電路分析第1章ppt

1、第第1章章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律1.1 實際電路與電路模型實際電路與電路模型 1.2 電路的基本物理量電路的基本物理量 1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.4 電路的基本元件及方程電路的基本元件及方程 1.5 應用應用1.1 實際電路與電路模型實際電路與電路模型模型模型（ model ) ) 研究電路問題也不例外的采用研究電路問題也不例外的采用模型化模型化的方法。的方法。 通過通過模型化模型化的方法研究客觀世界，是人類認的方法研究客觀世界，是人類認識自然的一個基本方法。識自然的一個基本方法。 為了能對實際問題進行定量分析研究，通常為了能對實際問題進行定量分析研究，

2、通常是將實際條件是將實際條件理想化理想化、具體事物、具體事物抽象化抽象化、復雜系、復雜系統(tǒng)統(tǒng)簡單化簡單化 模型模型。 建立起來的模型應能反映事物的基本特征，建立起來的模型應能反映事物的基本特征，以便對實際問題以便對實際問題本質(zhì)的了解本質(zhì)的了解。1.1.1 實際電路的功能和特點 1. . 實現(xiàn)實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換能量的轉(zhuǎn)換、傳輸、分配、傳輸、分配電池電池燈泡燈泡2. .實現(xiàn)實現(xiàn)信號的處理信號的處理、傳遞、加工、傳遞、加工功能功能特點特點電池電池燈燈泡泡電源電源: 提供提供 電能的裝置電能的裝置負載負載:消耗電能的裝置消耗電能的裝置導線：導線：閉合回路閉合回路特點特點 提供能源提供能源 信號處理信號處理

3、 負載負載 信號源信號源負載大小的概念負載大小的概念: 負載增加指負載取用的電流和功率增加。負載增加指負載取用的電流和功率增加?？傊畬嶋H電路總之實際電路結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：實現(xiàn)功能：實現(xiàn)功能：實際電路定義： 若干電器件或電氣設備通過導線互連組合，實現(xiàn)特定功能的總體。工程上為便于描述實際電路，工程上為便于描述實際電路， 用各種符號代替電氣設備、器件，用各種符號代替電氣設備、器件， 反映連接關系的圖反映連接關系的圖: :電氣原理圖電氣原理圖如手電筒：如手電筒：如洗衣機中電動機：如洗衣機中電動機：手電筒電氣原理圖手電筒電氣原理圖洗衣機電氣原理圖洗衣機電氣原理圖1.1.2 電路模型及其意義電路模型及其

4、意義1、電路模型電路模型由這些由這些電路元件電路元件組成的組成的理想化電路模型理想化電路模型，簡稱，簡稱電路電路。 為了便于理論研究，揭示電路的內(nèi)在規(guī)律，為了便于理論研究，揭示電路的內(nèi)在規(guī)律，根據(jù)實際電氣器件和設備的根據(jù)實際電氣器件和設備的基本物理特性基本物理特性進行理想進行理想化和簡單化處理化和簡單化處理 物理模型物理模型或或數(shù)學模型數(shù)學模型。 這些基本的物理模型稱為理想化的電路元件，這些基本的物理模型稱為理想化的電路元件，簡稱簡稱電路元件電路元件。 從而構(gòu)成與實際電路相對應的從而構(gòu)成與實際電路相對應的電路模型電路模型。舉例：舉例：R+RoUs-手電筒的電路模型手電筒的電路模型燈燈泡泡開關開

5、關電電池池導線導線S電氣原理圖與電路模型有什么差別？電氣原理圖與電路模型有什么差別？反映器件的物理電磁特性反映器件的物理電磁特性Rl模型的建立模型的建立如何建立模型如何建立模型 超出本書范圍超出本書范圍需要理解：需要理解：a、模型不同于實際電路模型不同于實際電路b、實際電路的近似實際電路的近似c、實質(zhì)：用能反映其、實質(zhì)：用能反映其電磁性質(zhì)電磁性質(zhì)的理想電路元件的理想電路元件或其組合來模擬或其組合來模擬理想電理想電路元件路元件理想電理想電路元件路元件電動機電動機2、集總參數(shù)的假設集總參數(shù)的假設3、電路理論研究的問題電路理論研究的問題集總參數(shù)元件集總參數(shù)元件集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路集總假設集總假設

6、：實際電路的尺寸：實際電路的尺寸必須必須遠小于遠小于電路工作信號的電路工作信號的電磁波的波長。電磁波的波長。 電路電路-circuit網(wǎng)絡網(wǎng)絡-network系統(tǒng)系統(tǒng)-system電路理論中電路理論中不作區(qū)分不作區(qū)分電路理論研究內(nèi)容：電路理論研究內(nèi)容：電路分析電路分析(Analysis)電路綜合電路綜合(Synthesis)PK分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路思考題：P41.2 電路的基本物理量電路的基本物理量電路理論中的基本物理量有六種：電路理論中的基本物理量有六種：電荷電荷、磁通（磁通鏈）磁通（磁通鏈）、 電流電流、電壓電壓、能量能量、電功率電功率。 在電路分析中，更多關注的基本物理量是：在電路分

7、析中，更多關注的基本物理量是：電流電流、 電壓、電壓、 電功率電功率?；疚锢砹康膯挝慌c換算基本物理量的單位與換算物物 理理 量量基基 本本 單單 位位電荷電荷 q庫侖庫侖C C磁通（鏈）磁通（鏈）（）韋伯韋伯WbWb電流電流 i安培安培A A電壓電壓 u伏特伏特V V能量能量 w w焦耳焦耳J J功率功率 p瓦特瓦特W W詞頭詞頭換算換算率率詞詞 頭頭換算換算率率詞頭詞頭換算換算率率幺幺(y)(y)1010- -2424毫毫(m)(m)1010- -3 3吉吉(G)10109 9仄仄(z)(z)1010- -2121厘厘(c)(c)1010- -2 2太太(T)10101212阿阿(a)(a

8、)1010- -1818分分(d)(d)1010- -1 1拍拍(P)10101515飛飛(f)(f)1010- -1515十十(da(da）10101 1艾艾(E)10101818皮皮(p)(p)1010- -1212百百(h)(h)10102 2澤澤(Z)10102121納納(n)(n)1010- -9 9千千(k)(k)10103 3堯堯(Y)10102424微微(）1010- -6 6兆兆(M)10106 6納納1mA=10-3A各物理量的關系各物理量的關系dtdwp dtdu dtdqi dtiq dtu dtpw1.2.1 電流及參考方向電流及參考方向 (Current Refer

9、ence Direction)1 1、電流、電流2 2、電流參考方向、電流參考方向A、定義定義B、實際方向?qū)嶋H方向正電荷運動的方向正電荷運動的方向 單位時間內(nèi)通過導體橫截面單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量的電荷量q定義為電流。定義為電流。tqiddA 、 mA 、A單位：單位：物理量：物理量：I，i B、表示方法表示方法A、概念概念 在分析計算電路時，在分析計算電路時，對電流任意假定的方向。對電流任意假定的方向。abI箭標箭標Iab 雙下標雙下標1 1、電壓、電壓2 2、電壓參考方向、電壓參考方向A A、定義、定義B B、實際方向、實際方向電位降低的方向電位降低的方向 將單位正電荷由將單位正電

10、荷由 a點移至點移至b b點電場點電場力所做的功或能量力所做的功或能量w，稱為，稱為a、b兩點兩點間的電壓間的電壓 u 。qwudd kV、mV 、V單位：單位：物理量：物理量：U，u B B、表示方法表示方法A、概念概念 在分析計算電路時，在分析計算電路時，對電壓任意假定的方向。對電壓任意假定的方向。1.2.2 電壓及參考極性電壓及參考極性 ( Voltage Reference Polarity )Uab 雙下標雙下標+正負號正負號abU箭標箭標討論討論實際方向與參考方向的關系：實際方向與參考方向的關系：注意：注意： 在參考方向選定后，電流（或電壓）在參考方向選定后，電流（或電壓） 值才有

11、正負之分。值才有正負之分。 對任何電路分析時都應先指定各處的對任何電路分析時都應先指定各處的 i , u 的參考方向。的參考方向。 abIR例例若若 I = 5A ，則實際方向與參考方向一致，則實際方向與參考方向一致， 若若 I = - 5A ，則實際方向與參考方向相反。，則實際方向與參考方向相反。關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向i+-Run電流的參考方向與電壓的參考方向一致，電流的參考方向與電壓的參考方向一致，n稱電流和電壓為關聯(lián)參考方向。稱電流和電壓為關聯(lián)參考方向。n反之為非關聯(lián)參考方向。反之為非關聯(lián)參考方向。參考方向參考方向小結(jié)小結(jié)(1) 分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向分析電路前必須選定

12、電壓和電流的參考方向,并依次列方程；并依次列方程；(2) 參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注, 在計算過程中不得改變；在計算過程中不得改變；u = Ri+Riu+Riuu = Ri (3) 參考方向不同時，其表達式符號也不同，但實際方向不變。參考方向不同時，其表達式符號也不同，但實際方向不變。1.2.3 電功率電功率（Power）tqqwdddd 單位單位: 在國際單位制中，電流（在國際單位制中，電流（A），電荷（），電荷（C）庫侖，電壓（庫侖，電壓（V），），功率（功率（W）瓦特瓦特, 電能量（電能量（J）焦耳焦耳 。twpdd 電功率：電功率：

13、電能量：電能量：ui iu 電功率與參考方向的關系電功率與參考方向的關系 在電壓電流關聯(lián)參考方向下，電功率在電壓電流關聯(lián)參考方向下，電功率 p 可寫成可寫成p(t)=u(t)i(t) p 0 表明元件吸收電能，表明元件吸收電能，p 0 表明元件吸收電能，表明元件吸收電能，p 0 表明元件釋放電能表明元件釋放電能。p = u i+元件元件iu+元件元件iup = u i關聯(lián)關聯(lián)非關聯(lián)非關聯(lián)練習練習 各元件電流電壓參考方向如圖所示。已知各元件電流電壓參考方向如圖所示。已知U1 = 3 V，U2 = 5 V，U3 = -2 V，I1 = -I2 = -2 A，I3 = -2 A。試求各元件的功率，并

14、指。試求各元件的功率，并指出是吸收功率還是發(fā)出功率，整個電路的總功率是否滿足能量出是吸收功率還是發(fā)出功率，整個電路的總功率是否滿足能量守恒定律？守恒定律？電路的總功率電路的總功率: : P= P1+ P2+ P3= 0( (能量守恒能量守恒) ) 解解 根據(jù)各元件的參考方向，可得各元件根據(jù)各元件的參考方向，可得各元件 的功率為的功率為元件元件1：P1 = U1 I1元件元件2：P2 = U2 I2元件元件3：P3 = - -U3 I3132+ U2 - -+U1- -+ +U3- -I1I2I3= 3(-2) = - 6 (W)（發(fā)出發(fā)出）= 52 = 10(W)（吸收吸收）= -(-2)(-

15、2)= - 4(W)（發(fā)出發(fā)出）電功率守恒電功率守恒 對整個電路而言，任一時刻電路中各元件對整個電路而言，任一時刻電路中各元件吸收的電功率總和應等于電源發(fā)出的電功率總吸收的電功率總和應等于電源發(fā)出的電功率總和，或總功率的代數(shù)和必為零。和，或總功率的代數(shù)和必為零。1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律( Kirchhoff s Laws )它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關系，它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關系，是分析是分析集總參數(shù)電路的基本定律集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c電?；鶢柣舴蚨膳c電路的連接方式（拓撲結(jié)構(gòu)）有關路的連接方式（拓撲結(jié)構(gòu)）有關,與元件性質(zhì)無關。與元件性質(zhì)無

16、關。 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 (Kirchhoff s Current LawKCL ) 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (Kirchhoff s Voltage LawKVL ) 1 1、幾個名詞幾個名詞( (定義定義) )(1) 支路支路 (branch)：電路中通過同一電流的分支電路中通過同一電流的分支。(2) 結(jié)點結(jié)點 (node): 三條或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。三條或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。(3) 回路回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。b =(4) 網(wǎng)孔網(wǎng)孔(mesh)：對對平面電路平面電路，每個網(wǎng)眼即為網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，每個網(wǎng)眼

17、即為網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔但回路不一定是網(wǎng)孔。123abl =n =12321m =R1R2R3+S1R4R545c35373?另外兩個回路另外兩個回路? ?例例支路：支路：ab、bc、ca （共（共6條）條）回路：回路：abd、abcd （共（共7 個）個）結(jié)點結(jié)點：a、 b、c、d (共共4個）個）bI6E5E6_+R6R3+R5R4R1R2acdI1I2I4I3I5-網(wǎng)孔：網(wǎng)孔：abd、bcd （共（共3 個）個）2、基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電流定律 (KCL) 在任何集總參數(shù)電路中，在任一時刻，流出在任何集總參數(shù)電路中，在任一時刻，流出(流入流入)任任一結(jié)點的各支路電流

18、的代數(shù)和為零。一結(jié)點的各支路電流的代數(shù)和為零。 即即物理基礎物理基礎: 電荷守恒，電流連續(xù)性。電荷守恒，電流連續(xù)性。i4i2i1i30 (t)i令流出為令流出為“+”(支路電流背離結(jié)點支路電流背離結(jié)點)i1+i2i3+i4=0OR i1+i3=i2+i4 出出入入即即ii 7A4Ai110A-12Ai2i1+i210(12)=0 i2=1A 例例 47i1= 0 i1= 3A 求求i1和和i2 。例例abKCL可推廣到一個可推廣到一個封閉面封閉面？廣義廣義(超）結(jié)點超）結(jié)點I =?I = 0_RE2E3E1+_RR1R+_+I0CbaIII例例bIaIcIDE+_1111113+_22.i4i

19、3？AB+_1111113+_21.思考思考F F =0i = ?i = 0i = ?i = 00)( tu任選定一個繞行方向任選定一個繞行方向:順時針或逆時針順時針或逆時針.0U順時針方向繞行順時針方向繞行: 在任一時刻，沿任一閉合路徑在任一時刻，沿任一閉合路徑( 按固定繞向按固定繞向 )， 各支路各支路電壓的代數(shù)和為零。電壓的代數(shù)和為零。 即即電阻壓降電阻壓降電源壓升電源壓升 S UUR即即-U1-US1+U2+U3+U4+US4=03、基爾霍夫電壓定律、基爾霍夫電壓定律 (KVL)例例I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U2U3U4U1-U1+U2+U3+U4= US1

20、-US4推論：推論： 電路中任意兩點間的電壓等于兩點間任一條路徑電路中任意兩點間的電壓等于兩點間任一條路徑經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。元件電壓方向與路徑繞行方向一致時取正號，相反取負號。元件電壓方向與路徑繞行方向一致時取正號，相反取負號。AB l1l2UAB (沿沿l1)=UAB (沿沿l2）32UUUAB 4411UUUUUSSAB U2U3U1U4I4I3R3R2I2I1+US1R1_+US4R4BA(1) KCL是對支路電流的線性約束，是對支路電流的線性約束，KVL是對支路電壓是對支路電壓的線性約束。的線性約束。(2) KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關

21、。與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關。(3) KCL表明在每一結(jié)點上電荷是守恒的；表明在每一結(jié)點上電荷是守恒的；KVL是電是電位單值性的具體體現(xiàn)位單值性的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關電壓與路徑無關)。(4) KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。只適用于集總參數(shù)的電路。KCL、KVL小結(jié)小結(jié)圖示電路圖示電路, 求求 I 和和 U。1A3A2A3V2V3 UI練習練習U1解解KCL: 3+1-2+I=0，I= -2（A）電阻電阻: U1=3I= -6（V）KVL: U+U1+3-2=0，U=5（V）1.4 電路的基本元件及方程電路的基本元件及方程電路元件電路元件 ( Circuit Element )

22、電路的基本元素是元件，電路元件是實際器件的電路的基本元素是元件，電路元件是實際器件的理理想化想化物理模型，應有嚴格的定義。物理模型，應有嚴格的定義。電路元件的端子數(shù)目可分為電路元件的端子數(shù)目可分為二端、三端、四端元件等。二端、三端、四端元件等。本章先研究最基本的幾個元件：本章先研究最基本的幾個元件：電阻電阻(元件元件)電容電容(元件元件)電感電感(元件元件)電源電源(元件元件)1.4.1 電阻電阻元件元件 ( Resistive Element )線性電阻線性電阻1. 符號符號R2. 方程方程歐姆定律 (Ohms Law)電壓與電流的參考方向設定為一致的方向時電壓與電流的參考方向設定為一致的方

23、向時Riu+u R iR 稱為電阻，稱為電阻，基本單位：基本單位： (歐歐) (Ohm，歐姆，歐姆) 伏安特性曲線伏安特性曲線: R tg 線性電阻線性電阻R是一個與電壓和電流無關的常數(shù)。是一個與電壓和電流無關的常數(shù)。令令 G 1/RG 稱為電導稱為電導則則 歐姆定律表示為歐姆定律表示為: i G u 電導的基本單位：電導的基本單位： S (西西) (Siemens，西門子，西門子) uiO電阻元件的伏安特性為電阻元件的伏安特性為一條過原點的直線一條過原點的直線.雙向性元件雙向性元件Riu+開路與短路開路與短路對于一電阻對于一電阻R當當R=0，視其為短路，視其為短路: u = 0當當R= ，視

24、其為開路，視其為開路: i = 0* 理想導線的電阻值為零。理想導線的電阻值為零。3.電阻的功率和能量電阻的功率和能量由電功率的定義及歐姆定律可知，電阻吸收的功率和能量由電功率的定義及歐姆定律可知，電阻吸收的功率和能量 22GuRiuip 這表明正電阻總是吸收（消耗）功率的，稱為無源元件。這表明正電阻總是吸收（消耗）功率的，稱為無源元件。PK “有源元件有源元件”線性電路模型中的電阻線性電路模型中的電阻線性時不變線性時不變二端子（紐）二端子（紐）歐姆定律約束歐姆定律約束R 既表示元件，也表示既表示元件，也表示參數(shù)參數(shù)。從從 t0 到到 t 電阻消耗的能量：電阻消耗的能量： ttttttRdRi

25、uidpdW00020 實際電阻器實際電阻器 1、電磁特性實質(zhì)：是一種將電能不可逆地轉(zhuǎn)化為其它形式能量、電磁特性實質(zhì)：是一種將電能不可逆地轉(zhuǎn)化為其它形式能量（如熱能、光能（如熱能、光能、機械能、機械能等）的元件。等）的元件。進一步認識電阻元件進一步認識電阻元件2、分類：線性時變、線性時不變；非線性時變、非線性時不變。、分類：線性時變、線性時不變；非線性時變、非線性時不變。 二端子、三端子、多端子。二端子、三端子、多端子。3、電阻效應、電阻效應兩個物體之間均有電阻特性，常見的如晶體管的兩個物體之間均有電阻特性，常見的如晶體管的熱效應、人體的電阻等。熱效應、人體的電阻等。4、實際電阻、實際電阻電阻

26、器：集額定功率、耐壓值、耐流值等多種指電阻器：集額定功率、耐壓值、耐流值等多種指標的設備。標的設備。DE+_1111113+_22.i4i3？ A = B?i3 =i4? D = E?AB+_1111113+_21.i2i1i1 =i2?i1 =i2 A = B=1V D = Ei3 =i4思考思考C C = -1V D= E= 2V?F F =01.4.2 電容元件電容元件 (Capacitive Element)線性電容線性電容線性電容元件線性電容元件1、電容、電容符號符號CuCuC 對于線性電容，有：對于線性電容，有： q = Cu 2. 元件特性元件特性uqCdef C 稱為電容器的電

27、容稱為電容器的電容電容電容 C 的單位：的單位：F (法法) (Farad，法拉，法拉) 常用常用 F，pF等表示。等表示。Ciu+線性電容線性電容特性曲線特性曲線是是 q u 平面平面上一條上一條過原點的直線過原點的直線 tg 電壓、電流關系：電壓、電流關系： u, i 取關聯(lián)參考方向取關聯(lián)參考方向Ciu+或或 tiCtud )( 1 quOuqC tuCtqidddd 電容元件電容元件方程方程 ttiqtqt00d)()(隔直通交隔直通交 00 tttidCiC0011d ttiCut001d)( 開路開路3 3、電容元件的功率和能量、電容元件的功率和能量 在電壓、電流關聯(lián)參考方向下，電容

28、元件吸收的功率為在電壓、電流關聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為從從 - 到到 t ,電容元件吸收的電能為電容元件吸收的電能為ttCCuuCuW )(ddd221 則電容在任何時刻則電容在任何時刻 t 所儲存的電場能量所儲存的電場能量WC 將等于其所吸收將等于其所吸收的能量。的能量。uip 02121220 )()()(tqCtCuu若以電場的形式儲存能量以電場的形式儲存能量tuCutuuCdddd )()( 222121CutCu(1) 電容是電容是無源元件無源元件，記憶元件記憶元件從從 t0 到到 t 電容儲能的變化量：電容儲能的變化量：)()(0222121tCutCuWC 小結(jié)小結(jié):

29、:(3) i 的大小與的大小與 u 的的變化率成正比變化率成正比，與，與 u 的大小無關；的大小無關；(4) 電容在直流電路中相當于開路，有電容在直流電路中相當于開路，有隔直作用隔直作用；(5) 當當 u，i 為關聯(lián)方向時為關聯(lián)方向時: （6）C 既表示元件，也表示參數(shù)既表示元件，也表示參數(shù)。(2) 理想電容理想電容無損元件無損元件，dtduCi dtduCi u，i 為為非非關聯(lián)方向時關聯(lián)方向時: :)()(0222121tqCtqC 例例 圖圖 (a)所示電容，已知電流的波形如圖所示電容，已知電流的波形如圖(b)所示，設所示，設 C=5F ，電容電壓的初始值電容電壓的初始值u(0) = 0

30、，試求電容兩端的電壓，試求電容兩端的電壓 u 。 解解 電流分段表示為電流分段表示為 其其它它tti0s20mA1, 00 tu電容電壓波形電容電壓波形如圖如圖(c)所示所示2t/su/V0400(c)t/s10i/mA2(b)Ci+ u -(a) tiCuu010d)(, sVd20200101510036 ttt 203624001011051tusVd練習練習 設某電阻端電壓一定設某電阻端電壓一定, ,當電阻減小時當電阻減小時, 其消耗的功率是其消耗的功率是 增加還是減少增加還是減少? ?RuP2 2RiP 解若電阻中電流一定若電阻中電流一定P增加增加P減少減少若電阻中電壓一定若電阻中電

31、壓一定若電阻中電流一定呢若電阻中電流一定呢? ?進一步認識電容元件進一步認識電容元件1、電磁特性實質(zhì)：、電磁特性實質(zhì)：電容是儲存電場能量或儲存電荷能力的度量。電容是儲存電場能量或儲存電荷能力的度量。電容元件是電容元件是用來模擬一類能夠儲存電場能量器件用來模擬一類能夠儲存電場能量器件的理想元件模型的理想元件模型。2、分類：、分類：線性時變、線性時不變；非線性時變、非線性時不變。線性時變、線性時不變；非線性時變、非線性時不變。 二端子、三端子、多端子。二端子、三端子、多端子。3、電容效應、電容效應 任意兩個導體之間均有電容效應，常見如晶體管任意兩個導體之間均有電容效應，常見如晶體管 極間的電容。極

32、間的電容。4、實際電容、實際電容電容器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、電容器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、 耐流值等多種指標的設備。耐流值等多種指標的設備。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)+ + + + +qq+ +- - 實際電容器制作的材料和結(jié)構(gòu)實際電容器制作的材料和結(jié)構(gòu)不盡相同，通常有不盡相同，通常有云母云母電容器、電容器、陶瓷陶瓷電容器、電容器、鉭質(zhì)鉭質(zhì)電容器、電容器、聚碳聚碳酸酯酸酯電容器等等。電容器等等。電解電容端點有正負之分電解電容端點有正負之分。圖圖1-14 1-14 實際電容器實際電容器電解電容電解電容1.4.3 電感元件電感元件 ( Inductive Element)線性電感線性電感Li+u1

33、 、線性電感元件符號與參數(shù)線性電感元件符號與參數(shù)L 稱為電感稱為電感(自感系數(shù)自感系數(shù))L 的基本單位：亨（利）的基本單位：亨（利） 符號：符號：H (Henry）2 、韋安韋安（ i ）特性）特性 i 0iLdef tgiL3 、 電壓、電流關系電壓、電流關系i , 右螺旋右螺旋tiLtudddd i+utiLudd Li+u tu0d)0( ttuLid1 tuLi0d1)0( 電感元件電感元件方程方程隔交通直隔交通直 00u , i 關聯(lián)關聯(lián) 短路短路或或4 、電感的儲能電感的儲能tiLiuipdd吸吸0)(21)(21220)(tLtLii 若若 也是無損元件也是無損元件L 是無源元件

34、是無源元件 dddiLiWt 吸吸以磁場形式儲存能量以磁場形式儲存能量(1) u的大小與的大小與 i 的的變化率變化率成正比，與成正比，與 i 的大小無關；的大小無關；(3) 電感元件是一種電感元件是一種記憶記憶元件；元件；(2)電感在直流電路中相當于短路；電感在直流電路中相當于短路；(4) 當當 u，i 為關聯(lián)方向時，為關聯(lián)方向時，u=L di / dt； u，i 為為非非關聯(lián)方向時，關聯(lián)方向時，u= L di / dt ;小結(jié)小結(jié):（5）L 既表示元件，也表示參數(shù)既表示元件，也表示參數(shù).進一步認識電感元件進一步認識電感元件1、電磁特性實質(zhì)：電磁特性實質(zhì)：導體中有電流流過時，導體周圍將產(chǎn)生磁

35、場。導體中有電流流過時，導體周圍將產(chǎn)生磁場。變化的磁場可以使置于磁場中的導體產(chǎn)生電壓，這個電壓的大小變化的磁場可以使置于磁場中的導體產(chǎn)生電壓，這個電壓的大小與產(chǎn)生磁場的電流隨時間的變化率成正比。與產(chǎn)生磁場的電流隨時間的變化率成正比。這里所討論的電感元這里所討論的電感元件就是用來模擬實際電磁器件的理想元件件就是用來模擬實際電磁器件的理想元件。2、分類：分類：線性時變、線性時不變；非線性時變、非線性時不變。線性時變、線性時不變；非線性時變、非線性時不變。二端子、三端子、多端子。二端子、三端子、多端子。3、實際電感實際電感電感器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流電感器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值

36、、耐流值等多種指標的設備。更多的是理想電感元件與電阻的組合，值等多種指標的設備。更多的是理想電感元件與電阻的組合，因因而不可能是無損元件。而不可能是無損元件。實際電感線圈實際電感線圈 結(jié)構(gòu)：由具有絕緣外包線繞結(jié)構(gòu)：由具有絕緣外包線繞制成有心或空心的線圈構(gòu)成制成有心或空心的線圈構(gòu)成例題例題t/s0i/A1321(a)電流波形電流波形解解 由圖可知電感電流可分段由圖可知電感電流可分段表示為表示為 其其它它0s3s2A3s2s1A1s10Attttti應用電感特性方程應用電感特性方程, ,可得電感電壓為可得電感電壓為 其其它它032201202100201020120ssV)(.)(.ss.sV)(

37、.ddttttiLu由此可得電壓波形由此可得電壓波形, ,如如 已知流過已知流過0.2H電感的電流波形如圖電感的電流波形如圖 (a)所示。設電感的電所示。設電感的電流和電壓參考方向相關聯(lián)，求電感電壓的波形流和電壓參考方向相關聯(lián)，求電感電壓的波形 。u/Vt/s0- -0.20.2321(b)電壓波形電壓波形1.4.4 獨立電壓源獨立電壓源 (Independent Voltage Source)電源電源q1 1、任何實際電路正常工作必須要有提供能量的電源、任何實際電路正常工作必須要有提供能量的電源 。q2 2、實際電源多種多樣，圖給出了幾種實際電源的圖片。如、實際電源多種多樣，圖給出了幾種實際

38、電源的圖片。如手電筒和收音機上用的手電筒和收音機上用的干電池干電池和計算器中用的和計算器中用的紐扣紐扣電池圖電池圖(a)(a)，實驗室中用的穩(wěn)壓電源圖實驗室中用的穩(wěn)壓電源圖(b)(b)。還有其它種類的電源，如機動。還有其它種類的電源，如機動車上用的車上用的蓄電池蓄電池和人造衛(wèi)星上用的和人造衛(wèi)星上用的太陽能電池太陽能電池，工程上使用的，工程上使用的直流直流發(fā)電機發(fā)電機，交流發(fā)電機等等。，交流發(fā)電機等等。 實際電源實際電源 (a) (a) 電池電池(b) (b) 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源q3 3、為模擬實際電源、為模擬實際電源, ,理論上定義了兩種理想的獨立理論上定義了兩種理想的獨立電源：電源： 獨立電壓

39、源和獨立電流源。獨立電壓源和獨立電流源。獨立獨立反映了電源自身的特性與其它元件無關反映了電源自身的特性與其它元件無關 PKPK受控源受控源獨立電壓源的電路模型獨立電壓源的電路模型電源兩端電壓為電源兩端電壓為uS，其值與流過它的電流，其值與流過它的電流 i 無關。無關。(2) 特點特點(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。通過它的電流是任意的，由外電路決定。直流：直流：US為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： uS是確定的時間函數(shù)，如是確定的時間函數(shù)，如 uS=Umsin t(1)電路符號電路符號uS+_i(3

40、) 伏安特性伏安特性USa、若若uS = US ，即直流電源，則其伏安特性為平行于，即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電流軸的直線，反映電壓與 電源中的電流無關電源中的電流無關; b、若若uS為隨時間變化的電源，僅與時間有關為隨時間變化的電源，僅與時間有關, 與其電流與其電流大小無關大小無關。uS+_iu+_uiO電壓為零的電壓源，伏安曲線與電壓為零的電壓源，伏安曲線與 i 軸重合軸重合, 相當于相當于 短路短路元件元件。(4) 理想電壓源的開路與短路理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R(a) 開路：開路：R ，i=0，u=uS;(b) 短路：短路：R=0，i ，病態(tài)

41、，病態(tài)，* 實際電壓源也不允許短路，因其內(nèi)阻實際電壓源也不允許短路，因其內(nèi)阻小，電流很大，可能燒毀電源。小，電流很大，可能燒毀電源。US+_iu+_rUSuiOu =US r i實際電壓源模型實際電壓源模型:(5) 功率功率或或P = uSi ( i, uS關聯(lián)關聯(lián) ) 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動）由低電位向高電位移動克服電場力作功發(fā)出功率克服電場力作功發(fā)出功率 p - uS i (i , uS非關聯(lián)）非關聯(lián)）uS+_iu+_uS+_iu+_例例 已知已知US S1 = 4 V，US S2 = 2 V，I = 1 A。求：求：(1) 元件元件A的功率；的功率； (2) 設

42、元件設元件A是線性電阻是線性電阻R，求其電阻值。，求其電阻值。 A+US1- -+U- -I US2+ - -解解 (1) 兩個兩個電壓源的功率分別為電壓源的功率分別為 P1= - -US1S1I = - -41 = - -4 (W) P2 = US2 S2 I = 21 = 2 (W)由能量守恒可知元件由能量守恒可知元件A的功率為的功率為 P3 = - -(P1P2)= - -（- -42）= 2 (W)(2) 由由KVL可得可得 U = US S1- - US S2 = 4- -2 = 2 (V)由歐姆定律，得電阻值由歐姆定律，得電阻值 R = U/ /I = 2/ /1 = 2 () 獨

43、立電壓源中的電流是任意的，與外部電路有關。獨立電壓源中的電流是任意的，與外部電路有關。?(發(fā)出功率發(fā)出功率)(吸收功率吸收功率)電流源輸出電流為電流源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓，其值與此電源的端電壓 u 無關。無關。(2) 特點特點(a) 電流由電源本身決定，與外電路無關；電流由電源本身決定，與外電路無關；(b) 電源兩端電壓電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。是任意的，由外電路決定。直流：直流：IS為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： iS是確定的時間函數(shù)，如是確定的時間函數(shù)，如 iS=Imsin t(1) 符號符號iS+_u1.4.5 獨立電流源獨立電流源 (Independent Curr

44、ent Source)(3) 伏安特性伏安特性IS若若iS= IS ，即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓，即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與軸的直線，反映電流與 端電壓無關。端電壓無關。 uiOiSiu+_(4) 理想電流源的短路與開路理想電流源的短路與開路R(b) 開路：開路：R，i = iS ，u , 實際電流源不允許開路。實際電流源不允許開路。(a) 短路：短路：R=0， i = iS ，u=0 ， 電流源被短路。電流源被短路。iSiu+_(5) 功率功率P = uisP = uis iSu+_iSu+_u , iS 關聯(lián)關聯(lián) u , iS 非關聯(lián)非關聯(lián) 解解 由

45、歐姆定律由歐姆定律電流源端電壓為電流源端電壓為電流源的功率為電流源的功率為 由上可知，獨立電流源的端電壓是任意的，與外部電路由上可知，獨立電流源的端電壓是任意的，與外部電路有關。有關。例例 已知已知IS = = 0.5A，R = 10，US = 10V。試求電阻端電壓。試求電阻端電壓UR及及電流源的功率電流源的功率PIS。 +UIS- -+US- -R+ UR - -ISUR = RIS = 100.5 = 5（V） UIS = UR +US= 5 +10 = 15（V） PIS = - -UISIS =- -150.5 = - -7.5 W(發(fā)出功率發(fā)出功率) 電壓源功率電壓源功率?5 W

46、(吸收功率吸收功率)1.4.6 受控源受控源(非獨立源非獨立源)(Controlled Source or Dependent Source) 1、定義、定義 受控源不是給定的時間函數(shù)，受控源不是給定的時間函數(shù)， 而是受電路中某個支路的電壓而是受電路中某個支路的電壓(或電流或電流)的控制。的控制。(a) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source ) : : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 u1=0i2= i1 u1=0u2=ri1CCCS i1+_u2i2+_u1i1(b) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source )+_u1i1+_u2i2CCVS+_+_u1i1r i1+_u2i2CCVS+_2. 符號與分類符號與分類控制量被控制量g: 轉(zhuǎn)移電導轉(zhuǎn)移電導 :電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1VCCSgu1+_u2i2+_u1i1(c) 電壓控