阻元件(resistor),3,2023/7/11,u-i 关系,满足欧姆定律(Ohms Law),u、i 取关联参考方向,伏安特性为一条过原点的直线,1.5 电阻元件(resistor),4,2023/7/11,
2、(1)如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号,注意,(2)说明线性电阻是无记忆、双向性的元件,欧姆定律,则欧姆定律写为,u R i i G u,公式和参考方向必须配套使用！,非关联方向情况下,1.5 电阻元件(resistor),5,2023/7/11,功率和能量,上述结果说明线性电阻元件在任何时刻总是消耗功率的，将电能转换为热能，具有无源性。,p吸 u i(R i)i i2 R u(u/R)u2/R 0,P吸 u i i2R u2/R 0,功 率,1.5 电阻元件(resistor),P u i-i2R-u2/R（计算发出功率，实际吸收功率）,6,2023/7/11,可用功表示
3、。从 t 到t0电阻消耗的能量：,能量,1.5 电阻元件(resistor),7,2023/7/11,3.电阻的开路与短路,短路,开路,1.5 电阻元件(resistor),8,2023/7/11,4.几种常见的电阻元件,普通金属膜电阻,绕线电阻,电阻排,热敏电阻,1.5 电阻元件(resistor),9,2023/7/11,电容器,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，是一种储存电能的部件。,1.定义,电容元件,储存电能的元件。其特性可用u-q 平面上的一条曲线来描述,库伏特性,1.6 电容元件(capacitor),10,2023/7/11,
4、任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压 u 成正比。q-u 特性是过原点的直线,电路符号,2.线性定常电容元件,C 称为电容器的电容,单位：F(法)(Farad，法拉),常用F，pF等表示。,单 位,定 义,1.6 电容元件(capacitor),11,2023/7/11,线性电容的电压、电流关系,表 明,(1)i 的大小取决于 u 的变化率,与 u 的大小无关，电容是动态元件；,(2)当 u 为常数(直流)时i=0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；,u、i 取关联参考方向,电容元件VCR的微分关系,1.6 电容元件(capacitor),12,2023/7/11,电容元件有记忆电流的作用
5、，故称电容为记忆元件,表明,电容元件VCR的积分关系,1.6 电容元件(capacitor),13,2023/7/11,（1）上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。（2）实际电路中通过电容的电流 i为有限值，则电容 电压u必定是时间的连续函数。（3）当 u，i为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号;,注,1.6 电容元件(capacitor),14,2023/7/11,电容的功率和储能,当电容充电，u0，d u/d t0，则i0，q，p0,电容吸收功率。,当电容放电，u0，d u/d t0，则i0，q，p0,电容发出功率.,功 率,表 明
6、,电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。,u、i 取关联参考方向,1.6 电容元件(capacitor),15,2023/7/11,（1）电容的储能只与当时的电压值有关，电容 电压不能跃变，反映了储能不能跃变；,从t0到 t 电容储能的变化量：,电容的储能,表明,从-到 t 电容储能的变化量：,（2）电容储存的能量一定大于或等于零。,1.6 电容元件(capacitor),16,2023/7/11,3.几种常见的电容器,普通电容器,电力电容器,电解电容器,1.6 电容元件(capaci
7、tor),17,2023/7/11,求电流i、C的功率P(t)和储能W(t),电源波形,解,u(t)的函数表示式为:,解得电流,【例1-5】,18,2023/7/11,吸收功率,释放功率,19,2023/7/11,若已知电流求电容电压，有,20,2023/7/11,电感器,把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁能的部件,（t)N(t),1.定义,电感元件,储存磁能的元件。其特性可用i 平面上的一条曲线来描述,韦安特性,1.7 电感元件(inductor),21,2023/7/11,任何时刻，通过电感元件的电流i与其磁链 成正比。i 特性是过原点的直线
8、,电路符号,2.线性定常电感元件,L 称为电感器的自感系数,L的单位：H(亨)(Henry，亨利)，常用H，m H表示。,单 位,定义,1.7 电感元件(inductor),22,2023/7/11,线性电感的电压、电流关系,表明,(1)电感电压u 的大小取决于i 的变化率,与i 的大小无关，电感是动态元件；,(2)当i为常数(直流)时，u=0。电感相当于短路；,实际电路中电感的电压 u为有限值，则电感电流i 不能跃变，必定是时间的连续函数。,u、i 取关联参考方向,电感元件VCR的微分关系,23,2023/7/11,电感元件有记忆电压的作用，故称电感为记忆元件,（1）当 u，i为非关联方向时
9、，上述微分和积分表达式前要冠以负号;（2）上式中i(t0)称为电感电流的初始值，它反映电感初始时刻的储能状况，也称为初始状态。,表明,注,电感元件VCR的积分关系,24,2023/7/11,电感的功率和储能,当电流增大，i0，d i/d t0，则u0，p0,电感吸收功率。,当电流减小，i0，d i/d t0，则u0，p0,电感发出功率。,功率,表明,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。,u、i 取关联参考方向,25,2023/7/11,（1）电感的储能只与当时的电流值有关，电感 电流
10、不能跃变，反映了储能不能跃变；,电感的储能,表明,从-到 t 电感储能的变化量：,从t0到 t 电感储能的变化量：,（2）电感储存的能量一定大于或等于零。,26,2023/7/11,3.几种常见的电感元件,带有磁心的电感,陶瓷电感,铁氧体电感,1.7 电感元件(inductor),27,2023/7/11,其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。,1.理想电压源,定义,1.8 独立电源元件(independent source),28,2023/7/11,电路符号,单 位,1.8 独立电源元件(independent source),独立电源的参
11、考方向一般设为非关联方向,29,2023/7/11,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,u,i,伏安关系,u,i,1.8 独立电源元件(independent source),30,2023/7/11,外电路,电压源不能短路！,【例】,1.8 独立电源元件(independent source),31,2023/7/11,电压源的功率,电场力做功，电源吸收功率。,（1）电压、电流的参考方向非关联；,物理意义：,电流（正电荷）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。,发出功
12、率，起激励作用,（2）电压、电流的参考方向关联；,物理意义：,吸收功率，充当负载,或：,发出负功,32,2023/7/11,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,吸收,吸收,满足：P（发）P（吸）,【例1-6】,电源并不一定发出功率！,吸收,或,33,2023/7/11,实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。,实际电压源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电压源要求,34,2023/7/11,输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。,电路符号,2.理想电流源,定义,单 位,1.8 独立电源元件(independent sour
13、ce),35,2023/7/11,2.理想电流源,（1）电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。,（2）电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。,理想电流源的电压、电流关系,伏安关系,1.8 独立电源元件(independent source),36,2023/7/11,外电路,电流源不能开路！,实际电流源的产生,可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,【例】,37,2023/7/11,电流源的功率,（1）电压、电流的参考方向非关联；,发出功率，起激励作用,（2）电压、电流的参考方向关联；
14、,吸收功率，充当负载,或：,发出负功,1.8 独立电源元件(independent source),38,2023/7/11,计算图示电路各元件的功率。,吸收,发出,满足：p（发）p（吸）,解,【例1-6】,吸收,或,吸收,或,满足：p（发）0,39,2023/7/11,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,实际电流源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电流源要求,40,2023/7/11,电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。,电路符号,受控电压源,1.定义,受控电流源,单 位,1.9 受控电源(cont
15、rolled source),不完整,41,2023/7/11,根据控制量和被控制量是电压u 或电流i，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。,2.分 类,1.9 受控电源(controlled source),(1)电流控制的电流源(CCCS),(2)电压控制的电流源(VCCS),(3)电压控制的电压源(VCVS),(4)电流控制的电压源(CCVS),42,2023/7/11,(1)电流控制的电流源(CCCS),:电流放大倍数,2.分 类,四端元件,输出：受控部分,输入：控制部分,1.9 受控电源(controlled source)
16、,43,2023/7/11,2.分 类,1.9 受控电源(controlled source),(2)电压控制的电流源(VCCS),g:转移电导,44,2023/7/11,2.分 类,1.9 受控电源(controlled source),(3)电压控制的电压源(VCVS),:电压放大倍数,45,2023/7/11,2.分 类,1.9 受控电源(controlled source),(4)电流控制的电压源(CCVS),r:转移电阻,46,2023/7/11,电路模型,【例】,1.9 受控电源(controlled source),47,2023/7/11,3.受控源与独立源的比较,(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,(2)独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激励”。,1.9 受控电源(controlled source),48,2023/7/11,求：电压u2。,解,【例1-7】,49,2023/7/11,1-41-9 1-11（要说明是发出的功率，还是吸收的功率）研究性学习：电路元件(特性)在实际电路中的应用,作业2,
