電路理論第二章常用的電路元件

1、掌握各電路元件的掌握各電路元件的電壓、電流關(guān)系（電壓、電流關(guān)系（VCRVCR）。 Voltage Current RelationVoltage Current Relationl 重點(diǎn)重點(diǎn)：第二章第二章 常用的電路元件常用的電路元件2.1 電阻元件電阻元件 (resistor)2. 線性定常電阻元件線性定常電阻元件l 電路符號(hào)電路符號(hào)R電阻元件電阻元件對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關(guān)系用對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關(guān)系用ui平面的一條曲線來描述：平面的一條曲線來描述：0 ),(iufiu任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1. 定義定義伏安伏安特性特

2、性l ui 關(guān)系關(guān)系R 稱為電阻，單位：稱為電阻，單位： (歐歐) (Ohm，歐姆，歐姆)滿足歐姆定律滿足歐姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR uil 單位單位G 稱為電導(dǎo)，單位：稱為電導(dǎo)，單位： S(西門子西門子) (Siemens，西門子，西門子) u、i 取關(guān)聯(lián)取關(guān)聯(lián)參考方向參考方向Rui+-伏安特性為一條伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線過原點(diǎn)的直線Riu R(2) 如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián) 公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)。公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)。注注(3) 說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律歐姆定律(1) 只適

3、用于線性電阻，只適用于線性電阻，( R 為常數(shù)）。為常數(shù)）。則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！公式和參考方向必須配套使用！Rui+-3. 功率和能量功率和能量上述結(jié)果說明電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。上述結(jié)果說明電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ Rp u i i2R u2 / R功率：功率：Rui+-Rui+-可用功率表示。從可用功率表示。從 t 到到t0電阻消耗的能量：電阻消耗的能量： ttttRuipW00ddRiu+4. 電阻的開路與短路電阻的開路與短路能量：能量：l 短路短路0

4、0 ui G or R0l 開路開路00 ui 0 G or Rui電容器電容器_q+q 在外電源作用下，在外電源作用下，兩極板上分別帶上等量異號(hào)電荷，撤去兩極板上分別帶上等量異號(hào)電荷，撤去電源，板上電荷仍可長(zhǎng)久地集聚下去，電源，板上電荷仍可長(zhǎng)久地集聚下去，是一種儲(chǔ)存電能的部件。是一種儲(chǔ)存電能的部件。1. 定義定義電容元件電容元件儲(chǔ)存電能的元件。其儲(chǔ)存電能的元件。其特性可用特性可用uq 平面平面上的一條曲線來描述上的一條曲線來描述0 ),(qufqu庫伏庫伏特性特性2.2 電容元件電容元件 (capacitor)任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電流與電流 u 成

5、正比。成正比。q u 特性是過原點(diǎn)的直線特性是過原點(diǎn)的直線l 電路符號(hào)電路符號(hào)2. 線性定常電容元件線性定常電容元件Cu+q-q tan uqCorCuq C 稱為電容器的電容稱為電容器的電容, 單位：?jiǎn)挝唬篎 (法法) (Farad，法拉，法拉), 常用常用 F，p F等表示。等表示。quO l 單位單位tuCtqidddd l 線性電容的電壓、電流關(guān)系線性電容的電壓、電流關(guān)系Cuiu、i 取關(guān)取關(guān)聯(lián)參考方向聯(lián)參考方向電容的電容的VCR表明：表明：(1) i 的大小取決于的大小取決于 u 的變化率的變化率, 與與 u 的大小無關(guān)，的大小無關(guān)，電容是動(dòng)態(tài)元件；電容是動(dòng)態(tài)元件；(2) 當(dāng)當(dāng) u

6、為常數(shù)為常數(shù)(直流直流)時(shí)，時(shí)，i =0。電容相當(dāng)于開路，電容。電容相當(dāng)于開路，電容 有隔斷直流作用；有隔斷直流作用；(3) 實(shí)際電路中通過電容的電流實(shí)際電路中通過電容的電流 i為有限值，則電容電壓為有限值，則電容電壓u 必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)；必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)； (4) 電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件。電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件。3. 電容的功率和儲(chǔ)能電容的功率和儲(chǔ)能tuCuuipdd (1)當(dāng)電容充電，當(dāng)電容充電， u0，d u/d t0，則，則i0，q ， p0, 電容吸收功率。電容吸收功率。(2)當(dāng)電容放電，當(dāng)電容放電，u0，d u/d t0，則，則i

7、0，q ，p0，d i/d t0，則，則u0， ， p0, 電感吸收功率。電感吸收功率。(2)當(dāng)電流減小，當(dāng)電流減小，i0，d i/d t0，則，則u0， ，p u 時(shí)，時(shí)， uo = +Uo(sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = Uo(sat) uo+ u+u 1. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 uo= f (ui) +Uo(sat) u+ u uoUo(sat)線性區(qū)線性區(qū)理想特性理想特性實(shí)際特性實(shí)際特性飽和區(qū)飽和區(qū) O理想運(yùn)算放大器圖形符號(hào)2.6.3 2.6.3 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器35 理想運(yùn)算放大器具有理想運(yùn)算放大器具有“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的特性，的特性，這兩個(gè)特性對(duì)分

8、析這兩個(gè)特性對(duì)分析線性運(yùn)用的運(yùn)放電路線性運(yùn)用的運(yùn)放電路十分有用。十分有用。 (1)(1)虛短虛短 由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般都在由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般都在8080 dBdB以以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在1010 V14 V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于電位，相當(dāng)于 “短路短路”。開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩兩輸入端的電位越接近相等。輸入端的電位越接近相等。 “虛短虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，

9、可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。36 (2)(2)虛斷虛斷 由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般都在由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般都在1 1 M 以上。以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1 A，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\(yùn)放，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\(yùn)放的兩輸入端視為的兩輸入端視為“開路開路”，且輸入電阻，且輸入電阻越大，兩越大，兩輸輸入端越接近開路。入端越接近開路。 “虛斷虛斷”是指在分析運(yùn)放處于線性狀

10、態(tài)時(shí)，可是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡(jiǎn)稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。路，簡(jiǎn)稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。 理想運(yùn)算放大器的特性例例1 1 反相比例器反相比例器解：根據(jù)理想運(yùn)放的特性分析解：根據(jù)理想運(yùn)放的特性分析(1) 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”：（2）根據(jù)）根據(jù)“虛斷虛斷”：i1fo uRRu(1) (1) 當(dāng)當(dāng) R1 和和 Rf 確定后，為使確定后，為使 uo 不超過飽和電壓不超過飽和電壓( (即保證即保證工作在線性區(qū)工作在線性區(qū)) )，對(duì)，對(duì)u ui i有一定限制有一定限制。(2) (2)

11、 運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū)運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)極不穩(wěn)定，振蕩在飽和區(qū); ;工作在閉環(huán)工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。 ( Rf 接在輸出端和反相輸接在輸出端和反相輸入端入端,稱為負(fù)反饋稱為負(fù)反饋)。 注意注意u+ = u- - =0，i1= ui/R1 i2= - -uo /Rfi- -= 0，i2= i1+_uo_+ +_uiR1RfRLi1i2u+u- -例例2 2 減法運(yùn)算減法運(yùn)算R2+_uo_+ +Rfi- -u+u- -R1R3ui1ui2i1ifu- -=u+i- -=i+=0得，得，i1= if323RRRuuu i2fRuuRuuio1i11 解得：解得：11132301RRuRRRRRuuffii2)( 110321RRuuuRRRRf)( ,ii2f 當(dāng)當(dāng)解：根據(jù)解：根據(jù)例