中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電路的基本概念與基本定律(編輯修改稿)
2025-01-23 15:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 H、電流關(guān)系u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向電感元件 VCR的微分關(guān)系+ u (t)i L根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律① 電感電壓 u 的大小取決于 i 的變化率 , 與 i 的大小無關(guān)，電感是動(dòng)態(tài)元件；② 當(dāng) i為常數(shù) (直流 )時(shí)， u =0。電感相當(dāng)于短路；③ 實(shí)際電路中電感的電壓 u為有限值，則電感電流 i 不能躍變，必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù) .+ u (t)i L表明電感元件 VCR的積分關(guān)系表明① 某一時(shí)刻的電感電流值與 ?到該時(shí)刻的所有電流值有關(guān)，即電感元件有記憶電壓的作用，電感元件也是記憶元件。② 研究某一初始時(shí)刻 t0 以后的電感電流，不需要了解 t0以前的電流，只需知道 t0時(shí)刻開始作用的電壓 u 和 t0時(shí)刻的電流 i（ t0）。注意① 當(dāng)電感的 u， i 為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號(hào) 。② 上式中 i(t0)稱為電感電壓的初始值，它反映電感初始時(shí)刻的儲(chǔ)能狀況，也稱為初始狀態(tài)。 l 功率u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向① p0,電流增大， 電感吸收功率。② p0,電流減小， 電感發(fā)出功率。 電感能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲(chǔ)能元件，其本身不消耗能量。表明從 t0到 t 電感儲(chǔ)能的變化量：l 電感的儲(chǔ)能l 實(shí)際電感線圈的模型L＋ －uG+ －u (t)i L＋L－uGC貼片型功率電感貼片電感貼片型空心線圈 可調(diào)式電感環(huán)形線圈 立式功率型電感電抗器 電容、 電感元件 的串聯(lián)與并聯(lián)u1uC2C1u2+++il 等效電容iu+C等效u1uC2C1u2+++iiu+Cu1uC2C1u2+++il 串聯(lián)電容的分壓i2i1u+C1 C2iiu+C等效l 等效電容i2i1u+C1 C2iiu+Cl 并聯(lián)電容的分流3. 電感的串聯(lián)u1uL2L1u2+++iiu+L等效l 等效電感u1uL2L1u2+++iiu+L等效l 串聯(lián)電感的分壓u+L1 L2i2i1 iu+L等效l 等效電感 電壓源和電流源理想電壓源： 電源兩端電壓為 uS，其值與流過它的電流 i 無關(guān)。(2) 特點(diǎn)：(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。直流： uS為常數(shù)交流： uS是確定的時(shí)間函數(shù)，如 uS=Umsin?t(1)電路符號(hào) uS+ _i(3). 伏安特性US(a) 若 uS = US ，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 電源中的電流無關(guān)。 (b) 若 uS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是 這樣 。電壓為零的電壓源，伏安曲線與 i 軸重合 ,相當(dāng)于短路元件 。uS+_iu+_uiO(4) 理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R(a) 開路： R??， i=0， u=uS。(b) 短路： R=0， i??，理想電源出現(xiàn)病態(tài)，因此理想電壓源不許短路。* 實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=US–ri實(shí)際電壓源(5). 電壓源的功率1 電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)； 電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功，電源發(fā)出功率?！ “l(fā)出功率，起電源作用物理意義：2 電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)； 物理意義： 電場(chǎng)力做功，電源吸收功率吸收功率，充當(dāng)負(fù)載uS+_iu+_uS+_iu+_例 計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收吸收滿足 ： P（ 發(fā) ）＝ P（ 吸 ）i+_ +_ 10V5V+ 理想電流源： 電源輸出電流為 iS，其值與此電源的端電壓 u 無關(guān)。(2). 特點(diǎn)：(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 電源兩端電壓 是任意的，由外電路決定。直流： iS為常數(shù)交流： iS是確定的時(shí)間函數(shù)，如 iS=Imsin?t(1).電路符號(hào)iS+ _u(3). 伏安特性IS(a) 若 iS= IS ，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 端電壓無關(guān)。 (b) 若 iS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是 這樣 ? 電流為零的電流源，伏安曲線與 u 軸重合 ,相當(dāng)于開路元件 ?uiOiSiu+_(4). 理想電流源的短路與開路R (b) 開路： R??， i= iS ， u ??。若強(qiáng)迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許開路。(a) 短路： R=0， i= iS ， u=0 ，電流源被短路。iSiu+_(5). 實(shí)際電流源的產(chǎn)生： 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。一個(gè)高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負(fù)載電阻較小，且負(fù)載變化范圍不大時(shí)，可將其等效為電流源。RUS+_iu+_rr =1000 ?， US =1000 V， R =1~2 ? 時(shí) 當(dāng) R =1 ? 時(shí)， u= V 當(dāng) R =2 ? 時(shí)， u= VR1Aiu+_將其等效為 1A的電流源 ： 當(dāng) R =1 ? 時(shí)， u=1 V 當(dāng) R =2 ? 時(shí)， u=2 V與上述結(jié)果誤差均很小。(6). 功率p發(fā) = u is p吸 = – uisp吸 = uis p發(fā) = – uisiS u+_iS u+_ u , iS 關(guān)聯(lián) u , iS 非關(guān)聯(lián) 例 計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出發(fā)出滿足 ： P（發(fā)）＝ P（吸）u2Ai +_5V+實(shí)際電源干電池 鈕扣電池1. 干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源） 干電池電動(dòng)勢(shì) ，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大小決定儲(chǔ)存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。鈕扣電池電動(dòng)勢(shì) ，用固體化學(xué)材料，化學(xué)反應(yīng)不可逆。 氫氧燃料電池示意圖2. 燃料電池（化學(xué)電源） 電池電動(dòng)勢(shì) 。以氫、氧作為燃料。約 4045%的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?shí)驗(yàn)階段加燃料可繼續(xù)工作。 3. 太陽(yáng)能電池（光能電源） 一塊太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì) 。太陽(yáng)光照射到 PN結(jié)上，形成一個(gè)從 N區(qū)流向 P區(qū)的電流。約 11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰?yáng)能電池板。 一個(gè) 50cm2太陽(yáng)能電池的電動(dòng)勢(shì) ,電流 太陽(yáng)能電池示意圖 太陽(yáng)能電池板蓄電池示意圖4. 蓄電池（化學(xué)電源）
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