1、电工电子学21.1.1 电路与电路模型电路与电路模型 1.1.2 电压、电流及其参考方向电压、电流及其参考方向 1.1.3 电路的功率和能量电路的功率和能量1.2 无源电路元件无源电路元件 1.3 独立电源元件独立电源元件 1.4 电路的工作状态和电器设备的额定值电路的工作状态和电器设备的额定值 第一章 电路和电路元件 1.1 电路和电路基本物理量电路和电路基本物理量 1.2.1 电阻元件电阻元件 1.2.2 电容元件电容元件 1.2.3 电感元件电感元件 3 学习电工电子技术中的学习电工电子技术中的电路基本组成电路基本组成及及常用的电路元件常用的电路元件，是学，是学习以下各章节的基础。介绍电
2、阻元件，电感元件，电容元件，独立电源习以下各章节的基础。介绍电阻元件，电感元件，电容元件，独立电源元件，半导体二极管和三极管等器件的工作原理、特性曲线和参数。元件，半导体二极管和三极管等器件的工作原理、特性曲线和参数。第一章第一章 电路和电路元器件电路和电路元器件 4第一章第一章 电路和电路元器件电路和电路元器件 1.1.1 电路与电路模型电路与电路模型一、实际电路一、实际电路 系统系统=一定的目的一定的目的一定的组合方式一定的组合方式 系统的概念是广义的，如天气系统、食物链系统、机械系统，化工系统等。系统的概念是广义的，如天气系统、食物链系统、机械系统，化工系统等。部件部件 1.系统系统1.
3、1 电路和电路基本物理量电路和电路基本物理量5电路电路 元件元件=目的目的 组合方式组合方式、器件、器件、设备、设备 电路是为了某种需要由某些电器设备或器件或元件按一定方式组合起来电路是为了某种需要由某些电器设备或器件或元件按一定方式组合起来的的电流通路。电流通路。元件：最小单位。元件：最小单位。按联结电路的目的和电路的作用分：按联结电路的目的和电路的作用分：力能电路力能电路 信号电路信号电路 2 电路电路3 分类分类元件构成器件、器件构成设备、设备组成系统。元件构成器件、器件构成设备、设备组成系统。61)1)力能电路力能电路 电灯电灯 电炉电炉 .电动机电动机发发 电机电机 升压升压 变压器
4、变压器 降压降压 变压器变压器 光能光能 机械能机械能 热能热能.输电线输电线 中间环节中间环节 电源电源 负载负载 非非电电能能 电电能能 起传输和分配电能的起传输和分配电能的作用作用 供电设备供电设备 吸收电能吸收电能 非非电电能能 电电能能 电能传输效率高。电能传输效率高。实现实现能量能量的传输和转换。的传输和转换。(强电强电)照明电路照明电路动力电路动力电路 电压高、电流和功率大电压高、电流和功率大(106Kw、105Kw)。380V、220V；50Hz7音频信号：音频信号：2)2)信号电路信号电路 放大器放大器 中间环节中间环节源源负载负载非非电电信信号号 电电信信号号 电信号转换、
5、放大，电信号转换、放大，传递给扬声器传递给扬声器非非电电信信号号 电电信信号号 保证信号传递质量。保证信号传递质量。功率低功率低(10-3w)(弱电弱电)传递和处理信号。传递和处理信号。处理：放大、变换处理：放大、变换、滤波、滤波16Hz20kHz 正弦、方波、三角波正弦、方波、三角波 信号信号8二、电路模型二、电路模型 元器件工作物理过程元器件工作物理过程 表示耗能表示耗能电能电能非电能非电能 电能电能 电场能电场能 电能电能 磁场能磁场能 非电能非电能 电能电能 RC无源元件无源元件L?实际电气设备实际电气设备电路模型电路模型如何对应如何对应表示建立电场表示建立电场表示建立磁场表示建立磁场
6、有源元件有源元件对应对应!不对应不对应!电气设备电气设备(多种物理现象多种物理现象)基本模型的组合基本模型的组合基本模型基本模型 实际电路实际电路模型化模型化理论分析理论分析+测量测量9l 由实际电路元件组成的电路称为由实际电路元件组成的电路称为电路实体电路实体。l 可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征其物理性质的可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征其物理性质的理想理想电路元件电路元件代替。代替。l用理想电路元件用理想电路元件组合组合成的电路称为电路实体的成的电路称为电路实体的电路模型电路模型。101.几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消
7、耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件注注l 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式实物下页11电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池运
8、算放大器运算放大器晶体管晶体管12 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的主要电磁 性质的性质的理想电路元件及其组合理想电路元件及其组合。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡2.电路模型电路模型 (circuit model)sRLRsU电路图电路图l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型电路模型13图图11 手电筒电路手电筒电路常用电路图来表示电路模型常用电路图来表示电路模型(a)实际电路实际电路 (b)电原理图电原理图 (c)电路模型电路模型 (d)拓扑结构图拓扑结构图14图图12 晶体管放大电
9、路晶体管放大电路(a)实际电路实际电路 (b)电原理图电原理图 (c)电路模型电路模型 (d)拓扑结构图拓扑结构图15 电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。在以线圈为例加以说明。图图13 线圈的几种电路模型线圈的几种电路模型 (a)线圈的图形符号线圈的图形符号 (b)线圈通过低频交流的模型线圈通过低频交流的模型 (c)线圈通过高频交流的模型线圈通过
10、高频交流的模型16 电路模型电路模型是对实际电路电磁性能的科学抽象和概括是对实际电路电磁性能的科学抽象和概括,具有一般具有一般性。性。电路模型特点：电路模型特点：1)1)只见参数，不见设备只见参数，不见设备 2)联结关系不变，但不表示联结形式不变。联结关系不变，但不表示联结形式不变。17源源力能力能:电源电源 信号信号:信号源信号源激励激励 输入输入传输传输负载负载(负荷负荷)响应响应 发生在负载上的响应 输出输出三、电路问题三、电路问题1 1 激励、响应激励、响应 激励激励-电源或信号源的电压电源或信号源的电压(电流电流)，它推动电路工作。也称输入，它推动电路工作。也称输入 响应响应-由激励
11、在电路各个部分产生的电压和电流。也称输出由激励在电路各个部分产生的电压和电流。也称输出 系系 统统 输出输出 Y 输入输入 X(响应之一)182 电路问题电路问题1)系统分析系统分析 根据系统内部结构和参数，建立根据系统内部结构和参数，建立Y=f(X)关系。关系。2)系统综合系统综合根据激励根据激励X与响应与响应Y的关系，构造系统的结构。通常所讲的设计。的关系，构造系统的结构。通常所讲的设计。3)系统辨识系统辨识系统存在，但内部结构及系统功能未知，建立系统响应系统存在，但内部结构及系统功能未知，建立系统响应Y与激励与激励X的关系。通的关系。通常所讲的建模。常所讲的建模。研究电路的研究电路的u,
12、i 关系关系功能关系功能关系4)系统故障系统故障系系 统统 输出输出 Y 输入输入 X 电路变量电路变量 时变量时变量非时变量非时变量(小写字母小写字母)(大写字母大写字母)u、i、p U、I、P 19 已知已知:激励、结构、参数激励、结构、参数 3 电路分析的基本方法电路分析的基本方法 2)根据不同元件电压和电流关系根据不同元件电压和电流关系-平衡约束平衡约束(由由KCL、KVL)1)根据各元件电压和电流关系根据各元件电压和电流关系-元件约束元件约束(由元件本身特点决定由元件本身特点决定)U1=R1I U2=R2I U3=R3II US=U1+U2+U3 Ul+_ U2+_ U3+_+_ R
13、3 US R2 Rl 然后然后 元件约束元件约束平衡约束平衡约束-数学模型数学模型 最后最后 求解求解 首先确定首先确定 求解：电压、电流、功率求解：电压、电流、功率 201.1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction)电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。1.电流的参考方向电流的参考方向(current reference direction)tqtqi
14、tddlim)t(0def l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量21l 方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事
15、先判断向往往很难事先判断22l参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：AABB23电流参考方向的两种表示：电流参考方向的两种表示：用箭头表示：箭头的指向为用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。用双下标表示：如用双下标表示：如 iAB,电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。24l电压电压Ud
16、qdWUdef l 单位：单位：V(伏伏)、kV、mV、V2.电压的参考方向电压的参考方向(voltage reference direction)单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功（从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小）的大小l 电位电位 单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至参考点（从电路中一点移至参考点（0）时时电场力做功的大小电场力做功的大小l 实际电压方向实际电压方向 电位真正降低的方向电位真正降低的方向25例例已知：已知：4C正电荷由正电荷由a点均匀移动至点均匀移动至b点电场力做功点电场力做功8J，由，由b点移动到点移动到c点电场力做功为点电场力
17、做功为12J，(1)若以若以b点为参考点，求点为参考点，求a、b、c点的电位和电压点的电位和电压Uac解解bVqWaba 248 0 b VqWqWbccbc 3412 VUbaab 202 VUcbbc)(330 (1)以以b点为电位参考点点为电位参考点26abc解解VqWaca 54128 0 c VqWbcb 3412 VUbaab 235 VUcbbc 303 (2)电路中电位参考点可任意选择；电路中电位参考点可任意选择；参考点参考点一经一经选定选定，电路中，电路中各点的各点的电位值电位值就是就是唯一唯一的；当选择不同的电位参考点时，的；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变
18、，但电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变任意两点间电压保持不变。结论结论以以c点为电位参考点点为电位参考点27问题问题复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。际电路问题的分析计算带来困难。l 电压电压(降降)的参考方向的参考方向U 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+U假设的电压降低方向假设的电压降低方向28电压参考方向的三种表示方式：电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示用箭头表示(2)用正负极性表示用正负极性表示(3)用双下
19、标表示用双下标表示UU+ABUAB29元件或支路的元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联参考采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向关联参考方向i+-+-iUU30注注(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和包括方向和符号），符号），在计算过程中不得任意改变。在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一
20、负号，但实际参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。方向不变。例例ABABiU电压电流参考方向如图中所标，问：对电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路两部分电路电压电流参考方向关联否？电压电流参考方向关联否？答：答：A 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；B 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。311.1.3 电路的功率和能量电路的功率和能量一、电功率一、电功率twpdd uitqqwtwp dddddd功率的单位：功率的单位：W(瓦瓦)(Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位：J (焦焦)(Joule，焦耳，焦耳)单位时间内电场力所
21、做的功。单位时间内电场力所做的功。qwudd tqidd 321.电路吸收或发出功率的判断方法电路吸收或发出功率的判断方法l u,i 取取关联参考方向关联参考方向P=ui 表表示元件吸收的功率示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0,0,这说明它们是取用还是输这说明它们是取用还是输出电功率出电功率?EIUIU下一题上一题返回分析与思考题集37答：电源的电功率答：电源的电功率P P 0,0,说明电源输出电功率说明电源输出电功率;负载的电功率负载的电功率P P 0,0,说明负说明负载取用（输入）电功率。载取用（输入）电功率
22、。381.2.1 电阻元件电阻元件1.电阻概念电阻概念iA1)线性电阻线性电阻1.2 无源电路元件无源电路元件u(V)i(A)0 u+_ 2)非线性电阻非线性电阻iBu+_ US US u(V)i(A)0特点：特点：通过原点通过原点 iu 0无源，反映耗能这种物理现象无源，反映耗能这种物理现象RR2 外部特性概念外部特性概念电路元件或电路某部分端电路元件或电路某部分端 口处电压与电流之间的关系口处电压与电流之间的关系外特性外特性 或或 伏安特性伏安特性iiRu)(u=Ri 对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述平面的一条曲线来描述39实验表
23、明：在低频工作条件下，电实验表明：在低频工作条件下，电阻器的电压电流关系是阻器的电压电流关系是ui平面上通平面上通过坐标原点的一条直线。过坐标原点的一条直线。用晶体管特性图示仪测量二端电用晶体管特性图示仪测量二端电阻器的电压电流关系。阻器的电压电流关系。40实验表明：在低频工作条件下，晶实验表明：在低频工作条件下，晶体二极管的电压电流关系是体二极管的电压电流关系是ui平面平面上通过坐标原点的一条曲线。上通过坐标原点的一条曲线。用晶体管特性图示仪测量晶体二用晶体管特性图示仪测量晶体二极管的电压电流关系。极管的电压电流关系。413.功率和能量功率和能量 1)对于线性电阻元件，对于线性电阻元件，Ri
24、u 当激励的输出为恒定时，当激励的输出为恒定时，RuRip22 2)电阻元件描述实际耗电能设备，注意电阻元件描述实际耗电能设备，注意额定值额定值 额定电流额定电流IN -耐热限度耐热限度RURIP22 额定电压额定电压UN -耐压限度耐压限度PtW 长时间工作的限额长时间工作的限额42可用功率表示。从可用功率表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：ttttRuipW00ddRiu+4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路能量：能量：l 短路短路00 ui G or R0l 开路开路00 ui 0 G or Rui43分析与思考分析与思考 某负载为一可变电阻器，由电压一定的蓄电池供电，
25、当负载电阻增加时，某负载为一可变电阻器，由电压一定的蓄电池供电，当负载电阻增加时，该负载是增加了？还是减小了？该负载是增加了？还是减小了？44解答解答 答：负载的增减指负载消耗的电功率的增减。负载消耗的电功率答：负载的增减指负载消耗的电功率的增减。负载消耗的电功率P P=U U2 2/R RL L,蓄电池电压一定即式中蓄电池电压一定即式中U U不变，当不变，当R RL L增加时，增加时，P P 减小，故该负载减减小，故该负载减小了。小了。45 图示电路中的电源短路时图示电路中的电源短路时,是烧坏电源还是烧坏电源还是烧坏照明灯是烧坏照明灯?S2S1分析与思考分析与思考46 答：烧坏电源。因为这时
26、所有负载均被短路，电流不通过负载，外电答：烧坏电源。因为这时所有负载均被短路，电流不通过负载，外电路的电阻可视为零，回路中仅有很小的电源内阻，故会有很大的电流通过路的电阻可视为零，回路中仅有很小的电源内阻，故会有很大的电流通过电源，将电源烧坏。电源，将电源烧坏。解答解答47 常用的各种二端电阻器件 电阻器电阻器晶体二极管晶体二极管48 电阻器电阻器红色红色 金色金色 银色银色黑色黑色棕色棕色红色红色橙色橙色黄色黄色绿色绿色蓝色蓝色紫色紫色灰色灰色白色白色例：例：乘数乘数10 102103104105106107108109 允许偏差允许偏差 乘数乘数 电阻器的色环电阻器的色环第一条第一条 色环
27、色环第二条第二条 色环色环乘数色环乘数色环允许偏差允许偏差 色环色环49电阻器是利用电阻系数较大的物质所作成的。工作方式可分为固定电阻（Fixed resistor）和可变电阻（Variable resistor）两大类。1固定电阻：固定电阻可依组成结构、制造方式的不同分为以下几种（1）炭膜电阻：（2）金属膜电阻：它是用一支瓷管上利用真空喷涂技术在上面喷涂一层炭膜，再将炭膜外层加工车成螺旋纹状，依照螺旋纹的多寡来定其电阻值，最后在外层加上一层保护膜披覆，是我们最常使用的制品。它是用一支瓷管上利用真空喷涂技术在上面喷涂一层金属膜，并在金属膜车上螺旋纹，内部构造与图2相同，只是将炭膜换成金属膜，并
28、且于瓷棒两端度上贵金属，它的特色为稳定、低杂音、误差小及受温度影响小。50（3）金属氧化膜电阻：（4）炭质电阻 它是用一支高热传导的基材（陶瓷）上利用高温燃烧技术在上面烧附一层金属氧化薄膜，并在金属氧化薄膜车上螺旋纹，内部构造与图2相同，只是将炭膜换成金属氧化薄膜，并且于外层喷涂不然性涂料，它的特色为稳定、低杂音及受温度影响小。它是利用石墨、碳等较大的电阻系数物质加上胶合剂加压、加热成棒状，并在制造时植入导线电阻的大小依成分配置及碳棒粗细长短而定，制造成本最为低廉。51（5）线绕电阻：上述电阻都不能承受大功率的消耗，因此若要使用于大功率时就必须用线绕电阻。构造如图9所示它是在一只瓷管上以合金线
29、（铁、镍）绕制而成，外层涂装硅利康树脂或不燃性涂料。另外还有方形线绕电阻器，它是将线绕电阻器放入长方形的瓷框内，用特殊的不燃耐热水泥充填密封而成，这种电阻我们也称它为水泥电阻。521.2.2 电容元件电容元件 (capacitor)(capacitor)电容器电容器_q+q 在外电源作用下，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，是一种储存电能的部件。仍可长久地集聚下去，是一种储存电能的部件。1.定义定义电容元件电容元件储存电能的元件。其特性可储存电能的元件。其特性可用用uq 平面上的一条曲线来平面上的
30、一条曲线来描述描述0),(qufqu库伏库伏特性特性53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与电流与电流 u 成正比。成正比。q u 特性是过原点的直线特性是过原点的直线l 电路符号电路符号2.线性定常电容元件线性定常电容元件Cu+q-q tan uqCorCuq C 称为电容器的电容称为电容器的电容,单位：单位：F(法法)(Farad，法拉，法拉),常用常用 F，p F等表示。等表示。quO l 单位单位54tuCtqidddd l 线性电容的电压、电流关系线性电容的电压、电流关系Cuiu、i 取关联参取关联参考方向考方向电容元件电容元件VCR的微分的微分关系关系表
31、明：表明：i 的大小取决于的大小取决于 u 的变化率的变化率,与与 u 的大小无关，电容是动态元件的大小无关，电容是动态元件；(2)当当 u 为常数为常数(直流直流)时，时，i=0。电容相当于开路，电容。电容相当于开路，电容 有隔断直流作用；有隔断直流作用；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为有限值，则电容电压为有限值，则电容电压u 必定是时间的连续函数必定是时间的连续函数.55 电容元件有记忆电流的作用，故称电容为记忆元件电容元件有记忆电流的作用，故称电容为记忆元件（1）当）当 u，i为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠
32、以负号;（2）上式中）上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。状况，也称为初始状态。)(ddd )(ttttttiCuidCiCiCtut00001111电容元件电容元件VCR的积的积分关系分关系表明表明注注56 关于电容电压增量关于电容电压增量v v 在在t t 时刻时刻01()(0)()tv tvi t dtC在在t+t+t t 时刻时刻01()(0)()ttv ttvi t dtC1()()()tttvv ttv ti t dtC 当当|i(t)|M|i(t)|M（M M为有限常数），为有限常数），
33、t0t0时时v0v0，这说明，这说明只要电流是有界函只要电流是有界函数，电压就是连续函数，数，电压就是连续函数，即即。v(t)v(t)是连续的是连续的v(0v(0+)=v(0)=v(0-)=0)=0 573.电容的功率和储能电容的功率和储能tuCuuipdd 当电容充电，当电容充电，u0，d u/d t0，则，则i0，q ，p0,电容吸收功率电容吸收功率。当电容放电，当电容放电，u0，d u/d t0，则，则i0，q ，p0，d i/d t0，则，则u0，p0,电感吸收功率电感吸收功率。当电流减小，当电流减小，i0，d i/d t0，则，则u0，p0,电感发出功率。电感发出功率。l 功率功率表
34、明表明 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它是储能元件，它本身不消耗能量。本身不消耗能量。u、i 取关联参取关联参考方向考方向69（1）电感的储能只与当时的电流值有关，）电感的储能只与当时的电流值有关，电感电感 电流不能跃变电流不能跃变，反映了储能不能跃变；，反映了储能不能跃变；（2）电感储存的能量一定大于或等于零。）电感储存的能量一定大于或等于零。从从t0到到 t 电感储能的变化量
35、：电感储能的变化量：)()()()(02202221212121tLtLtLitLiWL 0)(21)(21)(21)(21)(21ddd220)(222tLtLiLitLiLiiLiWittL若l 电感的储能电感的储能表表明明70电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q(1)元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；(2)若把若把 u-i，q-，C-L，i-u互换互换,可由电容元件的方程得到电感可由电容元件的方程得到电感元件的方程；元件的方程；(3)C 和和 L称为对偶元件称为对偶元
36、件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。*显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU222121 LLiWtiLuLiL dd结结论论222121ddqCCuWtuCiCuqC 714.电感器的实物图电感器的实物图721.3 独立电独立电源元件源元件 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。l 电路符号电路符号1.理想电压源理想电压源l 定义定义iSu+_73 电源两端电压由电源本身决定，电源两端电压由电源本身决定，
37、与外电路无关；与流经它的电流方与外电路无关；与流经它的电流方 向、大小无关。向、大小无关。通过电压源的电流由电源及外通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui)(tuS伏安关系伏安关系例例Ri-+Su外电外电路路RuiS)(Ri0)(0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！74l电压源的功率电压源的功率电场力做功电场力做功，电源吸收功率。电源吸收功率。（1）电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；物理意义：物理意义：+_iu+_Su+_iu+_SuiuPS 电流（正电荷电流（正电荷）由低电位向）由低电位向
38、 高高电位移动，外力克服电场力作功电源电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。发出功率。iuPS 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2）电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；物理意义：物理意义：iuPS 吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载 iuPS 或：或：发出负功发出负功75例例 5R+_i+_Ru+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解VuR5510 )(ARuiR155 WRiPR5152 WiuPSV1011010 WiuPSV5155 )(发出发出发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）76 实际电压源也不允许短路
39、。因其内阻小，若短路，电流很大实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。，可能烧毁电源。usuiOl 实际电压源实际电压源i+_u+_SuSR考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性iRuuSS 一个好的电压源要求一个好的电压源要求0SR77 其输出电流总能保持定值或一定其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.理想电流源理想电流源l 定义定义uSi+_(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它
40、两端电压方向、大小无关它两端电压方向、大小无关 电流源两端的电压由电源及外电路共同决定电流源两端的电压由电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui)(tiS伏安伏安关系关系78例例外外电电路路)(00 Ru)(Ru电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+Si实际电流源的产生实际电流源的产生可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。SRiu 79l电流源的功率电流源的功率（1）电压、电流
41、的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；SuiP 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2）电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载 uiPS 或：或：发出负功发出负功u+_SiSuiP SuiP u+_Si80例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解Ai2 Vu5 WuiPSA10522 WiuPSV10255 )(发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）i+_u+_2A5V81 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。，
42、可能烧毁电源。isuiOl 实际电流源实际电流源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性SSRuii 一个好的电流源要求一个好的电流源要求 SRu+_SiSRi82三、实际电源三、实际电源1实验实验 2伏安特性伏安特性US IR实实 际际 电电 源源U+_ I(A)U(V)0 U=US-RSI IS U=U1+U2_+USRS 电压源模型电压源模型SSRUII RS I=I1+I2U+_ I开路电压开路电压短路电流短路电流电流源模型电流源模型 电压源模型电压源模型 电流源模型电流源模型理想电压源与电阻的串联理想电压源与电阻的串联理想电流源与电阻的并联理想电流源与电阻的并联(开路电压开路电压)(短路电流
43、短路电流)短短路路电电流流开开路路电电压压I U+_+_ IS 83四四 电压源和电流源的串联和并联电压源和电流源的串联和并联 1.理想电压源的串联和并联理想电压源的串联和并联相同的电压源才相同的电压源才能并联能并联,电源中电源中的电流不确定。的电流不确定。l串联串联 sksssuuuu21等效电路等效电路+_uS+_uS2+_+_uS1+_uS注意参考方向注意参考方向等效电路等效电路l并联并联uS1+_+_IuS221sssuuu 84+_uS+_iuRuS2+_+_uS1+_iuR1R2l 电压源与支路的串、并联等效电压源与支路的串、并联等效RiuiRRuuiRuiRuuSSSss )()
44、(21212211uS+_I任意任意元件元件u+_RuS+_Iu+_对外等效！对外等效！852.2.理想电流源的串联并联理想电流源的串联并联相同的理想电流源才能串联相同的理想电流源才能串联,每个电流源的端电压不能确定每个电流源的端电压不能确定l 串联串联l 并联并联iS sksnsssiiiii21iS1iS2iSniS等效电路等效电路注意参考方向注意参考方向iiS2iS1等效电路等效电路21sssiii 86l 电流源与支路的串、并联等效电流源与支路的串、并联等效iS1iS2iR2R1+_uRuiuRRiiRuiRuiisssss )(2121221111等效电路等效电路RiSiS任意任意元
45、件元件u_+等效电路等效电路iSR对外等效！对外等效！87五、电压源和电流源的等效变换五、电压源和电流源的等效变换 实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的等效是指端口实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变。的电压、电流在转换过程中保持不变。u=uS Ri ii=iS Giui=uS/Ri u/Ri比较可得等效的条件：比较可得等效的条件：iS=uS/Ri Gi=1/RiiGi+u_iSi+_uSRi+u_实实际际电电压压源源实实际际电电流流源源端口特性端口特性88由电压源变换为电流源：由电压源变换为电流源：转换转换转换转
46、换由电流源变换为电压源：由电流源变换为电压源：iiissRGRui1,iiissGRGiu1 ,i+_uSRi+u_iGi+u_iSiGi+u_iSi+_uSRi+u_89(2)(2)等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。注意注意开路的电流源可以有电流流过并联电导开路的电流源可以有电流流过并联电导Gi 。电流源短路时电流源短路时,并联电导并联电导G Gi i中无电流。中无电流。电压源短路时，电阻中电压源短路时，电阻中R Ri i有电流；有电流；开路的电压源中无电流流过开路的电压源中无电流流过 Ri；iS(3)(3)理想电压源与理想电流源不能相互
47、转换。理想电压源与理想电流源不能相互转换。方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。(1)变换关系变换关系数值关系数值关系:iS ii+_uSRi+u_iGi+u_iS表表现现在在电源等效电源等效变换动画变换动画90利用电源转换简化电路计算。利用电源转换简化电路计算。例例1.I=0.5A6A+_U5 5 10V10V+_U55 2A6AU=20V例例2.5A3 4 7 2AI？+_15v_+8v7 7 IU=?91例例3.把电路转换成一个电压源和一个电阻的串连。把电路转换成一个电压源和一个电阻的串连。10V10 10V6A+_70V10+_6V10 2
48、A6A+_66V10+_92例例4.4.40V10 4 10 2AI=?2A6 30V_+_40V4 10 2AI=?6 30V_+_60V10 10 I=?30V_+_AI51206030.93理想电流源的转移理想电流源的转移iSiSiSiSiSiS （1）把理想电流源沿着包含它所在把理想电流源沿着包含它所在支路的任意回路转移到该回路的其他支支路的任意回路转移到该回路的其他支路中去，得到电流源和电阻的并联结构。路中去，得到电流源和电阻的并联结构。（2）原电流源支路去掉，转移电流原电流源支路去掉，转移电流源的值等于原电流源值，方向保证各结源的值等于原电流源值，方向保证各结点的点的KCL方程不变
49、。方程不变。94例例1 I=?3A3 2 2 1A1 I=?3A3 2 2 1A3A1A1 I=?6V3 2 2 2V2VI=6/8=0.75A95理想电压源的转移理想电压源的转移USUSUSUSUSUS （1）把理想电压源转移到邻近的支路，得把理想电压源转移到邻近的支路，得到电压源和电阻的串联结构。到电压源和电阻的串联结构。（2）原电压源支路短接，转移电压源原电压源支路短接，转移电压源的值等于原电压源值，方向保证各回路的的值等于原电压源值，方向保证各回路的KVL方程不变。方程不变。96例例2 I=?10V2 1 1 5V+2 I=?10V2 1 1 5V+10V5V+I=?6V2 2/5+15VAI75.325.74.02615 97例题：例题：利用电源等效互换方法求图中电利用电源等效互换方法求图中电流流I I。解：解：原图原图12V 6V 3 6 +1 2A 1 I 2 2V 8V 2 2 +2 II=1A 2 IUs RS+2A 3 2A 6 +2 2V 2 +4A 2 +2 2V 2 +98谢谢谢谢!99感谢您的阅览(此课件下载后可以自行编辑修改 关注我 每天分享干货）
