电路课件14-17

1、1.4 电路元件电路元件( ( electric elements ) ) 电路元件是电路中最基本的组成单元电路元件是电路中最基本的组成单元 电路元件通过其端子与外部相连接；元件电路元件通过其端子与外部相连接；元件的特性通过与端子有关的物理量描述。的特性通过与端子有关的物理量描述。 每一种元件反映某种确定的电磁特性每一种元件反映某种确定的电磁特性 假定元器件伴随的电磁过程都分别集中在假定元器件伴随的电磁过程都分别集中在各元件内部进行，这种元件称为集总参数元件各元件内部进行，这种元件称为集总参数元件，简称为集总元件。，简称为集总元件。 由集总元件构成的电路称为集总参数电路由集总元件构成的电路称为

2、集总参数电路 当实际电路的尺寸当实际电路的尺寸l(长度长度)远小于电路工作远小于电路工作时电磁波的波长时电磁波的波长 时，即可用集总参数电路模型时，即可用集总参数电路模型来近似地描述实际电路来近似地描述实际电路 集总参数电路中集总参数电路中u、i 可以是时间的函数，但可以是时间的函数，但与空间坐标无关。因此，任何时刻，流入两端元件一与空间坐标无关。因此，任何时刻，流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流出的电流；端子间的个端子的电流等于从另一端子流出的电流；端子间的电压为确定值。电压为确定值。注意电电路路元元件件分布参数电路分布参数电路distributed parameter elemen

3、ts集总参数元件集总参数元件Lumped parameter elements连接端点数目连接端点数目能量能量特性曲线特性曲线二端二端元件元件三端元件三端元件四端元件四端元件有源元件有源元件无源元件无源元件时变元件时变元件时不变元件时不变元件非线性元件非线性元件线性线性元件元件two-terminallinear1.5 电阻元件电阻元件 (resistor)2. 线性电阻元件线性电阻元件(linear resistor )l 电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：0 ),(iufiu

4、任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。伏安伏安特性特性 这条曲线称为电阻的电压与电流间的这条曲线称为电阻的电压与电流间的约束关系约束关系(Voltage Current Relationship，简称为，简称为VCR)。1. 定义定义(definition)l ui 关系关系R 称为称为电阻电阻，单位：，单位： (欧欧) (Ohm，欧姆，欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR ui 单位单位G 称为称为电导电导，单位：，单位： S(西门子西门子) (Siemens，西门子，西门子) u、i 取关联取关联参考方向参考方向R

5、ui+-伏安特性为一条伏安特性为一条过原点的直线过原点的直线Riu (2) 如电阻上的电压与电流参考方向如电阻上的电压与电流参考方向非关联非关联 公式中应冠以公式中应冠以负号负号注注(3) 线性电阻是线性电阻是无记忆、双向性无记忆、双向性的元件的元件欧姆定律欧姆定律(1) 只适用于只适用于线性电阻线性电阻，( R 为常数）为常数）则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i i G u公式公式 和和 参考方向参考方向 必须配套使用！必须配套使用！Rui+-3、电阻的分类、电阻的分类(1)(1)线性电阻与非线性电阻线性电阻与非线性电阻( (non-non-linear resistor ) ) 其特性

6、曲线（其特性曲线（characteristic curve）为通过）为通过坐标原点坐标原点直线的电直线的电阻，称为线性电阻；否则称为非线性电阻阻，称为线性电阻；否则称为非线性电阻。 origin(2)(2)时变电阻与时不变电阻时变电阻与时不变电阻 其其特性曲线随时间变化特性曲线随时间变化的电阻，称为时变电阻；的电阻，称为时变电阻； 否则称为时不变电阻或定常电阻。否则称为时不变电阻或定常电阻。a) 线性时不变电阻线性时不变电阻 b)线性时变电阻线性时变电阻 c)非线性时不变电阻非线性时不变电阻 d)非线性时变电阻非线性时变电阻 等效电阻等效电阻：电灯泡、电炉、电烙铁：电灯泡、电炉、电烙铁 人造电

7、阻：人造电阻： 碳膜电阻、金属膜电阻、碳膜电阻、金属膜电阻、 线绕电阻、可调电阻线绕电阻、可调电阻 1010 5 ( 2.5) 0.1 （3）. 人造电阻与等效电阻人造电阻与等效电阻man-madeeffective4. 功率和能量功率和能量上述结果说明上述结果说明: 电阻元件在任何时刻总是消耗功率的电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ Rp u i i2R u2 / R功率功率(power)：Rui+-Rui+-可用功率表示。从可用功率表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量： ttttRuipW00ddRiu+5. 电阻

8、的开路电阻的开路(open circuit) 与短路与短路(short circuit) 能量能量(energy) ：l 短路短路00 ui G or R0l 开路开路00 ui 0 G or Rui 1.6 电源元件电源元件 (Independent Source) 其两端电压其两端电压总能保持定值或一定的时间函数总能保持定值或一定的时间函数，其其值与流过它的电流值与流过它的电流 i 无关无关的元件叫理想电压源。的元件叫理想电压源。l 电路符号电路符号1. 理想理想电压源电压源(ideal voltage source )l 定义定义iSu+_(1) 电源两端电压电源两端电压由电源本身决定，

9、由电源本身决定， 与外电路无关；与流经它的电流方与外电路无关；与流经它的电流方 向、大小无关。向、大小无关。(2) 通过电压源的通过电压源的电流由电源及外电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui)(tuS伏安关系伏安关系例例Ri-+Su外外电电路路RuiS )( Ri0)( 0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！烧坏电源烧坏电源l电压源的功率电压源的功率电场力做功电场力做功 ， 电源吸收功率。电源吸收功率。（1） 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向非关联非关联；物理意义物理意义：+_iu+_Su+_iu+_SuiuPS 电

10、流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位向）由低电位向 高电位移动，外力克服电场高电位移动，外力克服电场力作功，力作功，电源发出功率电源发出功率。 iuPS 发出功率发出功率，起电源作用，起电源作用（2） 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向关联关联；物理意义物理意义： iuPS 吸收功率吸收功率，充当负载，充当负载 iuPS 或：或：发出负功发出负功Voltage of potential例例 5R+_i+_Ru+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解VuR5510 )(ARuiR155 WRiPR5152 WiuPSV1011010 WiuPSV5155 )(发

11、出发出发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸） 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大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。，可能烧毁电源。usuiOl 实际实际电压源电压源i+_u+_SuSR考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性iRuuSS 一个好的电压源要求一个好的电压源要求0SR 其输出电流其输出电流总能保持定值或一定总能保持定值或一定的时间函数，的时间函数，其值与它的两端电压其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2. 理想电流源理想电流源(ideal current source

12、)l 定义定义uSi+_(1) 电流源的电流源的输出电流由电源本身决定，与外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、大小无关电路无关；与它两端电压方向、大小无关(2) 电流源两端的电流源两端的电压由电源及外电路共同决定电压由电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui)(tiS伏安伏安关系关系例例外外电电路路)( 00 Ru)( Ru电流源不能开路！电流源不能开路！(击穿电源击穿电源）Ru-+Si实际电流源的产生实际电流源的产生可由稳流电子设备产生，如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晶体管的集电极电流与负载无关；光电池光电

13、池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。SRiu l电流源的功率电流源的功率（1） 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向非关联非关联；SuiP 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2） 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向关联关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载 uiPS 或：或：发出负功发出负功u+_SiSuiP SuiP u+_Si例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解Ai2 Vu5 WuiPSA10522 WiuPSV10255 )(发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+

14、_u+_2A5Vi 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，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。可能烧毁电源。isuiOl 实际电实际电流流源源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性SSRuii 一个好的电流源要求一个好的电流源要求 SRu+_SiSRi一个一个高电压、高内阻的电压源高电压、高内阻的电压源，在，在外部负载电阻较小，外部负载电阻较小，且负载变化范围不大时且负载变化范围不大时，可将其，可将其等效为电流源等效为电流源。iRUS+_u+_RSRS =1000 ，US =1000 V， R =12 时时 当当 R =1 时时，u=0.999 V 当

15、当 R =2 时时，u=1.999 VR1Aiu+_将其等效为将其等效为1A1A的电流源的电流源： 当当 R =1 时，时，u=1 V 当当 R =2 时，时，u=2 V与上述结果误差均很小。与上述结果误差均很小。 常用的干电池和可充电电池常用的干电池和可充电电池 实验室使用的直流稳压电源实验室使用的直流稳压电源用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形。示波器稳压电源 1.7 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source) 电压或电流的电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是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受电路中某个地方的电压

16、( (或电流或电流) )控制控制的电源，称受控源的电源，称受控源l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1. 定义定义受控电流源受控电流源(1) (1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( ( CCCS ) ) : : 电流放大倍数电流放大倍数 根据根据控制量控制量和和被控制量被控制量是电压是电压u u 或电流或电流i i ，受控源可分，受控源可分四种类型四种类型：当当被控制量被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被是电压时，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。控制量是电流时，用受控电流源表示。2. 分类分类四端元件四端元件 i1+_u2i2_u1i1+12ii 输出：

17、受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分例例5: : ic= ib三极管用以前讲过的元件无法表三极管用以前讲过的元件无法表示它电流关系示它电流关系, ,为此引出新的电路为此引出新的电路模型模型电流控制的电流源电流控制的电流源。左图用电流控制的电流源（即左图用电流控制的电流源（即CCCS模型）来表示一个三极管。模型）来表示一个三极管。RcibRbic受控源是一个四端元件受控源是一个四端元件: :输入端口输入端口是控制支路，是控制支路，输出端口输出端口是受控支路。是受控支路。ibb ib控制控制部分部分受控受控部分部分入口入口出口出口icg: 转移转移电导电导（transfer cond

18、uctance）(2) (2) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS )u1gu u1 1+_u2i2_i1+12gui (3) (3) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ) u1+_u2i2_u1i1+-12uu : 电压放大倍数电压放大倍数 ri1+_u2i2_u1i1+-(4) (4) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )12riu r : 转移电阻转移电阻 3. 3. 受控源与受控源与独立源独立源的比较的比较( (Comparison) )(1) (1) 独立源电压独立源电压( (或电流或电流) )由电源本身决定，与电路中其它电压、由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而电流无关，而受控源电压受控源电压( (或电流或电流) )由控制量决定由控制量决定。(2) (2) 独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产生电压、电作用，在