《1.5理想电路元件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1.5理想电路元件（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、下 页上 页1.5 1.5 理想电路元件理想电路元件是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。1. 1. 电路元件电路元件返 回5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：电压源和电流源： 表示将其它形式的能量转变成电能的元件。表示将其它形式的能量转变成电能的元件。注意注意 如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关如果表征元件端子特性的数学关系式
2、是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。1一一. .电阻元件电阻元件2.2.线性时不变电阻元件线性时不变电阻元件电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可对电流呈现阻力的元件。其特性可用用ui平面上的一条曲线来描述：平面上的一条曲线来描述：iu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。1.1.定义定义伏安伏安特性特性下 页上 页0返 回2 ui 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位： (Ohm)满足欧姆定律满足欧姆定律 单位单位G 称为电导，单位称为电导，单位：S (Sieme
3、ns) 下 页上 页伏安特伏安特性为一性为一条过原条过原点的直点的直线线ui0Rui+返 回3如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公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；式中应冠以负号；说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。欧姆定律欧姆定律只适用于线性电阻只适用于线性电阻( 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公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！下 页上 页注意Rui-+返 回43.3.功率和能量功率和能量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
4、-(R i) i i2 R u2/ Rp u i i2R u2 / R 功率功率Rui+ +- -下 页上 页表明:Rui- -+ +返 回5ui4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路短路短路开路开路ui下 页上 页Ru+i00返 回6二二. 电压源和电流源电压源和电流源电路符号电路符号1.1.理想电压源理想电压源定义定义i+_下 页上 页其两端电压总能保持其两端电压总能保持定值定值或或一定一定的时间函数的时间函数，其值与流过它的电，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。返 回7电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经电源两端电压由电源本身决定，与
5、外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。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通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。共同决定。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直流电压源直流电压源的伏安关系的伏安关系下 页上 页例例Ri-+外电路外电路电压源不能短路！电压源不能短路！0返 回8电压源的功率电压源的功率电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；下 页上 页+_iu+_电压、电流参考方向关联；电压、电流参考方向关联；返 回+_iu+_ 负载 负载9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?发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发
6、发）P（吸吸）下 页上 页i+_+_10V5V-+返 回10其输出电流总能保持定值或一定的其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。无关的元件叫理想电流源。电路符号电路符号2.2.理想电流源理想电流源定义定义u+_下 页上 页理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无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。关；与它两端电压方向、大小无关。返 回11电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。ui直流电流
7、源的直流电流源的伏安关系伏安关系下 页上 页0例例Ru-+外电路外电路电流源不能开路！电流源不能开路！返 回12 可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照照射射下下光光电电子子被被激激发发产产生生一一定定值值的的电电流流等。等。下 页上 页实际电流源的产生：实际电流源的产生：电流源的功率电流源的功率u+_电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；u+_吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载返 回
8、13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发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）下 页上 页uis=2Ai+_5V-+返 回14实际电源实际电源干电池钮扣电池1. 1. 干电池和钮扣电池（化学电源）干电池和钮扣电池（化学电源） 干电池电动势干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势钮扣电池电动势1.35V V，用固体化学材料，化学反应不可逆。，用固体化学材料，化学反应不可逆。下 页上 页返 回15 氢氧燃料电池示意图2. 2. 燃料电池（
9、化学电源）燃料电池（化学电源） 电池电动势电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。 下 页上 页返 回163. 3. 太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光能电源） 一块太阳能电池电动势一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-N结上，结上，形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约 11%的光能转变为电的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。能，故常用太阳能电池板。 一个一个50cm2太阳能电池的电动势太阳能电池的电动势0.6V,电流
10、电流0.1A 太阳能电池示意图太阳能电池板太阳能电池板下 页上 页返 回17蓄电池示意图4. 4. 蓄电池（化学电源）蓄电池（化学电源） 电池电动势电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应可逆。，常要充电，化学反应可逆。下 页上 页返 回18直流稳压源直流稳压源函数发生器函数发生器下 页上 页返 回19发电机组发电机组下 页上 页返 回20草原上的风力发电草原上的风力发电下 页上 页返 回21受控电源受控电源电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源1.定义定义:电压或
11、电流的大小和方向不是给定的时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间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电或电流流)控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。下 页上 页返 回22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 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控源，受控源可分四种类型：当被控制量是电压可分四种类型：当被控制量是电压时，时，用受控电压用受控电压源表示；当被控制量是电流源表示；当被控制量是电流时，时，用受控电流源表示。用受控电流源表示。2.2.分类分类四端元件四端元件输出
12、：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分下 页上 页 i1+_u2i2_u1i1+返 回23g: 转移电导转移电导 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS ) )电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ): 电压放大倍数电压放大倍数 gu1+_u2i2_u1i1+下 页上 页i1u1+_u2i2_u1+_返 回24电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )r : 转移电阻转移电阻 例例电路模型电路模型ibicib下 页上 页ri1+_u2i2_u1i1+_返 回253.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较独独立立源源电电压压( (
13、或或电电流流) )由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压( (或或电电流流) )由控制量决定。由控制量决定。独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源是是反反映映电电路路中中某某处处的的电电压压或或电电流流对对另另一一处处的的电电压压或或电电流流的的控控制制关关系系，在电路中不能作为在电路中不能作为“激励激励”。下 页上 页返 回26三、理想电容元件储存电场q=CuC+q-q直流电压电流的关系为功率27一段时间吸收的能量为电容是储能元件电容是储能元件：28
14、四 理想电感元件定义：磁链数与通过的电流成正比对上式积分：能量和功率：29求：电压求：电压u2解解5i1+_u2_i1+-3u1=6V下 页上 页返 回301.6 1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律 （KCL）和基尔霍夫电压定律）和基尔霍夫电压定律( ( KVL ) )。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构构成成了了电电路路分分析析的基础。的基础。下 页上 页返 回3
15、11.1.几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支电路中通过同一电流的分支。元件元件的连接点称为结点。的连接点称为结点。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路支路电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1结点结点b=5下 页上 页或或三条以上支路的连接点称为结点。三条以上支路的连接点称为结点。n=2返 回32由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路构成两结点间的一条通路。由支路构成对平面电路，其内部不含任对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。何支路的回路称网孔。l=3123路径路径回路回路网孔网孔网孔是回路，但回
16、路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。下 页上 页+_R1uS1+_uS2R2R3注意返 回332.2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为令流出为“+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点流流出出（或或流入）该结点电流的代数和等于零。流入）该结点电流的代数和等于零。下 页上 页返 回34例例三式相加得：三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。的任一闭合面。下 页上 页1 3 2表明返 回35KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中是电荷守恒和电流连续性原理在电路
17、中任意结点处的反映；任意结点处的反映；KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；非线性无关；KCL方程是按电流参考方向列写的，与电方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。流实际方向无关。下 页上 页明确返 回363 3. .基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)U3U1U2U4下 页上 页标标定定各各元元件件电电压压参参考方向考方向 选选定定回回路路绕绕行行方方向向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针. .I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_在在集总参
18、数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零压的代数和恒等于零。返 回37U1US1+U2+U3+U4+US4= 0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4下 页上 页U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KVL也适用于电路中任一假想的回路。也适用于电路中任一假想的回路。注意返 回38例例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律的实质反映了电路遵从能量守恒定律; ;KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支
19、路上接的是什么元件无关，与电路是线性各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；还是非线性无关；KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。方向无关。下 页上 页明确aUsb_-+U2U1返 回394. 4. KCL、KVL小结小结：KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路电压的线性约束。路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无关。KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能量守恒能量守恒的具体体现的具体体现( (电压与路径
20、无关电压与路径无关) )。 KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。下 页上 页返 回40i1=i2?UA =UB?下 页上 页思考I = 01.？AB+_13V+_2V2.i111111i2返 回41下 页上 页例例1求电流求电流 i解解例例2解解求电压求电压 u返 回42下 页上 页+-4V5Vi =?3+-4V5V1A+-u =?3例例3求电流求电流 i例例4求电压求电压 u解解解解要求能熟练求解含源支路能熟练求解含源支路的电压和电流。的电压和电流。返 回43解解I1下 页上 页-10V10V+-1AI =?10例例5求电流求电流 I例例6求电压求电压 U解解4V+
21、-10AU =?2+-3AI返 回44解解下 页上 页10V+-3I2U=?I =055-+2I2 I25+-例例7求开路电压求开路电压 U返 回45 1. 6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：结点：结点：结点：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。回路：回路：回路：回路：由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径。网孔：网孔：网孔：网孔：内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E
22、1461.6.11.6.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( ( ( (KCLKCL定律定律定律定律) )1 1定律定律定律定律 即即即即: : 入入入入= = 出出出出 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。点的电流。 实质实质: 电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。电流连续性的体现。或或: = 0对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCLKCL）反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路
23、中任一反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。结点处各支路电流间相互制约的关系。ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E1I1I2I347例例例例1 1：支路：支路：支路：支路：abab、bcbc、caca、 （共（共（共（共6 6条）条）条）条）回路：回路：回路：回路：abdaabda、abcaabca、 adbcaadbca （共（共（共（共7 7 个）个）个）个）结点结点结点结点：a a、 b b、c c、d d ( (共共共共4 4个）个）个）个）网孔：网孔：网孔：网孔：abdabd、 abcabc、
24、bcdbcd （共（共（共（共3 3 个）个）个）个）adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR148 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。假设的闭合面。2 2推广推广推广推广I =?例例:I = 0IA + IB + IC = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBICAIBCIABACBIC广义结点广义结点49 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任
25、一回路循行方向，回路中各在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。段电压的代数和恒等于零。1.6.21.6.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL定律定律定律定律) ) ) )1 1定律定律定律定律即：即： U = 0 在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1：对回路对回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3
26、 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 1 12 2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVLKVL） 反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。回路中各段电压间相互制约的关系。I1I2I3ba+ +- -E2R2+ + - -R3R1E1501列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用应用 U = 0列方程时列方程时列方程时列方程时，项前符号的确定：项前符号的确定： 如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_51
