第3讲 电阻元件与电源元件

1、1一、电阻元件一、电阻元件（一）伏安关系：（一）伏安关系： 对于线性时不变电阻，在任何时刻元件两端的电压和电流对于线性时不变电阻，在任何时刻元件两端的电压和电流的关系服从欧姆定律。的关系服从欧姆定律。电路元件电路元件：构成电路的基本单元，按引出端数目分为二端元件、三：构成电路的基本单元，按引出端数目分为二端元件、三端元件、多端元件等。端元件、多端元件等。电阻元件电阻元件定义：一个二端元件，如果在任意时刻定义：一个二端元件，如果在任意时刻t，其两端电压其两端电压u与与流经它的电流流经它的电流i之间的关系能用之间的关系能用ui平面上的曲线所确定平面上的曲线所确定(电压与电流电压与电流相约束相约束)

2、，就称其为二端电阻元件，简称电阻元件。，就称其为二端电阻元件，简称电阻元件。按按伏安伏安特性分：线性电阻和非线性电阻；时不变电阻和时变电阻特性分：线性电阻和非线性电阻；时不变电阻和时变电阻第第3讲讲 电阻元件与电源元件电阻元件与电源元件22、当非关联时：、当非关联时：uGiiRu,故参考方向是推导、运用公式的前提故参考方向是推导、运用公式的前提!3、伏安关系曲线、伏安关系曲线:taniummiuR+_iuRUIui01、当关联时：、当关联时：iRuR称为元件的电阻，为一个正实常数称为元件的电阻，为一个正实常数(线性时不变电阻线性时不变电阻)。若令若令G=1/R，则则uGiG称为元件的电导，单位

3、为称为元件的电导，单位为S（西门子）。西门子）。+_iuR注意注意: R表示一个电阻表示一个电阻元件元件，又可表示此，又可表示此元件的参数元件的参数。3（二）电阻元件的特点：（二）电阻元件的特点：1、无源耗能元件：、无源耗能元件：关联时关联时022GuRiiup电能电能 热能热能2、双向性元件：、双向性元件：对线性电阻而言。对线性电阻而言。3、无记忆性元件、无记忆性元件 电阻元件是实际电阻器的理想化模型，描述了电阻器的电阻元件是实际电阻器的理想化模型，描述了电阻器的耗能特性。耗能特性。 其它电子器件或设备的耗能特性也用电阻元件来描述其它电子器件或设备的耗能特性也用电阻元件来描述。4ui04、两

4、种特殊的情况：、两种特殊的情况：开路开路开路：开路：R，G=0（伏安关系为伏安关系为电压轴）。电压轴）。短路短路短路：短路：R=0，G （伏安关系为伏安关系为电流轴）。电流轴）。电路或电路的一部分也可以短路或开路。电路或电路的一部分也可以短路或开路。ocu电压称为电压称为sci电流称为电流称为ui0短路短路开路开路5（三）非线性电阻：（三）非线性电阻：1、不服从欧姆定律：、不服从欧姆定律： 实际部件都不服从，但有的在一定实际部件都不服从，但有的在一定的范围内满足。的范围内满足。2、有些还是单向元件：、有些还是单向元件：如二极管。如二极管。iu0+ u -i关于二端口电阻，起请自行阅读教材关于二

5、端口电阻，起请自行阅读教材P116（四）实际电阻器（四）实际电阻器为了拥有一定量的电阻而专门设计的元器件叫做为了拥有一定量的电阻而专门设计的元器件叫做电阻器电阻器。电阻器可分为电阻器可分为固定电阻器固定电阻器和和可变电阻器可变电阻器两大类。两大类。将电阻器应用于实际电路之前，必须考虑其将电阻器应用于实际电路之前，必须考虑其电阻值电阻值和和额额定功率定功率。1、电阻值及其误差的表示方法、电阻值及其误差的表示方法（1）色码表示法：）色码表示法：黑黑 棕棕 红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 紫紫 灰灰 白白0123456789有有四色环四色环电阻和电阻和五色环五色环电阻。电阻。7四色环电阻：四色环电阻：

6、第一位第一位第二位第二位乘数（第二位后乘数（第二位后0的个数）的个数）误差误差5% 金色金色10% 银色银色20% 无环无环五色环电阻：五色环电阻：第一位第一位第二位第二位乘数（第三位后乘数（第三位后0的个数）的个数）, 但金色但金色0.1, 银色银色0.01误差误差2% 红色红色1% 棕色棕色0.5% 绿色绿色0.25% 蓝色蓝色0.1% 紫色紫色第三位第三位24 00000 10% 204 1% 81、元件特性：、元件特性：USus+_(1) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；直流：直流：U = US 交流：交流： uS是确定的时间函数，是

7、确定的时间函数， 例如：例如： uS=Umsin t(2) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。IR5V（一）电压源（独立的理想化电压源的简称）：电压源（独立的理想化电压源的简称）： 电源电源：有源电路元件，是各种能量产生器的理想化模型。电：有源电路元件，是各种能量产生器的理想化模型。电源分为独立电源和非独立电源（受控源）两类，各自又有电压源源分为独立电源和非独立电源（受控源）两类，各自又有电压源和电流源两种。和电流源两种。电压源国标符号电压源国标符号电池符号电池符号二、电源元件二、电源元件9 2、伏安特性曲线、伏安特性曲线USui0(1) 若若uS = U

8、S ，即直流电源。则其伏安特性为平行于即直流电源。则其伏安特性为平行于电流轴的直线。电流轴的直线。 (2) 若若uS为随时间变化的电源，则平行于电流轴的直为随时间变化的电源，则平行于电流轴的直线也随时间改变位置线也随时间改变位置。(3) 电压为零的电压源，伏安曲线与电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合，相当于轴重合，相当于 短路状态短路状态。us+_US103、 理想电压源的开路与短路：理想电压源的开路与短路：(1) 负载开路负载开路：R，i=0，u=us ；(2) 负载短路负载短路：R=0，i ，此时理想此时理想电源模型不存在。电源模型不存在。理想电压源不允许负载短路。理想电压源不允许负

9、载短路。iRus+u-114. 功率功率i , uS 关联关联 p吸吸=uSi p发发= uSii , us非关联非关联p发发= uS i p吸吸= - - uSi电场力做功电场力做功 ， 吸收功率。吸收功率。物理意义物理意义：uS+_iu+_uS+_iu+_外力克服电场力做功外力克服电场力做功 ， 发出功率。发出功率。物理意义：物理意义：125、实际电压源：实际电压源： 实际电压源也不允许负载短路。实际电压源也不允许负载短路。 因其内阻因其内阻r很小，若负载短路，很小，若负载短路，电流很大，可能烧毁电源。电流很大，可能烧毁电源。IrUS实际电压源分析电路时可以短路。实际电压源分析电路时可以短

10、路。显然，显然，r越小越好。越小越好。r=0时即为理想电压源。时即为理想电压源。13USui0iRUS惯例：非关联，惯例：非关联，P0，发出功率。发出功率。实际电压源实际电压源世上没有世上没有理想电压源。理想电压源。其实，其实，理想电阻也不存在。理想电阻也不存在。+u-0SiuiRu14（二）电流源（独立理想化）：（二）电流源（独立理想化）： 电源输出电流为电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压，其值与此电源的端电压 u 无关。无关。1. 元件特性：元件特性：(a) 电流源电流由电流源本身决定，与外电路无关；电流源电流由电流源本身决定，与外电路无关；(b) 电流源两端电压电流源两端电压是由外

11、电路决定。是由外电路决定。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流： iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t电路符号电路符号iSUIR1AVUAIR1,1,1 VUAIR10,1,10 iS152. 伏安特性伏安特性(1) 若若iS= IS ，即直流电流源。则其伏安特性为平行于，即直流电流源。则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与电压轴的直线，反映电流与 端电压无关。端电压无关。 (2) 若若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是平为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是平行于电压轴的直线（位置随时间改变）行于电压轴的直线（位置随时间改变） ISui0iSiu

12、+_(3) 电流为零的电流源，伏安曲线与电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合，相当轴重合，相当于开路状态。于开路状态。163. 理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路(2) 负载开路负载开路：R，i= iS ，u 。若强。若强迫断开电流源回路，电路模型为病态，理迫断开电流源回路，电路模型为病态，理想电流源不允许负载开路。想电流源不允许负载开路。(1) 负载短路负载短路：R=0， i= iS ，u=0 ，电流源被短路。，电流源被短路。RiSiu+_174. 功率功率p发发= u is p吸吸= uisp吸吸= uis p发发= uisiSiu+_iSiu+_u , iS 关联关联 u

13、, iS 非非关联关联 5. 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，有些电子器件输出具可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载备电流源特性，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。产生一定值的电流等。18例例2、求、求IS的功率。的功率。解：解：?32I3?2I必须由元件特性来分析。必须由元件特性来分析。需要求需要求P，必须求必须求IS的外电压。的外电压。5V2135W15P非关联，非关联，P0,发出功率。发出功率。整个电路功率平衡吗？整个电路功率平

14、衡吗？3W31P2R2W12PSU关联，关联，P0, 吸收功率。吸收功率。I？US是不是没有作用呢？是不是没有作用呢？ 作用不仅有电流作用，而且有电压的作用。合起作用不仅有电流作用，而且有电压的作用。合起来是功率的作用。来是功率的作用。？U+_2V3IS=1AUS+_19（三）（三） 受控源受控源1、由实际电路部件和装置提出的问题：、由实际电路部件和装置提出的问题：例例1 晶体管放大器。晶体管放大器。ic=b b ibRcibRbicEc电流控制的电流源电流控制的电流源如何用理想模型如何用理想模型来描述来描述iC与与ib之间之间的这一关系？的这一关系？ibb b ibic20例例2 直流发电机

15、直流发电机+_U=rIfIfIfU=rIf+_2、受控源受控源定义：定义： 一条支路的电压（电流）控制另一条支路的电压（电流）一条支路的电压（电流）控制另一条支路的电压（电流）的电路现象。是由电子器件抽象而来的一种模型。的电路现象。是由电子器件抽象而来的一种模型。 它不是电路的激励；不是独立电源；故称为它不是电路的激励；不是独立电源；故称为受控源，受控源，或或称称为为非独立电源非独立电源。是单向的。是单向的。控制部分：控制部分：输入端口是控制支路输入端口是控制支路:开路或短路（开路或短路（功率为功率为0）。）。受控部分：受控部分：输出端口是受控支路输出端口是受控支路:电压源或电流源。电压源或电

16、流源。受控源是一个四端元件，是二端口元件。受控源是一个四端元件，是二端口元件。213、 四种类型：四种类型：(1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source )CCCS u1=0 i2=b b i1b b ：电流放大倍数电流放大倍数(2) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source )CCVS u1=0u2=r i1r : 转移电阻转移电阻 b b i1+_u2i2_u1i1+ r i1+_u2i2_u1i1+_输入端口功率为输入端口功率为0输入端口功率为输入端口功率为

17、022(3) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source ) i1=0i2=gu1g: 转移电导转移电导 (4) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source ) i1=0u2= u1 :电压放大倍数电压放大倍数 ，g， b b ，r 为常数时，被控制量与控制量满足线性关系，为常数时，被控制量与控制量满足线性关系，称为线性时不变受控源。称为线性时不变受控源。 u1 +_u2i2_u1i1+_gu1+_u2i2_u1i1+VCCSVCVS输入端口功率为输入端口功率为0输入端口

18、功率为输入端口功率为0234、受控源是有源元件：、受控源是有源元件：VCVSP = u1i1 + u2i2 = u2i2 =u2 (-u2/R) 05、受控源与独立源的比较、受控源与独立源的比较:(2) 独立源作为电路中独立源作为电路中“激励激励”，在电路中产生电压、电流，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出与输入的控制关系，在电路中不能而受控源只是反映输出与输入的控制关系，在电路中不能作为作为“激励激励”。关联关联参考方向参考方向故故受控源是有源元件。受控源是有源元件。 u1 +_u2i2_u1i1+_R(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，而受控源电压电流无关，而受