第一章電路的基本概念和定律電子教案(編輯修改稿)
2025-05-14 07:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 閉面)的各支路電流施加了線性約束。(2) KVL對電路中任一回路(或閉合結(jié)點序列)的各支路電壓施加了線性約束。(3) KCL和KVL適用于任何集總參數(shù)電路、與電路元件的性質(zhì)無關(guān)。167。l－4 電阻元件集總參數(shù)電路(模型)由電路元件連接而成。電路元件是為建立實際電氣器件的模型而提出的一種理想元件，它們都有精確的定義。按電路元件與外電路連接端點的數(shù)目，電路元件可分為二端元件、三端元件、四端元件等。本節(jié)先介紹一種常用的二端電阻元件。(a) 二端元件 (b) 三端元件 (c) 四端元件一、二端電阻在物理課中學過的遵從歐姆定律的電阻，是一種最常用的線性電阻元件(簡稱電阻)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和電路分析的需要，有必要將線性電阻的概念加以擴展，提出電阻元件的一般定義。如果一個二端元件在任一時刻的電壓u與其電流i的關(guān)系，由ui平面上一條曲線確定，則此二端元件稱為二端電阻元件，其數(shù)學表達式為這條曲線稱為電阻的特性曲線。它表明了電阻電壓與電流間的約束關(guān)系(Voltage Current Relationship，簡稱為VCR)。電阻的分類：1. 線性電阻與非線性電阻其特性曲線為通過坐標原點直線的電阻，稱為線性電阻；否則稱為非線性電阻。2. 時變電阻與時不變電阻其特性曲線隨時間變化的電阻，稱為時變電阻；否則稱為時不變電阻或定常電阻。a) 線性時不變電阻 b) 線性時變電阻c) 非線性時不變電阻 d) 非線性時變電阻用晶體管特性圖示器測量晶體二極管的電壓電流關(guān)系。實驗表明：在低頻工作條件下，晶體二極管的電壓電流關(guān)系是ui平面上通過坐標原點的一條曲線。二、線性電阻線性時不變電阻的特性曲線是通過ui平面(或iu平面)原點的一條不隨時間變化的直線。如圖所示。線性時不變電阻的電壓電流關(guān)系由歐姆定律描述，其數(shù)學表達式為或式中R 稱為電阻，其 SI單位為歐[姆](Ω)G 稱為電導，其 SI單位為西[門子](S)用晶體管特性圖示器測量二端電阻器的電壓電流關(guān)系。實驗表明：在低頻工作條件下，電阻器的電壓電流關(guān)系是ui平面上通過坐標原點的一條直線。線性電阻有兩種值得注意的特殊情況——開路和短路(a) 開路的電壓電流關(guān)系曲線(b) 短路的電壓電流關(guān)系曲線其電壓無論為何值，電流恒等于零的二端電阻，稱為開路。開路的特性曲線與u軸重合，是R=∞或G =0的特殊情況[圖(a)]。其電流無論為何值，電壓恒等于零的二端電阻，稱為短路。短路的特性曲線與i軸重合，是R=0 或G =∞的特殊情況[圖(b)]。線性時不變電阻吸收的功率為當 R0 (或G 0)時，p179。0，這表明正電阻總是吸收功率，不可能發(fā)出功率。當R0 (或G0)時，p163。0，這表明負電阻可以發(fā)出功率。有源電阻和無源電阻：從電阻元件能否發(fā)出功率的角度出發(fā)，可以把電阻分為無源電阻和有源電阻。線性正電阻是無源電阻；線性負電阻是有源電阻。一般來說，其特性曲線落入閉合的一、三象限的電阻，稱為無源電阻。如果一個電阻不是無源電阻，就稱為有源電阻。例l2 圖示電路中，已知R1=12W, R2=8W, R3=6W, R4=4W,R5=3W, R6=1W 和i6=1A。試求 a、b、c、d各點的電位和各電阻的吸收功率。三、線性電阻元件與電阻器線性電阻元件是由實際電阻器抽象出來的理想化模型，常用來模擬各種電阻器和其它電阻性器件。以電阻絲繞成的線繞電阻器為例，當電流通過這類電阻器時，除了克服電阻所產(chǎn)生的正比于電流的電壓外，交變電流產(chǎn)生的交變磁場還會在電阻器上產(chǎn)生感應電壓。因此，當線繞電阻器工作在直流條件下，可用一個線性電阻來模擬[圖(a)]，而工作在交流條件下，有時需用一個電阻與電感串聯(lián)來模擬[圖(b)]。在電子設備中使用的碳膜電位器、實心電位器和線繞電位器是一種三端電阻器件，它有一個滑動接觸端和兩個固定端[圖(a)]。在直流和低頻工作時，電位器可用兩個可變電阻串聯(lián)來模擬[圖(b)]。電位器的滑動端和任一固定端間的電阻值，可以從零到標稱值間連續(xù)變化，可作為可變電阻器使用。167。1－5 獨立電壓源和獨立電流源 電路中的耗能器件或裝置有電流流動時，會不斷消耗能量，電路中必須有提供能量的器件或裝置——電源。常用的直流電源有干電池、蓄電池、直流發(fā)電機、直流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源等。常用的交流電源有電力系統(tǒng)提供的正弦交流電源、交流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號發(fā)生器等。為了得到各種實際電源的電路模型，定義兩種理想的電路元件——獨立電壓源和獨立電流源。一、獨立電壓源如果一個二端元件的電流無論為何值，其電壓保持常量US或按給定的時間函數(shù)uS(t)變化，則此二端元件稱為獨立電壓源，簡稱為電壓源。電壓源的符號如圖(a)所示，圖中“+”，“”號表示電壓源電壓的參考極性。電壓保持常量的電壓源，稱為恒定電壓源或直流電壓源。電壓隨時間變化的電壓源，稱為時變電壓源。電壓隨時間周期性變化且平均值為零的時變電壓源，稱為交流電壓源。電壓源的電壓與電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時，其吸收功率為當p0，即電壓源工作在iu平面的一、三象限時，電壓源實際吸收功率。P0P0當p0，即電壓源工作在iu平面的二、四象限時，電壓源實際發(fā)出功率。也就是說，隨著電壓源工作狀態(tài)的不同，它既可發(fā)出功率，也可吸收功率。獨立電壓源的特點是其端電壓由其特性確定，與電壓源在電路中的位置無關(guān)。獨立電壓源的電流則與其連接的外電路有關(guān)。由其電壓和外電路共同確定。例如圖示電路中電阻值變化時，電壓源的電流 i 和發(fā)出功率 p 會發(fā)生變化。R /121020100∞i / A10510P /W1005010510例 l3 電路如圖所示。已知uab=6V, uS1(t)=4V, uS2(t
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