北京邮电大学电子工程学院北京邮电大学电子工程学院2009.12009.1退出开始1-4 电路基本元件与电源电路基本元件与电源X第第第第 2 2 页页页页元件分类线性元件：元件参数不随电流电压变化线性元件：元件参数不随电流电压变化非线性元件：元件的参数随着电流电压的变化而非线性元件：元件的参数随着电流电压的变化而 变化变化有源元件：向外界提供能量的元件有源元件：向外界提供能量的元件无源元件：不能产生能量，如电阻、电容、电感无源元件：不能产生能量，如电阻、电容、电感二端元件：两个与外界相连的端钮二端元件：两个与外界相连的端钮多端元件：多个端钮多端元件：多个端钮X第第第第 3 3 页页页页元件分类也可以按照使用性质分类：也可以按照使用性质分类：耗能元件，电阻耗能元件，电阻储能元件，电容电场能）、电感磁场储能元件，电容电场能）、电感磁场能）能）电源元件，电压源、电流源。实际电源：电源元件，电压源、电流源。实际电源：如电池如电池受控源，如三极管、可控硅受控源，如三极管、可控硅X第第第第 4 4 页页页页一一.电阻元件电阻元件 1.定义定义任意时刻，二端元件的电压任意时刻，二端元件的电压 u 与电流与电流 i 之间存之间存在代数关系在代数关系 ，即为，即为u-i平面上的一条曲平面上的一条曲线，则称此二端元件为电阻元件。线，则称此二端元件为电阻元件。X第第第第 5 5 页页页页电阻实例：电阻器、灯泡、电路丝电阻特点(2)双向性：连接电阻时，两个端钮可互换位置耗能性：无论何种情况，电阻总是吸收功率，为耗能元件无记忆性：任意时刻的u、i 与以前的取值无关金属膜电阻碳质电阻线绕电阻线绕电位器碳膜电位器X第第第第 6 6 页页页页（u、i为关联参考方向）为关联参考方向）欧姆定律欧姆定律(Ohms law)(Ohms law)电阻元件是实际电阻器的抽象模型，只反映电阻元件是实际电阻器的抽象模型，只反映电阻器对电流呈现阻力的性能。电阻器对电流呈现阻力的性能。线性电阻元件的线性电阻元件的VCR服从欧姆定律服从欧姆定律(Ohms law)。单位：欧姆单位：欧姆(), k ，M电导电导(conductance)：单位：西门子单位：西门子(S)电阻电阻(resistance)：（ u、i非关联参考方向）非关联参考方向）X第第第第 7 7 页页页页2.2.电压电流关系电压电流关系(VCR-Voltage Current Relation)(VCR-Voltage Current Relation) （伏安特性）（伏安特性）伏安特性曲线：在伏安特性曲线：在u-i平面平面(或或i-u平面平面)上绘出的上绘出的元件的元件的VCR。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条经过坐标线性电阻元件的伏安特性曲线是一条经过坐标原点的直线。电阻值决定了直线的斜率。原点的直线。电阻值决定了直线的斜率。电阻元件是一种无记忆元件。电阻元件是一种无记忆元件。线性线性(linear)，非线性，非线性(nonlinear)时变时变(time-varying)，非时变，非时变(time-invariant)非时变非时变:伏安特性曲线不随时间而变化。伏安特性曲线不随时间而变化。X第第第第 8 8 页页页页二极管具有单向导电性二极管具有单向导电性二极管二极管X第第第第 9 9 页页页页3. 功率功率u、i为关联参考方向时为关联参考方向时或或讨论：讨论： 当当R 0时，时，p 0，元件吸收能量，消耗功率，元件吸收能量，消耗功率当当R 0时，时，p 0，元件释放能量，提供功率，元件释放能量，提供功率实际电阻元件是一种耗能元件。实际电阻元件是一种耗能元件。无源无源(passive)元件：对所有元件：对所有t - 及所有的及所有的u、i组合，当组合，当且仅当元件吸收的能量满足且仅当元件吸收的能量满足 时，称该元件为无源元件。否则，为有源时，称该元件为无源元件。否则，为有源(active)元件。元件。一个一个R R在具体电路中使用，要注意它的额定功率，超在具体电路中使用，要注意它的额定功率，超过它即会被烧毁。过它即会被烧毁。X第第第第 1 10 0 页页页页二二. .电容器电容器(capacitor)(capacitor)绝缘介质电容器是一种能电容器是一种能够存储电荷乃至够存储电荷乃至电场能量的器件。电场能量的器件。理想电容器应该只具有存储电荷从而在电容器理想电容器应该只具有存储电荷从而在电容器中建立电场的作用，因而是一种电荷与电压相中建立电场的作用，因而是一种电荷与电压相约束的器件。约束的器件。充电充电X第第第第 1 11 1 页页页页1 1定义定义任意时刻，二端元件的端电压任意时刻，二端元件的端电压 与其储存的电荷与其储存的电荷 ，满足，满足 平面上的一条曲线，称电容元件。平面上的一条曲线，称电容元件。 本书研究线性电容本书研究线性电容 单位：法拉单位：法拉F F）微法微法( )( )，皮法，皮法(pF)(pF)X第第第第 1 12 2 页页页页2.电容铝电解电容纸介电容陶瓷电容云母电容钽铌电解电容玻璃釉电容薄膜电容X第第第第 1 13 3 页页页页3.电容元件的VCR: 在关联方向下：在关联方向下：若非关联参考方向：若非关联参考方向：结论：某一时刻，电容的电流取决于该时刻电结论：某一时刻，电容的电流取决于该时刻电容电压的变化率。容电压的变化率。X第第第第 1 14 4 页页页页电容的击穿电容的击穿施加电压超过额定施加电压超过额定电容的普遍存在电容的普遍存在任何绝缘导体间存在电容，两个人之间也任何绝缘导体间存在电容，两个人之间也有有u,i频率低时，电容可忽略，高频时应考虑频率低时，电容可忽略，高频时应考虑扩展扩展电容麦克风原理：电容发生变化，电流同电容麦克风原理：电容发生变化，电流同电容变化率有关声音震动使得电容片压电容变化率有关声音震动使得电容片压缩，电容变化缩，电容变化X第第第第 1 15 5 页页页页4.4.电容元件的特性电容元件的特性 动态特性动态特性连续性惯性）连续性惯性）记忆特性记忆特性储能特性储能特性X第第第第 1 16 6 页页页页(1).(1).动态特性动态特性 电容在直流电路中相电容在直流电路中相当开路当开路隔直流作隔直流作用用X第第第第 1 17 7 页页页页在有界电流条件下，电容电压保持连续性，不能在有界电流条件下，电容电压保持连续性，不能突变突变, ,在任意时刻电容电压在任意时刻电容电压(2).(2).连续性连续性电容电流波形虽然不连续，但电电容电流波形虽然不连续，但电容电压波形却是连续的。容电压波形却是连续的。X第第第第 1 18 8 页页页页(3).(3).记忆特性记忆特性一般情况下一般情况下X第第第第 1 19 9 页页页页例例: :如图如图(a)(a)所示，电容与一电流源相接，所示，电容与一电流源相接， 电流源的电流源的波形如图波形如图(b)(b)所示，试求电容电压。设所示，试求电容电压。设u(0)=0u(0)=0。 解：解：(1)先写出电流的函数表达式。先写出电流的函数表达式。X第第第第 2 20 0 页页页页(2)根据公式根据公式 进行分段积进行分段积分分X第第第第 2 21 1 页页页页X第第第第 2 22 2 页页页页三、电感元件 把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器，当电流通过把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器，当电流通过圈时将产生磁通，且符合右手螺旋法则，是一种储存磁能的圈时将产生磁通，且符合右手螺旋法则，是一种储存磁能的部件部件+-u (t)iL符号：符号：为磁通链，单位：韦伯为磁通链，单位：韦伯Wb）i (t) （t)N (t)感生电压感生电压导线不产生电压，而电感线圈导线不产生电压，而电感线圈产生感应电压，起到分压作用，产生感应电压，起到分压作用，和电阻的作用类似，阻碍电流和电阻的作用类似，阻碍电流的变化，因此在交流电路中，的变化，因此在交流电路中，电感具有感抗，单位也是欧姆。电感具有感抗，单位也是欧姆。应用：调音电位器。电感线圈应用：调音电位器。电感线圈和电阻电位器作用相同和电阻电位器作用相同X第第第第 2 23 3 页页页页1.定义定义任意时刻，二端元件中流过的电流任意时刻，二端元件中流过的电流 与其产生的磁与其产生的磁链链 平面上的一条曲线，称电感元件。平面上的一条曲线，称电感元件。 本书研究线性电感：本书研究线性电感： 单位：亨利单位：亨利H H）毫亨毫亨(mH)(mH)，微亨，微亨( )( )X第第第第 2 24 4 页页页页2.电感元件的VCR 若非关联方向若非关联方向关联参考方向：电压的参考方向与磁关联参考方向：电压的参考方向与磁链的参考方向符合右手螺旋定则，电链的参考方向符合右手螺旋定则，电流的参考方向与磁链的参考方向符合流的参考方向与磁链的参考方向符合右手螺旋定则。右手螺旋定则。X第第第第 2 25 5 页页页页3.电感元件的特性电感元件的特性与电容特性对偶电感元件的特性与电容特性对偶动态特性、连续性惯性）动态特性、连续性惯性）记忆特性记忆特性储能特性储能特性X第第第第 2 26 6 页页页页(1).(1).动态特性动态特性 电感元件端电压电感元件端电压(2).(2).连续性连续性在在有有界界电电压压条条件件下下，电电感感电电流流保保持持连连续续性性，不不能突变。能突变。电感在直流电路中电感在直流电路中相当短路相当短路X第第第第 2 27 7 页页页页(3).(3).记忆特性记忆特性X第第第第 2 28 8 页页页页无源元件小结注：关于阻碍性，当外界条件变化时，很多事物都具有阻碍变化的注：关于阻碍性，当外界条件变化时，很多事物都具有阻碍变化的特性，如阻尼等。在化学中，化学平衡移动原理勒夏特列原理）特性，如阻尼等。在化学中，化学平衡移动原理勒夏特列原理）就描述了：如果改变影响平衡的一个条件，反应就向着能够减弱这就描述了：如果改变影响平衡的一个条件，反应就向着能够减弱这种改变的方向进行。自然界中普遍存在，这是自然平衡的重要原因，种改变的方向进行。自然界中普遍存在，这是自然平衡的重要原因，我们要善于把握和总结这些，有助于理解科学真谛并指导科研我们要善于把握和总结这些，有助于理解科学真谛并指导科研X第第第第 2 29 9 页页页页四、电源四、电源 电路中必须有电源。电路中必须有电源。理想电压源理想电压源非理想电压源非理想电压源理想电流源理想电流源非理想电流源非理想电流源X第第第第 3 30 0 页页页页1.1.理想电压源理想电压源 1.1 1.1 基基本本性性质质：（1 1端端电电压压是是定定值值或或是是固固定定的的时时间间函函数数，与与流流过过的的电电流流无无关关；（2 2流流过过电电压压源源的电流由与之相连接的外电路决定。的电流由与之相连接的外电路决定。 注注意意1.2 1.2 伏安特伏安特性性X第第第第 3 31 1 页页页页2.2.非理想电压源实际电压源）非理想电压源实际电压源） 理想电压源是从实际电源中抽象出来的一种模理想电压源是从实际电源中抽象出来的一种模型。理想电压源电压源）型。理想电压源电压源）分分析析观察一个实际电源的例子观察一个实际电源的例子负载电流负载电流X第第第第 3 32 2 页页页页分析如果电源是恒压源，则无论如果电源是恒压源，则无论R R取何值，衡有：取何值，衡有：但实际上但实际上当当R R 时：时：随着随着R R ，i i ，u u 原因：电源内部存在电阻原因：电源内部存在电阻称为内阻称为内阻 ）X第第第第 3 33 3 页页页页实际电压源模型 X随着供出的负载电流加大，其输出电压降低。随着供出的负载电流加大，其输出电压降低。 实际电压源可以看作是理想电压源实际电压源可以看作是理想电压源 和电阻和电阻 的的串联组合，其输出特性曲线是由短路电流和开路串联组合，其输出特性曲线是由短路电流和开路电压决定的一条直线。电压决定的一条直线。X第第第第 3 34 4 页页页页例题 例1：一段含源支路一段含源支路ab,ab,求电流求电流i i。解：X第第第第 3 35 5 页页页页3.理想电流源 理想电流源不能开路！理想电流源不能开路！注注意意 1.1 1.1 基基本本性性质质：（1 1发发出出的的电电流流是是定定值值或或是是固固定定的的时时间间函函数数，与与两两端端的的电电压压无无关关；（2 2电电流流源源两端的电压由与之相连接的外电路决定。两端的电压由与之相连接的外电路决定。 1.2 1.2 伏安特伏安特性性X第第第第 3 36 6 页页页页X例：试求电压试求电压 和电流和电流 , ,并并验证电路功率平衡验证电路功率平衡 解：解：证毕证毕X第第第第 3 37 7 页页页页输出特性：输出特性：开路电压：开路电压：短路电流：短路电流：4.4.非理想电流源实际电流源模型）非理想电流源实际电流源模型） 电流源实际上是不存在的，但对于一个实际电源，电流源实际上是不存在的，但对于一个实际电源， 既可以用实际既可以用实际 电压源模型描述，也可以用实际电电压源模型描述，也可以用实际电流源模型描述。实际电流源可以看作是理想电流源流源模型描述。实际电流源可以看作是理想电流源 和一个电导和一个电导 的并联组合的并联组合X第第第第 3 38 8 页页页页5.5.受控源受控源 受受控控源源(controlled source)是是由由某某些些电电子子器器件件抽象而来抽象而来 的的一一种种电电源源模模型型，是是一一种种双双口口元元件件。受受控控源源的的电压或电压或 电电流流受受电电路路中中另另一一支支路路电电压压或或电电流流的的控控制制。像像晶体晶体 管管、变变压压器器、运运算算放放大大器器等等电电子子器器件件都都可可以以用用受控源受控源 作为其电路模型。作为其电路模型。受电路中另一支路的电受电路中另一支路的电压或电流控制压或电流控制 受控电源是双口四端元件，由控制支受控电源是双口四端元件，由控制支路和受控支路组成。路和受控支路组成。受控电源的符号表示受控电源的符号表示XX第第第第 3 39 9 页页页页晶体管晶体管（1 1）. .基本概念基本概念返回返回XX第第第第 4 40 0 页页页页受控源图示类型受控源的类型受控源的类型控制量控制量受控量受控量X第第第第 4 41 1 页页页页（2 2）. .理想受控源模型理想受控源模型VCVS(Voltage Controlled Voltage Source)CCVS (Current Controlled Voltage Source)电压比系数电压比系数转移电阻转移电阻XX第第第第 4 42 2 页页页页VCCS (Voltage Controlled Current Source)电流比系数电流比系数转移电导转移电导 CCCS (Current Controlled Current Source)返回返回XX第第第第 4 43 3 页页页页3.3.几点说明几点说明 电阻电路包含受控源。电阻电路包含受控源。 受受控控源源与与独独立立源源有有本本质质的的区区别别。独独立立源源的的电电压压或或电电流流是是独独立立存存在在的的，而而受受控控源源的的电电压压或或电电流流受受电电路路中中某某些些量量的的控控制制，控控制制量量消消失失，则则受受控源也不存在。控源也不存在。 受控源吸收的功率为：受控源吸收的功率为： 在分析电路时，通常先把受控源看作独立源在分析电路时，通常先把受控源看作独立源对待，对待，并将控制量代入。并将控制量代入。XX第第第第 4 44 4 页页页页结论：含有受控电源的二端电阻网络可以实现负阻。结论：含有受控电源的二端电阻网络可以实现负阻。 由由KCL:X解：解：返回返回例题例题X第第第第 4 45 5 页页页页含受控源电路的计算；含受控源电路的计算； 。先找控制量，注意不要丢失。先找控制量，注意不要丢失。 。含控制量支路不要化简。含控制量支路不要化简。 。处理方法与独立源一样。处理方法与独立源一样。区别；受控源不能作为电路的激励。区别；受控源不能作为电路的激励。X第第第第 4 46 6 页页页页X化简化简ABAB端为简单电压源端为简单电压源和电流源和电流源. . 例题.解：解：这里把受控电流源这里把受控电流源 转成受控电压源也很方便。转成受控电压源也很方便。