電路模型變量功率電阻元件.ppt

電路基礎(chǔ)與電子元器件,主講：吳曉飛 電話：675401 QQ : 287821917,前 言,一、電路理論的發(fā)展歷史回顧 初期：電路理論形成的初期在19世紀(jì)20世紀(jì)40年代，是從物理學(xué)的電磁學(xué)理論中發(fā)展出來的一門創(chuàng)新概念和方法的學(xué)科。 標(biāo)志：1827年的歐姆定理、1847年基爾霍夫定理、1894年把復(fù)數(shù)用于電路計算、1920年實現(xiàn)濾波器、1921年提出四端網(wǎng)絡(luò)和黑盒子的概念等等。 形成：線性網(wǎng)絡(luò)分析與綜合的理論。,1.電路（網(wǎng)絡(luò)）分析：它的核心是在給定的電路結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)的條件下，找出電路輸入（激勵）與輸出（響應(yīng)）的關(guān)系。即：已知輸入求輸出。 2.電路（網(wǎng)絡(luò)）綜合：在已知輸入和輸出的條件下，設(shè)計電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。即：給定技術(shù)指標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)碾娐啡崿F(xiàn)它。 網(wǎng)絡(luò)分析是我們研究的主要對象。,二、電路理論的兩個分支,三、電路課程的地位和作用,四、電路課程的特點,1、基礎(chǔ)： 基本概念、基本方法、基本技能是我們學(xué)習(xí)掌握的重點。 著重于基礎(chǔ)理論研究和基本方法的訓(xùn)練，多做習(xí)題，加強理解和掌握。,2、掌握系統(tǒng)分析方法 為電路模型建模 1）元件模型化 2）電路拓撲結(jié)構(gòu) 3）建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型 運用數(shù)學(xué)方法對數(shù)學(xué)模型求解； 以物理概念為基礎(chǔ)，來解所得到的數(shù)學(xué)模型，求解最終結(jié)果。,五、課程內(nèi)容,學(xué)會三種電路的分析： 1、電阻電路（第1-3章） 2、動態(tài)電路（第4章 暫態(tài)+穩(wěn)態(tài)） 3、正弦穩(wěn)態(tài)電路（第5-6章）。,分析過程：,六、主要教材參考書,李京清 電路基礎(chǔ) 清華大學(xué)出版社 李瀚蓀 電路分析基礎(chǔ) 高等教育出版社 于歆杰 電路原理 清華大學(xué)出版社 邱關(guān)源 電路 高等教育出版社,七、幾點要求,1.思想重視，思維活躍，加強交流，培養(yǎng)興趣。 2.課上認真聽講，認真做筆記，掌握重點、 思路、方法。 3.在理解的基礎(chǔ)上認真完成作業(yè)，要抄題， 畫圖。 4.互相幫助，重在理解。,方法掌握好物理概念（多看參考書）；多做習(xí)題。 上課關(guān)鍵 筆記加強記憶 小結(jié)邏輯思維線 作業(yè)練習(xí)與拓寬 實驗實踐與技能,第1章 電路的基本概念和基本定律,本章重點： 1、電路的幾種變量：電壓、電流、功率 2、幾種理想元件（電阻、獨立源）的模型及伏安關(guān)系 3、基爾霍夫定律 4、簡單電路的分析,1.1 電路及電路模型,一、電路,1、定義：由電工設(shè)備和元器件按一定的方式聯(lián)接起來且為電流流通提供路徑的總體。 2、電路的主要作用： (1)、進行電能的傳輸、分配及轉(zhuǎn)換； (2)、進行信號的處理。,集總參數(shù)元件：若實際電路的電器裝置的幾何尺寸與工作波長相比非常小以致可以忽略不計，這樣的器件稱為集總參數(shù)器件或元件。 理想化的集總參數(shù)器件沒有體積大小，即特性集中在空間一個點上，從一端流入的瞬時電流等于從另一端流出的瞬時電流。 由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路稱為集總參數(shù)電路。,二、集總假設(shè),1.1 電路及電路模型,在集總參數(shù)電路中，各種電現(xiàn)象（如電場、磁場）可以分別在不同的元件中考慮，電場只與電容元件有關(guān)，磁場只與電感元件有關(guān)，電阻只耗能，電場與磁場之間無相互作用，這種現(xiàn)象稱為集總假設(shè)。（電流與電壓只是時間的函數(shù)，而不是空間的函數(shù)） 本課程討論的電路都是集總假設(shè)條件下的集總參數(shù)電路。,1.1 電路及電路模型,如：工業(yè)用電f=50Hz,工作波長=C/f （C為波速 ，一般為3108 m/s) 解得： =6000Km 元件尺寸 集總假設(shè)成立。,又如：微波中繼頻率為2000MHz， 則算出 =0.15m 集總假設(shè)不成立。,三、電路模型,1、理想元件：是實際器件在一定條件下抽象化和理想化后得到的模型。 2、電路模型：用抽象的理想元件及其組合近似地代替實際器件，從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。,1.1 電路及電路模型,需要注意的是， 不應(yīng)把實際器件（有的也稱為元件）與電路元件（理想化的）混為一談。各種電子設(shè)備使用的電阻器、 電容器、線圈、晶體管等，在一定的條件下， ?？捎媚撤N電路元件或一些電路元件的組合來模擬。同一個器件，由于工作條件不同或精度要求不同，它的模型也不相同。,1.2 電路變量、電功率,電路的基本變量：， 常用變量:，(為導(dǎo)出變量) 一、電流 1、定義：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量。,2、單位：（安培）、mA、A,3、參考方向：是任意假定的方向，在電路中用箭頭標(biāo)明。,1.2 電路變量、電功率,1、定義：單位正電荷從一點移動到另一點獲得或失去的能量。,二、電壓,電壓真實的方向是從高電位指向低電位(電壓降的方向）。,2、單位：V、V、V,1.2 電路變量、電功率,3、參考方向：是任意假定的方向，在電路中用參考極性“ ”、“ ”標(biāo)出。,若算得 U1 0，則參考方向與真實方向一致， 若算得U1 0，則參考方向與真實方向相反。,表示為U1或Uab,1.2 電路變量、電功率,4、電壓與電流的關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向一致。即：電流從高電位點流向低電位點，則稱u、i為關(guān)聯(lián)參考方向。,1.2 電路變量、電功率,當(dāng)u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向時,無論關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)，都有： P0時，表明電路吸收或消耗能量 P0時，表明電路產(chǎn)生或提供能量,三、電功率P,當(dāng)u、i為關(guān)聯(lián)參考方向時,單位：W,1.2 電路變量、電功率,EX1:,已知：U=15v ,I=3A,求功率P。,注意：求功率時一定要注意符號：一是判斷是否為關(guān)聯(lián)參考方向，來確定公式前是否加負號；二是電壓電流本身的正負號；,解：P=UI=15*3=45(W),1.2 電路變量、電功率,為吸收功率,EX2:,a,b,+,U,I,已知：U=15v ,I=-3A,求功率P。,R,解：P=-UI=-15*(-3)=45(W),1.2 電路變量、電功率,為吸收功率,EX4：求P。,已知：u=-5v ,I=3A,求功率P。,a,b,+,U,I,EX3:,解：P=UI=-5*3=-15(W),解：P=UI=6*(-3)=-18(W),1.2 電路變量、電功率,為釋放功率,1.3 電阻元件,一、線性電阻（主要研究對象） 1、歐姆定律： (關(guān)聯(lián)參考方向) (非關(guān)聯(lián)參考方向),2、伏安關(guān)系：元件上電壓和電流的關(guān)系，簡寫為VCR。在u-i平面上畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線,3.線性電阻定義：凡在u-i平面內(nèi)能用一條過原點的直線表示的二端元件稱為線性電阻元件。 4.電導(dǎo)單位：西門子（S）：,5.線性電阻的兩種特殊情況：開路和短路。 開路 i=0,（u軸），R，G0 ； 短路 u=0,（i軸），R0，G。,1.3 電阻元件,二、電阻元件的一般定義 定義：一個二端元件的電壓和電流的關(guān)系表現(xiàn)為u-i平面上的一條曲線，則稱該二端元件為電阻元件。(即電壓電流為代數(shù)關(guān)系)。,分類：,線性 (滿足齊次性和疊加性）,非線性,1.3 電阻元件,線形電阻元件,非線形電阻元件,u,i,本課程主要研究線性非時變電阻元件。,1.3 電阻元件,三、電阻元件的特性：靜態(tài)無記憶性。 四、電阻元件的功率：,電阻元件是耗能元件,1.3 電阻元件,補充：電阻相關(guān)知識,電阻的種類：在電子設(shè)備的實際應(yīng)用中，我們按照電阻制作的材料進行不同的分類。 常見的種類與性能特點如下表：,按照電阻的阻值特性分類。不能調(diào)節(jié)的，稱之為固定電阻。而可以調(diào)節(jié)的，稱之為可調(diào)電阻。 而常見的例如收音機音量調(diào)節(jié)的，主要應(yīng)用于電壓分配的，我們稱之為電位器。,特殊的電阻元件。這些 電阻元件的特點是它的阻值會根據(jù)一些外界因素的變化而變化。例如：受光影響的我們稱為光敏電阻、 受外界壓力影響的是壓敏電阻，還有熱敏、氣敏、電敏等等。下面是一些相關(guān)電阻的圖片：,電阻器和電位器的型號命名 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 2470l 995的規(guī)定，電阻器及電位器的型號由4部分組成： 第1部分為主稱，用字母表示，“R”表示電阻器，“W“表示電位器; 第2部分表示電阻器主要材料，一般用一個字母表示; 第3部分表示電阻器的主要特征，一般用一個數(shù)或一個字母表示; 第4部分表示序號，一般用數(shù)字表示，以區(qū)別該電阻器的外形尺寸及性能指標(biāo)等。,1.電阻阻值的兩種標(biāo)注方式：一種是數(shù)字 與單位直接標(biāo)注的方式（如圖1），另一種是利用色環(huán)來標(biāo)注其阻值的方式（如圖2），稱為色標(biāo)法，它也分兩種：分別為4環(huán)電阻與5環(huán)電阻，數(shù)值的讀取 方法、顏色與數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系.,電阻的參數(shù)：,色標(biāo)口訣,色環(huán)標(biāo)志要記住，黑色圓洞本是零。 （標(biāo)稱阻值及誤差）（黑0） 棕葉襯衫紅桃二，難留落伍黃世仁。 （棕1橙3紅2） （藍6綠5黃4） 白酒紫旗揮手吧，金無銀失五二零。 （白9紫7灰8） （金5%銀10%無20%）,如何辨別誤差環(huán) 識別色環(huán)電阻器，除了要記住每個阿拉伯?dāng)?shù)字對應(yīng)的顏色、讀準(zhǔn)每條色環(huán)的顏色種類外，關(guān)鍵是要找準(zhǔn)讀取的起始環(huán)(或者是找出允許誤差的那條色環(huán))。 找出誤差環(huán)可用下面的方法： (a) 一般誤差色環(huán)離倍乘色環(huán)相對較遠，粗細和另幾條色環(huán)可能不同； (b)四色環(huán)電阻用得最多的是誤差為5的電阻，五色環(huán)電阻用得最多的是誤差為1的電阻，所以大多使用的四色環(huán)、五色環(huán)電阻的誤差色環(huán)分別是金色和棕色；,(c)借助表中誤差環(huán)的規(guī)定和表中電阻系列標(biāo)稱的規(guī)定，來判斷誤差色環(huán)。如讀出為“白、紅、橙、橙”的四色環(huán)電阻，查表可知，誤差環(huán)不可能是橙色，應(yīng)該是白色； 上述3個方法須綜合起來用，判斷的結(jié)果才會準(zhǔn)確些。對于五色環(huán)電阻，還時常遇到3種方法都判斷不了的情況，如“棕、棕、黑、棕、棕”的五色環(huán)電阻這時就只有借助萬用表來判斷了。,2.電阻的功率：標(biāo)準(zhǔn)叫法是額定功率，是指電阻在一定條件下（壓力、溫度等） 長期連續(xù)工作能夠允許承受的最大功率。所以我們在一些電路中必須注意電阻功率的選擇，要留一定的余量，選標(biāo)稱功率比實際消耗的功率大一些的電阻。比如實際負荷1/4瓦，可以選用1/2瓦的電阻，實際負荷3瓦，可以選用5瓦的電阻。 在電路圖中，常用圖中所示的符號來表示電阻的標(biāo)稱功率,3.溫度系數(shù)：描述電阻溫度對其阻 值產(chǎn)生的影響。 4.