電路分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、電路分析的基礎(chǔ)知識(shí)【內(nèi)容提要】論。本章主要介紹：1、 電路的組成及電路分析的概念；2、 電路中常用的基本物理量；3、 電路的基本元件；本章重點(diǎn)：簡單直流電路的分析方法。第一節(jié) 電路的組成及電路分析的概念一、 電路及其作用1、 電路：電路是為了某種需要，將各種電氣元件和設(shè)備按一定的方式連接起來的電 流通路。2、 電路的作用：電路的基本功能可分為兩大類：1是實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的傳遞和處理。話筒T放大器T喇叭。2是實(shí)現(xiàn)能量的傳輸和轉(zhuǎn)換。發(fā)電機(jī)T升壓變壓器T導(dǎo)線T降壓變壓器T用電設(shè)備。3、 電路的組成： 顯然，任何一個(gè)電路都離不開提供能量的電源（或信號(hào)源）、消耗能量的負(fù)載（燈泡、喇叭）以及中間環(huán)節(jié)（連接二者之

2、間的各種裝置和線路） 。電源、 中間環(huán)節(jié)和負(fù)載 是構(gòu)成電路的三個(gè)基本組成部分。二、 電路分析和設(shè)計(jì)1電路分析：在已知電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，求解電路待求電量的過程。2電路設(shè)計(jì)：在設(shè)定輸入信號(hào)或功率的條件下，求解電路應(yīng)有結(jié)構(gòu)及參數(shù)的過程。三、 電路模型1、電路元件電路元件：在一定的條件下，忽略某些實(shí)際電器器件的次要因數(shù)， 近似地將其理想化后所得到的只有單一電磁性能的元件-理想元件。理想元件有：電阻元件R R、電容元件C C、電感元件L L、電源。2、電路模型：電路是由具體的電子設(shè)備和電子器件聯(lián)接組成的。為了便于分析， 通常將這些設(shè)備和器件理想化，并用規(guī)定的圖形符號(hào)來表示這些元件，由此所得到

3、的能反映實(shí)際電路聯(lián)接方式的圖形符號(hào)（電路圖）稱為電路模型，簡稱電路。電路模型是電路分析的基礎(chǔ)。的建立過程。電路理論一門是研究由理想元件構(gòu)成的電路模型分析方法的理4、基爾霍夫定律；5、簡單電阻電路的分析方法6、簡單RCRC電路的過渡過程s1Rs燈+n泡)Us我們通過一個(gè)手電筒的實(shí)際電路來理解電路模型開關(guān)圖1.1手電筒實(shí)際電路干電池圖1.2手電筒電路模型RL（2）將組成部件理想化：即將電池視為內(nèi)阻為Rs，電源電動(dòng)勢為US;忽略筒體（1）手電筒電路由電池、筒體、開關(guān)和燈泡組成;的電阻，筒體開關(guān)S S視為理想開關(guān)；將小燈泡視為阻值為RL的負(fù)載電阻；（3）筒體是電池、 開關(guān)和燈泡的聯(lián)接體， 用規(guī)定的圖形

4、符號(hào)畫出各理想部件的聯(lián)接 關(guān)系；（4） 在圖中標(biāo)出電源電動(dòng)勢、電壓和電流的方向便得到手電筒電路模型如圖1.21.2。四、電路的常用術(shù)語1支路：將兩個(gè)或兩個(gè)以上的二端元件（只有兩個(gè)端鈕的元件）依次連接稱為串 聯(lián)。單個(gè)電路元件或若干個(gè)電路元件的串聯(lián)構(gòu)成電路的一個(gè)分支，一個(gè)分支上所 通過的電流大小是相等的。電路中的每個(gè)分支都稱作支路。如下圖中abab、adad、aec、bebe、bdbd、cdcd都是支路，其中aec是由三個(gè)元件串聯(lián)構(gòu)成的支路，abdabd是由兩個(gè)元件串聯(lián)構(gòu)成的支路，其余 4 個(gè)都是由單個(gè)元件構(gòu)成的支路。2節(jié)點(diǎn)：電路中3 3條及以上條支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。如上圖中a、b b、c、d

5、d都是節(jié)點(diǎn)。3回路：電路中的任一閉合路徑稱為回路。如上圖中abdaabda、bcdbbcdb、abcdaabcda、aecdaaecda、aecbaaecba等都是回路。4網(wǎng)孔：回路內(nèi)部不包含其它任何支路，這樣的回路稱為網(wǎng)孔。如上圖中的回路aecbaaecba、abdaabda、bcdbbcdb都是網(wǎng)孔。因此，網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。第二節(jié)電路中的主要的物理量及參考方向電路中的主要物理量：電流、電壓和電功率。一、電流及其參考方向1 1、電流的大小電流的定義：在單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 衡量電流大小 的物理量叫電流強(qiáng)度（簡稱電流），用符號(hào) i i 表示。貝U：i空dt式中，

6、dq為時(shí)間 dtdt 內(nèi)通過導(dǎo)線某一橫截面的電荷量。電流的基本單位是安培（簡稱安），用符號(hào) A A 表示。當(dāng)電流很大或很 小時(shí)，常用單位為千安（KA）或毫安（mA）、微安（A）來表示。它們之間的換算關(guān)系為：1KA 1000A; 1A1A 1000mA1000mA;1mA 1000 A2 2、電流的方向電流是一個(gè)有大小和方向的基本物理量，當(dāng)大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流，簡稱直流電流，用大寫字母 I I表示，貝U:IQ3 3、電流的參考方向在簡單電路中，可以直接判斷電流的方向，如圖 1.31.3 所示。但在如圖 1.41.4 所示的較為復(fù)雜的電路中，流過電阻R5上電流的實(shí)際方向有時(shí)難

7、以判定。為了方便對(duì)電路進(jìn)行分析和計(jì)算, 個(gè)假設(shè)的方向叫電流的參考方向。Us圖1.3簡單電路4 4、幾點(diǎn)注意問題參考方向一但設(shè)定，不得隨意更改。2電流是一個(gè)有大小和方向的基本物理量，只有在選定了參考方向 以后，討論電流的正、負(fù)才具有實(shí)際意義。3電流的實(shí)際方向體現(xiàn)在計(jì)算結(jié)果中，當(dāng)電流的參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，電流為正值；若電流的參考方向與實(shí)際方向相反，則電流為負(fù)值。4電流的參考方向一般有如圖 1.51.5 所示的幾種表示方法。其中，lab表 示電流的參考方向是由a點(diǎn)指向 b b 點(diǎn)。5測量電流時(shí)，必須將電流表串聯(lián)在被測電路中。二、電壓的大小和極性1 1、電壓電壓又叫電位差，是衡量電場力做功能力大

8、小的物理量 其定義為：將單位正電荷 q q 從電路中的a點(diǎn)移到 b b 點(diǎn)時(shí)，電場力所做的功為Wab，則Wab與 q q 的比值就稱為a，b b 兩點(diǎn)之間的電壓，用符號(hào)Uab表示,式中，dWab為電場力把正電荷dq從電路中a點(diǎn)移到 b b 點(diǎn)時(shí)所做的功 并規(guī)定：電有必要先假設(shè)一個(gè)電流流動(dòng)的方向，這1ab(C)uabdWabdqR1R2圖1.4復(fù)雜電路(a)(b)圖1.5電流參考方向的標(biāo)注壓的方向?yàn)殡妶隽ψ龉κ拐姾梢苿?dòng)的方向電壓的基本單位是伏特（簡稱伏），用符號(hào) V V 表示。當(dāng)電壓很大或很 小時(shí)，常用單位為千伏（KV）或毫伏（mV）、微伏（V）來表示。它們之間 的換算關(guān)系為：1KV1KV10

9、00V1000V ； 1V1V 1000mV1000mV ；1mV 1000 V :2 2、 電壓的方向大小和方向都不隨時(shí)間變化的電壓稱為恒定電壓， 簡 稱直流電壓，用大寫字母 U U 表示，如a、b b 兩點(diǎn)間的直流電壓為：UabWabQ3 3、 電壓的參考方向電壓的方向與電流類似，也要預(yù)先設(shè)定參考方向。當(dāng)電壓的參考方向 與實(shí)際方向相同時(shí)，電壓為正值，當(dāng)電壓的參考方向與實(shí)際方向相反時(shí)， 電壓為負(fù)值。這樣，電壓的值就有正有負(fù)，其正負(fù)表示電壓的實(shí)際方向與 參考方向之間的關(guān)系，因此，電壓的正、負(fù)只有在選定了參考方向以后才 具有實(shí)際意義。電壓參考方向的一般有如圖 1.61.6 所示的幾種表示方法。其

10、中，正極性 指向負(fù)極性的方向就是電壓的參考方向；Uab則表示a、b b 兩點(diǎn)間的電壓參考方向由a指向 b b圖1.6電壓參考方向的標(biāo)注4 4、幾點(diǎn)注意問題 同電流 測量電壓時(shí)，必須將電流表并聯(lián)在被測電路中三、電位的概念電壓Uab只能表明a點(diǎn)和 b b 點(diǎn)之間的差值，不能表明a點(diǎn)和 b b 點(diǎn)各自數(shù) 值的大小。在電路分析和實(shí)際工作中， 經(jīng)常要對(duì)某兩點(diǎn)的電性能進(jìn)行比較，以確定電路的工作狀況。比如，判斷晶體三極管是處于放大、截止、還是 飽和工作狀態(tài)，就要用到電位的概念。通常的做法是，先選定電路中的某 個(gè)公共接點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并規(guī)定該點(diǎn)的電位為 00，然后再計(jì)算或測量出 電路中某點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓，這

11、個(gè)電壓就稱之為電位。在電路圖或電 子儀器和設(shè)備中，00電位點(diǎn)用符號(hào)來表示。電位的基本單位與電壓相同，也是伏特，電位的符號(hào)用字母加單下標(biāo) 的方法來表示，如Ua、Ub則分別表示a和 b b 點(diǎn)的電位。電路中，任意兩點(diǎn)之間的電位之差叫做電位差，用字母加雙下標(biāo)的方 法表示，如UabUaUb就表示a點(diǎn)的電位和 b b 點(diǎn)的電位之間的差值。顯(a)Uab(c)(b)(a)(b)(a)(b)然，電路中任意兩點(diǎn)之間的電位差就是該兩點(diǎn)之間的電壓。 那么電位和電壓有什么區(qū)別呢先來分析下面這個(gè)例題。例 1.11.1 在圖 1.71.7 中，分別設(shè)a、b b 為參考點(diǎn)，求a、b b、c、d d 各點(diǎn)電位 解題思路：根

12、據(jù)電位的概念，設(shè)a點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，則有Va0V，VbUba10 660V，Vb0V，而兩點(diǎn)間的電壓則為VcUca4 20 80V，VdUdac 心+E (1J40Va+% Q IJ10AE2(0V(a)設(shè) b b 點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí)，則有VaUab10 660V，UcbE1140V，VdUdbE290VUab10 660V，Uca4 2080V，Uda5 630V，UcbE1140V，UdbE290V由以上討論可以得出電位和電壓的區(qū)別是：1電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓；2各點(diǎn)電位值的大小是相對(duì)的，隨參考點(diǎn)的改變而改變；而兩點(diǎn)間的 電壓值是絕對(duì)的。有了電位的概念，圖1.7(b)可以簡化成

13、圖 1.81.8 形式的習(xí)慣畫法。c_a_+140V 20Qd - IZZI-Q+90Vu - +140V20Q6Qb(a)四、關(guān)聯(lián)參考方向在進(jìn)行電路分析時(shí)，我們既要對(duì)流過元件的電流選取參考方向，又要對(duì)元件兩端的電壓選取參考方向， 兩者是相互獨(dú)立的，可以任意選取。如4ab630Va0V果電流的參考方向與電壓的參考方向一致，則稱之為關(guān)聯(lián)參考方向，如圖1.7(a)所示；反之，則稱之為非關(guān)聯(lián)參考方向，如圖1.7(b)所示。當(dāng)選取電壓、電流的方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，則在電路圖上只需標(biāo)出 電流或電壓的參考方向即可，圖 1.1.8 8 所示的是兩種等效的表示方法。 五、電功率、電能和額定值1 1、電功率如前

14、所述，帶電粒子在電場力的作用下作有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)便形成了電流。根據(jù)電壓的定義，電場力所做的功為WabQU,單位時(shí)間在式(1.3)中，若電壓的單位為伏特(V)，電流的單位為安培(A)，則功率的單位為瓦特(W)，簡稱為“瓦”。用式(1.3)計(jì)算電路的功率時(shí)，若電壓、電流的參考方向相關(guān)聯(lián)，則等 式的右邊取正號(hào)，即 P P UIUI ;否則取負(fù)號(hào)，即 P P UIUI。當(dāng) P P 0 0 時(shí)，表明該元件吸收(消耗)功率，是負(fù)載(或起負(fù)載作用)；當(dāng) P P 0 0 時(shí)，表明該元件發(fā)出(產(chǎn)生)功率，是電源(或起電源作用)。根據(jù)能量守恒的原則，在任何一個(gè)電路中，某些兀件所產(chǎn)生的功率之和必然等于該電路中其它元件所

15、消耗的功率之和，即P總產(chǎn)生P總消耗，滿足功率平衡條件。當(dāng)已知元件的功率為 P P 時(shí)，則在 t t 秒內(nèi)消耗的電能為：W W PtPt(1.4)2 2、電能電能就等于電場力所做的功，單位是焦耳J)。工程上，常用千瓦小時(shí)(KW h)作單位，俗稱“度”例 1.21.2 在圖 1.111.11 中，方框代表某一電路元件，其電壓、電流的參考方 向如圖中所示，求圖中各元件的功率，并說明該元件是吸收還是發(fā)出功率3A_|- 13A亠 |-13A_|- 1竺 |-亠5V5V -一-5V一-5V(a)(b)圖1.11(c)(d)內(nèi)電場力所做的功稱為電功率,簡稱功率。它是描述傳送電能速率的一個(gè)物理量，用符號(hào)(1.

16、3)P P 表示，即：PQU UI解題思路：求解前，首先要看清電壓和電流的參考方向是否相關(guān)聯(lián)，若是關(guān)聯(lián)方向則用公式 P P UIUI 求解，反之用公式 P P UIUI 求解；其次還要注意 電壓和電流自身的正負(fù)值；其三是要記住，無論電壓和電流的參考方向是 否相關(guān)聯(lián)，只要計(jì)算結(jié)果為 P P 0 0，則該元件吸收(消耗)功率為負(fù)載元 件， 若計(jì)算結(jié)果為 P P 0 0， 則該元件發(fā)出(產(chǎn)生)功率為電源元件。(a)因?yàn)殡妷骸㈦娏鞯膮⒖挤较蛳嚓P(guān)聯(lián)，所以有P P UIUI 5 5 3 3 15W15W 0 0元件吸收功率。(b)因?yàn)殡妷骸㈦娏鞯膮⒖挤较蚍顷P(guān)聯(lián)，所以有P P UIUI 5 5 3 315W

17、15W 0 0元件發(fā)出功率。(c)因?yàn)殡妷?、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，所以有PUI ( 5) 3 15W 0元件發(fā)出功率。(d)因?yàn)殡妷骸㈦娏鞯膮⒖挤较蚍顷P(guān)聯(lián)，所以有PUI( 5) 3 15W 0元件吸收功率。例 1.31.3在圖 1.101.10 所示電路中，方框表示電源或電阻，各元件的電壓和電流的參考方向如圖1.10(a)所示。通過測量得知：I12A，I21A，I31A，U14V，U24V，U37V，U43V。1試標(biāo)出各電流和電壓的實(shí)際方向。2試求每個(gè)元件的功率，并判斷是電源還是負(fù)載。解題思路：當(dāng)電流或)電壓的參考方向.與實(shí)際方向相同， 電流或電壓為正 值。若電流或電壓的參考方向與實(shí)際方向相反，

18、 則為負(fù)值。本題中U2,U4均為負(fù)值，與實(shí)際方向相反，其余均為正值，與實(shí)際方向相同U4I113(1)方框 1 1:Ii2A與Ui4V均為正值，與實(shí)際方向一致；方框 2 2 :I?1A為正值，與實(shí)際方向一致，U24V為負(fù)值，與 實(shí)際方向相反；方框 3 3 :I31A與U37V均為正值，與實(shí)際方向一致；方框 4 4 :鳥1A為正值，與實(shí)際方向一致，U43V為負(fù)值，與實(shí)際方向相反。各電流和電壓的實(shí)際方向(用虛線表示)如圖1.10(b)所示。(2 2)計(jì)算各元件的功率方框 1 1:電壓和電流參考方向一致，代入數(shù)據(jù)得R U1I14 2 8W 0，該元件吸收功率，為負(fù)載；方框 2 2 :電壓和電流參考方向

19、一致，代入數(shù)據(jù)得P2U2I24 1 4W 0，該元件發(fā)出功率，為電源；方框 3 3 :電壓和電流的參考方向不一致，代入數(shù)據(jù)得P3U3I37 1 7W 0，該元件發(fā)出功率，為電源；方框 4 4 :電壓和電流的參考方向不一致，代入數(shù)據(jù)得P4U4I3( 3) 1 3W 0，該元件吸收功率，為負(fù)載。例 1.1.4 4 圖 1.11.11 1 為某電路的一部分， 三個(gè)元件中流過相同電流 I I 2A2A， 已 知元件a的電壓U12V，試求：(1)元件a的功率R ?，并說明是吸收功率還是發(fā)出功率; 若已知元件 b b 發(fā)出的功率為 1CW1CW，元件 c c 吸收的功率為 12W12W，貝 U U 元 件

20、 b b 上的電壓U2和元件c上的電壓U3各為多少伏特。解題思路：(1)元件a的電壓U1的參考方向與電流I I 的參考方向相反，此時(shí)，計(jì)算公式應(yīng)為R U1I，代入數(shù)據(jù)得：R U1I 2(2) 4W 0， 該元件吸收功率，為負(fù)載。+ U U3圖Raa+ U U1（2）元件 b b 的電壓U2的參考方向與電流 I I 的參考方向相關(guān)聯(lián)，且發(fā)出功率， 則根據(jù)關(guān)聯(lián)方向中，當(dāng) P P 0 0 時(shí)，表明該元件發(fā)出（產(chǎn)生）功率知，P2為負(fù)值,即U2IP,10W，同理，元件c的電壓U3的參考方向與電流 I I 的參考方向相關(guān)聯(lián)，吸收功率,則根據(jù)關(guān)聯(lián)方向中，當(dāng) P P 0 0 時(shí)元件吸收（消耗）功率知：P3為正

21、值，即U3I F312W，上面三個(gè)例題說明了判斷一個(gè)電路中哪個(gè)是電源 （或起電源的作用）， 哪個(gè)是負(fù)載（或起負(fù)載作用）的基本方法。3 3、額定值任何電氣元件和設(shè)備工作時(shí)所消耗的實(shí)際功率都與它們的工作條件有關(guān)，考慮使用的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和壽命，把元器件和設(shè)備安全 工作時(shí)所允許的最大電流、電壓和功率分別稱為額定電流、額定電壓和額 定功率，統(tǒng)稱為額定值。一般元器件和設(shè)備的額定值都標(biāo)示在明顯位置 （或 標(biāo)示在產(chǎn)品說明書和手冊(cè)中）。元器件或設(shè)備在額定值時(shí)的工作狀態(tài)叫做額定工作狀態(tài)（或稱為滿載 狀態(tài)）o在這種工作狀態(tài)下，元器件或設(shè)備的效能得到充分發(fā)揮，能源得 到充分利用。元器件或設(shè)備在低于額定值下的工作狀態(tài)

22、叫做輕載工作狀態(tài)。過于輕載工作顯然不利于元器件或設(shè)備效能的發(fā)揮，造成能源浪費(fèi)，要注意避免。元器件或設(shè)備工作在高于額定值時(shí)的狀態(tài)叫做過載或超載工作狀態(tài)，容易燒毀元器件或設(shè)備，一定要嚴(yán)格禁止這種情況的發(fā)生。第三節(jié)電路的基本元件電路中理想元件有電阻、電容、電感和電源四種。它們的特性通常用伏安關(guān)系（VAR）來描述，即元件上的電壓、電流在關(guān)聯(lián)參考方向下的相互關(guān)系。一、電阻元件1 1、 電阻具有阻礙電流流動(dòng)物理性質(zhì)的物質(zhì)。2 2、 電阻元件理想化的電阻元件-電阻。電阻的基本單位是歐姆()，當(dāng)電路兩端的電壓為 1V1V，通過的電流 為 1A1A，則該段電路的電阻值為 1 1。電阻有時(shí)以千歐(K )或兆歐(M

23、 )為單位。它們之間的換算關(guān)系為：1M1M 1000K1000K ，1K1K 10001000。求得U105V；求得U3126V0電阻器(簡稱電阻)是電路中最常見的元件之一，用字母RR或rr 表示，電路圖中常用的電阻符號(hào)如圖 1.171.17 所示。固定電阻壓敏電阻可調(diào)電阻抽頭固定電阻電位器圖1.17電阻的圖形符號(hào)3 3、伏安特性電阻元件的伏安特性，可以用電流為橫坐標(biāo)，電壓為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)平面上的曲線來表示， 稱為電阻元件的伏安特性曲線。如 果伏安特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線，如圖1.13(a)所示，這樣的電阻元件稱為線性電阻元件，線性電阻元件在電路圖中用圖A U R1.13(b)所示的圖形符

24、號(hào)表示。電阻的伏安關(guān)系為：/少圖0/iRR+Lrrl一(a)線性電阻元件伏安特性(b)圖形符號(hào)當(dāng)u、i i 取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，u u R R i i(1.5)當(dāng)u、i i 取非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，u uR R i i在工程上，還有許多電阻元件的伏安特性曲線是一條通過原點(diǎn)的曲 線，這樣的電阻元件稱為非線性電阻元件。如二極管等。本書中所有的電阻元件，除特別指明外，都是指線性電阻。電阻的種類較多，其主要參數(shù)有標(biāo)稱阻值、誤差和額定功率。目前市 面上銷售的電阻基本上都用不同顏色的色環(huán)標(biāo)示其阻值的大小和誤差 (色 標(biāo)法)見表 1 1。表 1 1色環(huán)所代表的數(shù)值及其含義色別第一色環(huán)第一位數(shù)第二色環(huán)第二位數(shù)第三色

25、環(huán)應(yīng)乘位數(shù)第四色環(huán)允許誤差棕色11101紅色22102橙色33103黃色44104綠色55105二色66106紫色77107灰色88108白色99109黑色00100金色10-1 5 %銀色10-2 10%無色 20%其識(shí)讀方法是：緊靠電阻端的為第一色環(huán)，依次為第二、三、四色環(huán)。 第一道色環(huán)表示阻值的第一位數(shù)字，第二道色環(huán)表示阻值的第二位數(shù)字， 第三道色環(huán)表示阻值的倍率，第四道色環(huán)表示阻值的允許誤差。設(shè)某電阻 四道色環(huán)的顏色依次為：紅、紫、黃、銀。則其阻值為27 104，誤差為 10%10%（即 270K10%）;還有一只電阻的四道色環(huán)的顏色依次為：綠、棕、金、金，則其阻值為 5.15.1 ，

26、誤差為 5%5%（即 5.15%）。另有一只電阻三道色環(huán)的顏色依次為：棕，綠，黑，則其阻值為 1515 ，誤差為 20%20%（即 1520%）。色環(huán)電阻的額定功率可根據(jù)它的體積大小來判斷，它們的額定功率和體積大小的關(guān)系見表 2 2。表 2 金屬膜電阻外形尺寸與額定功率的關(guān)系餉牛初窓 A A/金屬膜電阻（ RJ)額定功率/W長度/mm直徑/mm12 3 4圖1/86 821/47一1/21132二、電容元件電容器（簡稱電容）是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一， 廣泛應(yīng) 用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換和控制電路等方面。電容以儲(chǔ)存電荷為特征，具有儲(chǔ)存電場能量的功能。在電路中用字母

27、CC表示，電路圖中常用電容的符號(hào)如圖 1.161.16 所示。電容的基本單位是法拉，用符號(hào)FF表示。常用的單位還有微法(F)和微微法(pF)。它們之間的換算關(guān)系為：1F 106F，1 F 106pF。電容容量的標(biāo)示方法有1直標(biāo)法：用數(shù)字和單位符號(hào)直接標(biāo)出。如01 F表示 0.010.01 微法，有些電容用RR表示小數(shù)點(diǎn)，如 R56R56 表示 0.560.56 微法。2文字符號(hào)法：用數(shù)字和文字符號(hào)有規(guī)律的組合來表示容量。如 P10P10表示 0.1PF0.1PF，1P01P0 表示 1PF1PF，6P86P8 表示 6.8PF6.8PF，2 2表示2.2 F等等。. .3色標(biāo)法：用色環(huán)或色點(diǎn)表

28、示電容器的主要參數(shù)。電容器的色標(biāo)法與 電阻相同。當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其伏安關(guān)系為：i i C CdU(1.7)dtdt上式表明，只有電容上的電壓變化時(shí)，電容上才有電流流動(dòng)，因此，在直流電路中，電容兩端有電壓，但無電流通過，相當(dāng)于開路，此時(shí)電容起阻擋直流電流通過的作用，簡稱隔直作用。1 1在 t t 時(shí)刻，電容元件儲(chǔ)存的電場能量為：W Wc(t)(t) ；CuCu2(t)(t)(1.11)該式表明，電容元件在某時(shí)刻儲(chǔ)存的電場能量只與該時(shí)刻電容元件的 端電壓有關(guān)。當(dāng)電壓增加時(shí)，電容元件從電源吸收能量，儲(chǔ)存在電場中的 能量增加，這個(gè)過程稱為電容的充電過程。當(dāng)電壓減小時(shí)，電容元件向外 釋放電

29、場能量，這個(gè)過程稱為電容的放電過程。電容在充放電過程中并不 消耗能量。因此，電容元件是一種儲(chǔ)能元件。選擇電容，除了考慮電容的容量外，還要注意電容上的標(biāo)稱電壓一定 要高于其實(shí)際工作電壓，并應(yīng)留有一定的余量。如果實(shí)際工作電壓過高，介質(zhì)就會(huì)被擊穿，電容器就會(huì)損壞。使用電解電容時(shí)，還要注意其正極性 一定要接在電路中的高電位點(diǎn)上，負(fù)極接低電位點(diǎn)上。實(shí)際工作中，曾有 過因誤把電解電容極性接反而出現(xiàn)類似爆竹炸裂的現(xiàn)象。三、電感元件電感器(簡稱電感)以儲(chǔ)存磁場能量為特征，具有儲(chǔ)存磁場能量的功 能。在電路中用字母LL表示，電路圖中常用電感器的符號(hào)如圖 1.181.18 所示。電感的基本單位是亨利，通常用符號(hào)HH

30、表示。常用的單位還有毫亨(mH)和微亨(H)。它們之間的換算關(guān)系為：331H 10 mH；1mH 10 H。當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，線性電感元件的特性方程為:u L 空(1.12)dt上式表明， 只有電感上的電流變化時(shí)， 才能在電感上產(chǎn)生電壓， 因此, 在直流電路中，電感上有電流，但電感兩端無電壓，相當(dāng)于短路。在 t t 時(shí)刻，電感元件儲(chǔ)存的磁場能量為：wL(t)丄Li2(t)(1.15)2該式表明，電感元件在某時(shí)刻儲(chǔ)存的磁場能量只與該時(shí)刻電感元件的 電流有關(guān)。當(dāng)電流增加時(shí)，電感元件從電源吸收能量，儲(chǔ)存在磁場中的能 量增加；當(dāng)電流減小時(shí)，電感元件向外釋放磁場能量。電感元件并不消耗 能量，

31、因此，電感元件也是一種儲(chǔ)能元件。在選用電感元件時(shí)，除了考慮合適的電感量外，還要注意實(shí)際的工作 電流不能超過其額定電流。否則，由于電流過大，線圈會(huì)因發(fā)熱而被燒毀。四、電壓源1 1、理想電壓源理想電壓源簡稱為電壓源，其內(nèi)阻r00。它的兩個(gè)基本特點(diǎn)是:無論它的外電路如何變化，它兩端的輸出電壓為恒定值US或?yàn)橐欢〞r(shí)間的函數(shù)us(t)。通過電壓源電流的大小由于與之相連接的外部電路來決定電壓源在電路圖中的符號(hào)如圖1.21(a)所示，其電壓用Us表示。若Us的 大小和方向都不隨時(shí)間變化，則稱為直流電壓源，其電壓用US表示。圖1.21(b)是直流電壓源的另一種符號(hào)，長線端表示參考正極性，短線端表 示參考負(fù)極性

32、。直流電壓源的伏安特性如圖 1.221.22 所示，它是一條以 I I 為橫坐標(biāo)且平行 于 I I 軸的直線，表明其電流由外電路決定，不論電流為何值，直流電壓源 的端電壓總為USus(t) 0的電壓源是電壓保持為零、電流由其外電路決定的二端元 件，因此，人0的電壓源可相當(dāng)于 R R 0 0 的電阻元件。在實(shí)際應(yīng)用中，可以用一條短路導(dǎo)線來代替us(t)0的電壓源。在實(shí)際應(yīng)用中，不能將Us(t)不相等的電壓源并聯(lián)，也不能將Us(t)0的電壓源短路。2 2、實(shí)際電壓源理想電壓源實(shí)際上是不存在的。 實(shí)際電壓源的端電壓都是隨著電流的 變化而變化的。例如，當(dāng)電池接通負(fù)載后，其電壓就會(huì)降低，這是因?yàn)殡?池內(nèi)部存在電阻的緣故。由此可見，實(shí)際的直流電壓源可用數(shù)值等于Us的理想電壓源和一個(gè)內(nèi)阻Ri相串聯(lián)的模型來表示，如圖1.23(a)所示。于是，實(shí)際直流電壓源的端電壓為：U UsU