电源元件

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1、第 1 章 电路分析基础 - 13 - 的高压，并且使日光灯正常工作；无线电设备中常用电感线圈和电容器的组合构成谐振电路和滤波器等。 自感现象在某些情况下是非常有害的。在具有很大自感线圈而电流又很大的电路中，当电路断开的瞬间，由于电路中的电流变化很快，在电路中会产生很大的自感电动势，可能击毁线圈的绝缘保护，或者使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离变成导体，产生电弧而烧毁开关，甚至危及工作人员的安全。因此，在实际中要设法避免这些有害的自感现象的发生。 由于一个线圈中的电流发生变化引起另一个线圈产生感应电动势的现象叫互感现象。产生的电动势叫做互感电动势。能够产生互感电动势的两个线圈叫做互感线圈或耦

2、合线圈。 在电力工程和无线电技术中，互感有着广泛的应用。应用互感可以很方便地把信号或能量由一个线圈传到另一个线圈。我们使用的各种各样的变压器，如电力变压器、中周变压器、钳形电流表等都是根据互感原理工作的。 互感有时也会带来危害，例如有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音。或正打有线电话，旁边的手机有信息，也会引起干扰。无线电设备中，若线圈位置安放不当，线圈间相互干扰，影响设备正常工作。在这种情况下就需要设备避免互感的干扰。 1.3.4 电源元件 电源是能够向电路提供电能的电路元件，可以给负载提供电压和电流。实际工程中常用的电源有发电机、蓄电池、干电池、稳压电源等。理想电源元件是从实际电源

3、抽象得到的电路模型，包括理想电压源和理想电流源。 电工与电子技术基础- 14 - （1）电压源 实际电源若忽略电源的内部损耗，则可以视为理想电压源US，简称为恒压源，其图形符号如图1-12（a）所示。恒压源是一个有源二端元件，其特点是：恒压源的输出电压为恒值US，与流过的电流无关，即恒压源内部没有能量损耗；恒压源的输出电流由它与外接电路的情况共同决定。 （a） （b） （c） 图 1-12 理想电压源符号、伏安特性及实际电压源模型 恒压源的伏安特性如图1-12（b）所示，可见，恒压源两端的电压不随外电路的改变而改变。实际上，电源内部都存在一定的电阻，随着负载电流的增大，电源端电压会随之下降，可

4、视为内阻有分压作用。所以，实际电压源用恒压源US和内阻R0串联的电路模型来表示，如图 1-12（c）所示。 （2）电流源 无论负载怎样变化，都能提供确定电流IS的电源称为理想电流源，简称为恒流源。其图形符号如图1-13（a）所示。其特点是：恒流源的输出电流完全由自身特性来决定，与其端电压无关；恒流源两端的电压由它与外部电路的情况共同决定。 第 1 章 电路分析基础 - 15 - （a） （b） （c） 图 1-13 理想电流源符号、伏安特性及实际电流源模型 恒流源的伏安特性如图1-13（b）所示，可见，恒流源的输出电流不随外电路两端电压的改变而改变。实际上，电源内部都存在一定的电阻。当负载变化

5、时，电流源输出的电流也要随之改变，可视为内阻有分流作用。实际电流源用恒流源IS和内阻R0并联的电路模型来表示，如图1-13（c）所示。 1.4 电气设备的额定值及电路工作状态 1.4.1 电气设备的额定值 电气设备长期、安全工作条件下的最高限值称为额定值。电气设备的额定值是根据设计、材料及制造工艺等因素，由制造厂家给出的技术数据。电气设备的额定值一般标在铭牌上或写在说明书中，主要有额定电流（NI） 、额定电压（NU）和额定功率（NP） 。 额定值是使用者使用电气设备的依据， 使用时必须遵守。 例如， 一只白炽灯上标明“220V，40W” ，表示其额定电压为220V，额定功率为40W。即说明这只

6、白炽灯接在220V 电压，消耗功率为40W时属于正常使用。若接到380V电压上，则会因为电流过大而将灯丝烧毁，属于不安全使用；若接到110V电压上，白炽灯的消耗功率小于40W（较暗） ，属于不正常使用。 电工与电子技术基础- 16 - 因此，额定值是规定设备运行时所允许的上限值，超过额定值运行，设备将遭到毁坏或缩短使用寿命；低于额定值运行，设备将不能充分发挥其效果，既不经济也不合理。 1.4.2 电路的工作状态 无论什么电路，电路的工作状态通常有通路、开路和短路三种，如图 1-14 所示。 （a） （b） （c） 图 1-14 电路的三种工作状态 （1）通路 如图 1-14（a）所示，电源向负

7、载电阻R输送电流，此时电路就处于通路状态，也称为闭路。根据全电路的欧姆定律，电路中的电压和电流分别为 S0UIRR（1-12） S0UIRUIR （1-13） （2）开路 当电路中某元件的一端或两端断开时，就称电路为开路状态，也称断路。电阻、电源、和开关都可以处于开路状态，如图 1-14（b）所示。当电路处于开路状态时，0I ，电源两端的电压SUU，负载两端的电压为零。 （3）短路 如图 1-14（c） ，将负载电阻的两端用导线联结起来，即电阻的两端电压为零，此时电第 1 章 电路分析基础 - 17 - 阻被短接，电源处于短路状态。此时流过负载的电流和负载两端的电压均为零，流过电源的电流 IU

8、/R0，远远大于正常工作时的额定电流，必将损坏电源。因此，电源是不允许被短路的。 例1-2：某电源开路时端电压为3V，通路时端电压为2.88V，已知外电路电阻为9.6，试求电源内阻和电路中的电流。 解： 0S0 02.88 V0.3 A9.6 3 V2.88 V0.12 V0.12 V0.4 0.3 AUIR UUUURI 1.5 电路的基本定律 1.5.1 电阻的串联、并联及应用 （1）电阻的串联 各电阻首尾依次相连， 流过同一电流的联结方式， 称为电阻的串联。 在图 1-15 中， 图 （a）表示三个电阻的串联，图（b）为其等效电路。两个电路中电阻之间的关系为 RR1R2R3 （1-14）

9、 式中 R串联电路的等效电阻，其意义是用电阻 R 代替 R1、R2、R3后，不影响电路中的电流和电压。当 n 个电阻串联时，RR1R2R3Rn。 （a） （b） 图 1-15 电阻的串联及其等效电路 电工与电子技术基础- 18 - （2）电阻的并联 各电阻首尾分别相连，各电阻处于同一电压下的联结方式，称为电阻的并联。在图 1-16中，图（a）表示三个电阻的并联，图（b）为其等效电路。 两个电路之间的关系为 1231111 RRRR （1-15） （a） （b） 图 1-16 电阻的并联及其等效电路 当 n 个电阻并联时，则 12311111nRRRRR （1-16） （3）电阻的应用 电阻具有

10、串联分压、并联分流的作用，这里举例说明其应用。 a. 电阻串联的分压作用 例1-3：一盏额定电压 U140V的弧光灯，正常工作时的电流 I5A，欲把它接入 U220V 的照明电路中，如何保证其正常发光？ 解：在弧光灯上串联一个适当的电阻 R，分掉多余的电压，如图 1-17 所示。 1220 V40 V180 (V)UUU 图 1-17 串联电阻分压 第 1 章 电路分析基础 - 19 - 180 V36 ()5 AURI 由上述例题可知，串联电阻可以分担一部分电压，使额定电压低的用电器能连到电压高的线路上使用。串联电阻的这种作用叫分压作用，做这种用途的电阻叫分压电阻。但分压电阻上将有一定的功率

11、损耗，若损耗太大，将不采用这一方法。 电阻串联分压的作用还常用于电流表的改装。用微安表或毫安表可以改装成电压表。电流表的电阻值 Rg为几百到几千欧，允许通过的最大电流是 Ig为几十微安到几毫安。每个电流表都有它的 Rg和 Ig，当通过它的电流为 Ig时，它的指针偏转到最大刻度，所以，Ig也叫满偏电流。如果电流超过满偏电流，不但指针超出刻度范围，还会烧毁电流表。 不能用电流表直接测量较大的电压，因为被测电压大于 RgIg，电流将超过 Ig而把电流表烧毁。如果给电流串联一分压电阻，分担一部分电压就可以用来测量较大的电压了。加上串联电阻并在刻度盘上直接标出电压单位 （伏特值） ， 就可以把电流表改装

12、成电压表， 如图1-18所示。 例1-4：假设有一个电流表，电阻 Rg1000，Ig100A，要把它改装成量程是3V的电压表，应该串联多达的电阻？ 解： UgIgRg100106A10000.1V g6 g330.1 V29 k100 10 AURIb. 电阻并联的分流作用 电阻并联电路在实际生活中的应用极其广泛。照明电路中g g 图 1-18 电流表改装电压表 电工与电子技术基础- 20 - 的用电器通常都是并联的。用电器的额定电压是220V，供电电压也是220V，只有将用电器并联到供电线路上，才能保证用电器在额定电压下工作。此外，只有将用电器并联使用，才能在断开和闭合某个用电器时，不会影响

13、其他用电器的正常工作。 例1-5：在图1-19所示电路中，有11盏额定值为“220V、100W”的白炽灯和 22 盏额定值为“220V、60W”的白炽灯并联到供电线路上，求电路的总电流。 图 1-19 白炽灯并联电路 解： “220V、100W”的白炽灯的额定电流和11 盏的总电流分别为 1 1100 W5A220 V11PIU 1151111 A5 A11II “220V、60W”的白炽灯的额定电流22盏的总电流为 2 260 W3A220 V11PIU 2232222 A6 A11II 线路中的总电流为 第 1 章 电路分析基础 - 21 - 125 A6 A11 AIII 电阻并联还应用

14、在电流表的扩大量程上。在微安表或毫安表上并联一个分流电阻，按比例分流一部分电流，这样就可以利用微安表或毫安表测量大的电流，如图1-20所示。 例1-6：有一只微安表，电阻Rg1000，满偏电流Ig100A，现在要将其量程扩大为 10mA，需要并联多大的电阻？ 解： 3 g1010 mA100 10 mA9.9 mARII 6 gg100 10 A 1 000 0.1 VUI R 0.1 V10 9.9 mARURI 1.5.2 电路名词 如图1-1所示的电路是一种无分支的单一回路，可用欧姆定律分析。而图 1-21 所示的电路中包含多个电源和多条支路，属于较复杂的电路，只用欧姆定律无法分析，需要明确几个描述电路的相关名词。 图 1-21 多支路电路 支路。由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支的电路称为支路。在同一支路中图 1-20 电流表扩大量程 电工与电子技术基础- 22 - 流过所有元件的电流相等。图 1-21 所示电路中包含三条支路，即 ACB、ADB、AB。 节点。三条或三条以上支路的联结点称为节点。图1-21所示电路的A点和B点。 回路。 电路中任何一个闭合的路径称为回路。 图1-21所示电路包含三个回路， 即 ACBA、ADBA、ACBDA。 网孔。中间无支路穿过的回路称为网孔。图中回路ACB