电路基本元件介绍课件.ppt

1、2 2、电路元件的物理参数；、电路元件的物理参数；4 4、电路元件的能量特征。、电路元件的能量特征。重点：重点：第第2 2讲讲 电路基本元件介绍电路基本元件介绍3 3、电路元件的电压电流关系（、电路元件的电压电流关系（VCRVCR）；1 1、电路元件的电磁特性；、电路元件的电磁特性；1.3 电阻元件电阻元件一、电磁特性一、电磁特性对电流呈现阻碍作用，消耗电能。对电流呈现阻碍作用，消耗电能。二、线性电阻元件二、线性电阻元件n 定义定义 电压和电流有确定的对应关系，可以用电压和电流有确定的对应关系，可以用u-iu-i平面上的一条关系曲线（即伏安曲线）表示，且平面上的一条关系曲线（即伏安曲线）表示，

2、且伏安关系是一条通过原点的直线的元件。伏安关系是一条通过原点的直线的元件。n 电路符号：电路符号：ui+Rn 电压电流关系（电压电流关系（VCR）：）：电压与电流成正比。此即欧姆定律。电压与电流成正比。此即欧姆定律。Riu u、i 取关联取关联参考方向参考方向Riuu、i 取非关取非关联参考方向联参考方向n伏安特性：伏安特性：通过原点的一条直线。通过原点的一条直线。说明：说明：ui 如果电阻的伏安关系不是一条直线，则称为非如果电阻的伏安关系不是一条直线，则称为非线性电阻，半导体二极管就是一个非线性电阻器件，线性电阻，半导体二极管就是一个非线性电阻器件，当电压、电流为关联方向时，其关系可用下式表

3、示当电压、电流为关联方向时，其关系可用下式表示)1(STUueIin 开路和短路：开路和短路：当一个二端元件（或电路）的端电压不论为何当一个二端元件（或电路）的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值，就把它称为值时，流过它的电流恒为零值，就把它称为开路开路。开路的伏安特性在开路的伏安特性在u-iu-i平面上与电压轴重合，它相平面上与电压轴重合，它相当于当于R=R=或或G=0G=0。当流过一个二端元件（或电路）的电流不论为当流过一个二端元件（或电路）的电流不论为何值时，它的端电压恒为零值，就把它称为短路。何值时，它的端电压恒为零值，就把它称为短路。短路的伏安特性在短路的伏安特性在u-iu-i平

4、面上与电流轴重合，它相平面上与电流轴重合，它相当于当于R=0R=0或或G=G=。n 功率：功率：222GuRuRiuip电阻的功率恒为正值，说明电阻是耗能元件。电阻的功率恒为正值，说明电阻是耗能元件。n 能量：能量：ttttRuid pdW001.4 电感元件电感元件一、电磁特性一、电磁特性 当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁场能量的部件。磁场能量的部件。二、线性电感元件二、线性电感元件 如果在任何时刻，通过电感元件的电流如果在任何时刻，通过电感元件的电流i i与其磁与其磁链链 成正比，成正比，-i-i 特性是过原点的直线，这样的元件特性是过原点

5、的直线，这样的元件称为线性电感元件。称为线性电感元件。n 电路符号：电路符号：+u(t)iLn 电压电流关系（电压电流关系（VCR）：）：tiLtuddddu、i 取关取关联参考方向联参考方向tiLtuddddu、i 取非关取非关联 参 考 方 向联 参 考 方 向VCR表明：1 1、电感元件的电压、电流是微分关系，即感应电压、电感元件的电压、电流是微分关系，即感应电压与该时刻电流的变化率成正比。与该时刻电流的变化率成正比。2 2、倘若电流不变化，即在直流电路中，则电压、倘若电流不变化，即在直流电路中，则电压u=0u=0，电感相当于短路。电感相当于短路。3 3、实际电路中电感的电压、实际电路中

6、电感的电压 u u为有限值，则电感电流为有限值，则电感电流 i i 不能跃变，必定是时间的连续函数。不能跃变，必定是时间的连续函数。VCR的另一种形式：tudLti 1)(tttudLudL0011 ttudLti01)(0 表明：1 1、电感是一种记忆元件；、电感是一种记忆元件；2 2、电感电流具有连续性。、电感电流具有连续性。n 储能：储能：tttLLiiddiLdpW )(21d2)(21)(2122 LitLi0)(2120)(tLii若若表明：某时刻电感的储能取决于该时刻电感的电流值，某时刻电感的储能取决于该时刻电感的电流值，与电感的电压值无关。反映了电感的储能不能发生与电感的电压值

7、无关。反映了电感的储能不能发生跃变。跃变。1.5 电容元件电容元件一、电磁特性一、电磁特性 在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，能够储存电场能量。能够储存电场能量。二、线性电容元件二、线性电容元件 任何时刻，电容元件极板上的电荷任何时刻，电容元件极板上的电荷q q与电压与电压 u u 成成正比，正比，q-u q-u 特性是过原点的直线。这种电容元件称特性是过原点的直线。这种电容元件称为线性电容。为线性电容。n 电路符号：电路符号：n 电压电流关系（电压电流关系（V

8、CR）：）：u、i 取关取关联参考方向联参考方向u、i 取非关取非关联 参 考 方 向联 参 考 方 向CutuCtqiddddtuCtqiddddVCR表明：1 1、电容元件上电压与电流也是微分关系，电流与该、电容元件上电压与电流也是微分关系，电流与该时刻电压的变化率成正比。时刻电压的变化率成正比。2 2、如果电压不变化，即加上直流电压，则、如果电压不变化，即加上直流电压，则i=0i=0，电，电容相当于开路。容相当于开路。3 3、实际电路中通过电容的电流、实际电路中通过电容的电流 i i 为有限值，则电容为有限值，则电容电压电压u u必定是时间的连续函数。必定是时间的连续函数。VCR的另一种

9、形式：表明：1 1、电容是一种记忆元件；、电容是一种记忆元件；2 2、电容电压具有连续性。、电容电压具有连续性。tidCtu 1)(01tidC ttidC01 ttidCtu01)(0 n 储能：储能：表明：某时刻电容的储能取决于该时刻电容的电压值，某时刻电容的储能取决于该时刻电容的电压值，与电容的电流值无关。反映了电容的储能不能发生与电容的电流值无关。反映了电容的储能不能发生跃变。跃变。tttCCuddduCuiduW )(212)(21)(2122 CutCu0)(2120)(tCuu若若【例2-1】)(tusC0.5Fi 电路如下图所示，求电流电路如下图所示，求电流i i、功率、功率P

10、(t)P(t)和储能和储能W(t)W(t)。解：u uS S(t)(t)的函数表示式为的函数表示式为:ststtsttttus20214210200 )(21t/s20uS/V解得电流为：解得电流为：stststtdtduCtis2021110100 )(21t/s1i/A-1 ststtsttttitutp2 021 4210 20 0)()()(21t/s20p/W-2 ststtsttttCutWC2 021 )2(10 0 0)(21)(22221t/s10WC/J若已知电流求电容电压，有若已知电流求电容电压，有 stststtti2 021 110 10 0)(21t/s1i/A-1

11、 1 0 st 当当 002201101)(ttdCdCtutCst21 当当 tCtdutu124)1(5.01)1()(t 2 当当 tCdutu2005.01)2()(1.6 电源电源一、电压源一、电压源1、理想电压源、理想电压源n 电路符号电路符号iSu+实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源的内阻。源的内阻。n 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：1 1、端电压为恒定值（直流电压源）或固定的时间函、端电压为恒定值（直流电压源）或固定的时间函数（交流电压源），与所接外电路无关；数（交流电压源），与所接外电路无关；2 2、通过电压源的

12、电流则随外电路的不同而变化。、通过电压源的电流则随外电路的不同而变化。n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：伏安特性是一条平行于电流轴的直线。伏安特性是一条平行于电流轴的直线。ui)(tuSn 功率：功率：1 1、电压、电流为关联参考方向电压、电流为关联参考方向 iuPS 吸吸+_iu+_Su 电场力做功电场力做功，电源吸收功率。充当负载。电源吸收功率。充当负载。1 1、电压、电流为非关联参考方向电压、电流为非关联参考方向 iuPS吸+_iu+_Su 电流（正电荷电流（正电荷）由低电位向高电位移动，）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。起电外力克服电场力作功，电源发出功率。起电源

13、作用。源作用。2、实际电压源、实际电压源n 电路模型：电路模型：一个理想电压源一个理想电压源U US S和内阻和内阻R Ri i相串联的电路结构。相串联的电路结构。i+_u+_SuSRn 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：iRuuSS n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：usuiO 电源的内阻越小其输出电压越稳定。二、电流源二、电流源1、理想电流源、理想电流源 实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源实际电压源的理性化模型。它忽略了实际电压源的内阻。的内阻。n 电路符号：电路符号：u+Sin 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：1 1、端电流为恒定值（直流电压源）或固定的时

14、间函、端电流为恒定值（直流电压源）或固定的时间函数（交流电压源），与所接外电路无关；数（交流电压源），与所接外电路无关；2 2、电流源两端的电压则随外电路的不同而变化。、电流源两端的电压则随外电路的不同而变化。n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：伏安特性是一条平行于电压轴的直线。伏安特性是一条平行于电压轴的直线。ui)(tiSn 功率：功率：1 1、电压、电流为关联参考方向电压、电流为关联参考方向 电场力做功电场力做功，电源吸收功率。充当负载电源吸收功率。充当负载。u+SiSuiP 1 1、电压、电流为非关联参考方向电压、电流为非关联参考方向电流源发出功率，起电源作用电流源发出功率，起电源作用Su

15、iPu+_Si2、实际电流源、实际电流源n 电路模型：电路模型：一个理想电流源一个理想电流源I IS S和内阻和内阻R Ri i相并联的电路结构。相并联的电路结构。u+_SiSRin 电压、电流关系（电压、电流关系（VCR）：）：n 伏安特性曲线：伏安特性曲线：电源的内阻越小其输出电流越稳定。SSRuii uiO1.7 受控源受控源n 定义：定义：输出电压或电流受电路其他部分电压或电流的控输出电压或电流受电路其他部分电压或电流的控制，制，这种元件称为这种元件称为“受控源受控源”，受控源又称为非独，受控源又称为非独立源，也是有源器件。立源，也是有源器件。n 分类：分类：根据控制量是电压还是电流，

16、受控的是电压源还根据控制量是电压还是电流，受控的是电压源还是电流源，理想受控源有四种基本形式。它们是：电是电流源，理想受控源有四种基本形式。它们是：电压控制电压源（压控制电压源（VCVSVCVS），电压控制电流源（），电压控制电流源（VCCSVCCS），），电流控制电压源（电流控制电压源（CCVSCCVS），电流控制电流源（），电流控制电流源（CCCSCCCS）。）。n 电路符号：电路符号：VCVSVCVSVCCSVCCSCCVSCCVSCCCSCCCS说明：1 1、受控端（输出端）的电压或电流有控制端、受控端（输出端）的电压或电流有控制端（输入端）的电压或电流的比值称转移函数（或称控（输入端

17、）的电压或电流的比值称转移函数（或称控制系数），分别用制系数），分别用、g g、表示。其中：表示。其中：（1 1）=U=U2 2/U/U1 1，称为转移电压比；称为转移电压比；（2 2）g=Ig=I2 2/U/U1 1，称为转移电导；，称为转移电导；（3 3）=U=U2 2/I/I1 1，称为转移电阻；，称为转移电阻；（4 4）=I=I2 2/I/I1 1，称为转移电流比。，称为转移电流比。2 2、g g、为常数时，被控制量与控制量成为常数时，被控制量与控制量成正比，这种受控源称为线性受控源。正比，这种受控源称为线性受控源。3 3、以上四种受控源均指的是理想受控源。所谓、以上四种受控源均指的是

18、理想受控源。所谓“理想理想”，其含义有二，一是指受控电压源的输出电，其含义有二，一是指受控电压源的输出电阻为零，受控电流源的输出电阻为无穷大；二是指电阻为零，受控电流源的输出电阻为无穷大；二是指电流控制的受控源，其输入电阻为零，呈短路状态，电流控制的受控源，其输入电阻为零，呈短路状态，电压控制的受控源，其输入电阻为无穷大，呈开路状态。压控制的受控源，其输入电阻为无穷大，呈开路状态。1 1、在同一线性电路中可以同时含有独立电源和、在同一线性电路中可以同时含有独立电源和受控源。但由于受控源与独立电源的特性完全不同，受控源。但由于受控源与独立电源的特性完全不同，因此它们在电路中所起的作用也完全不同。

19、独立电源因此它们在电路中所起的作用也完全不同。独立电源是电路的输入或激励，它为电路提供按给定时间函数是电路的输入或激励，它为电路提供按给定时间函数变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，它的存在可以改变电路中的电压和电流，使束关系，它的存在可以改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。假如电路中不含独立电源，不能电路特性发生变化。假如电路中不含独立电源，不能为控制支路提供电压或电流，则受控源以及整个电路为控制支路提供电压或电流，则受控源以及整

20、个电路的电压和电流将全部为零。的电压和电流将全部为零。n 与独立源比较：与独立源比较：2 2、受控源也具有独立源的一般性质，但必须以、受控源也具有独立源的一般性质，但必须以控制量的存在为前提条件。在电路分析中，对受控源控制量的存在为前提条件。在电路分析中，对受控源的处理与独立电源并无原则区别，惟一要注意的是，的处理与独立电源并无原则区别，惟一要注意的是，对含有受控源的电路进行化简时，若受控源还被保留，对含有受控源的电路进行化简时，若受控源还被保留，不要把受控电源的控制量消除掉。不要把受控电源的控制量消除掉。本讲小结 1 1、电阻是一种耗能元件，欧姆定律揭示了线性、电阻是一种耗能元件，欧姆定律揭

21、示了线性电阻电压、电流之间的约束关系，即电阻元件的电阻电压、电流之间的约束关系，即电阻元件的VCRVCR。实际电阻器在使用时要注意它的额定电压、额定电流实际电阻器在使用时要注意它的额定电压、额定电流和额定功率。和额定功率。2 2、电感、电容两种储能元件。其、电感、电容两种储能元件。其VCRVCR为微分关系，为微分关系，这表明：其电压、电流的存在是以另一个物理量不断这表明：其电压、电流的存在是以另一个物理量不断变化为存在前提。变化为存在前提。3 3、电源分独立源和受控源。独立源又分为电压源、电源分独立源和受控源。独立源又分为电压源和电流源，它们是忽略了实际电源的内阻而抽象出来和电流源，它们是忽略了实际电源的内阻而抽象出来的理想化模型。受控源的输出量具有受控性，它有四的理想化模型。受控源的输出量具有受控性，它有四种类型。种类型。本讲作业 1 1、复习本讲内容；、复习本讲内容；2 2、预习下一讲内容、预习下一讲内容基尔霍夫定律；基尔霍夫定律；3 3、书面作业：习题、书面作业：习题1-121-12，1-151-15，1-171-17。