1、掌握各電路元件的電壓、電流關(guān)系（VCR）。,重點(diǎn)：,第二章 常用的電路元件,2.1 電阻元件 (resistor),2. 線性定常電阻元件,電路符號(hào),電阻元件,對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關(guān)系用ui平面的一條曲線來描述：,任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。,1. 定義,伏安 特性,ui 關(guān)系,R 稱為電阻，單位： (歐) (Ohm，歐姆),滿足歐姆定律 (Ohms Law),單位,G 稱為電導(dǎo)，單位： S(西門子) (Siemens，西門子),u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向,伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線,(2) 如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián) 公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào),注,(3) 說明線性電阻是無記憶

2、、雙向性的元件,歐姆定律,(1) 只適用于線性電阻，( R 為常數(shù)）,則歐姆定律寫為,u R i i G u,公式和參考方向必須配套使用！,3. 功率和能量,上述結(jié)果說明電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。,p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ R,p u i i2R u2 / R,功率：,可用功率表示。從 t 到t0電阻消耗的能量：,4. 電阻的開路與短路,能量：,短路,開路,電容器,在外電源作用下，,兩極板上分別帶上等量異號(hào)電荷，撤去電源，板上電荷仍可長久地集聚下去，是一種儲(chǔ)存電能的部件。,1. 定義,電容元件,儲(chǔ)存電能的元件。其特性可用uq 平面上的一條曲線來描述,

3、庫伏 特性,2.2 電容元件 (capacitor),任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電流 u 成正比。q u 特性是過原點(diǎn)的直線,電路符號(hào),2. 線性定常電容元件,C 稱為電容器的電容, 單位：F (法) (Farad，法拉), 常用F，p F等表示。,單位,線性電容的電壓、電流關(guān)系,u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向,電容元件VCR的微分關(guān)系,表明：,(1) i 的大小取決于 u 的變化率, 與 u 的大小無關(guān)，電容是動(dòng)態(tài)元件；,(2) 當(dāng) u 為常數(shù)(直流)時(shí)，i =0。電容相當(dāng)于開路，電容 有隔斷直流作用；,實(shí)際電路中通過電容的電流 i為有限值，則電容電壓u 必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)；,(4) 電容

4、元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件。,3. 電容的功率和儲(chǔ)能,當(dāng)電容充電， u0，d u/d t0，則i0，q ， p0, 電容吸收功率。,當(dāng)電容放電，u0，d u/d t0，則i0，q ，p0, 電容發(fā)出功率.,功率,表明,電容能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量儲(chǔ)存起來，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電容元件是無源元件、是儲(chǔ)能元件，它本身不消耗能量。,u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向,例,求電流i和功率P (t)。,電源波形,解,uS (t)的函數(shù)表示式為：,解得電流,電感器,把金屬導(dǎo)線繞在一骨架上構(gòu)成一實(shí)際電感器，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，將產(chǎn)生磁通，是一種儲(chǔ)存磁能的部件,（t)

5、N (t),1. 定義,電感元件,儲(chǔ)存磁能的元件。其特性可用i 平面上的一條曲線來描述,韋安 特性,2.3 電感元件 (inductor),任何時(shí)刻，通過電感元件的電流i與其磁鏈 成正比。 i 特性是過原點(diǎn)的直線,電路符號(hào),2. 線性定常電感元件,L 稱為電感器的自感系數(shù), L的單位：H (亨) (Henry，亨利)，常用H，m H表示。,單位,線性電感的電壓、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,表明：,(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；,實(shí)際電路中電感的電壓 u為

6、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)；,根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律,(4)電感元件有記憶電壓的作用，故稱電感為記憶元件。,3. 電感的功率,當(dāng)電流增大，i0，d i/d t0，則u0， p0, 電感吸收功率。,當(dāng)電流減小，i0，d i/d t0，則u0，p0, 電感發(fā)出功率。,功率,表明,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)能量儲(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，它本身不消耗能量。,u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向,電容元件與電感元件的比較：,電容 C,電感 L,變量,電流 i 磁鏈 ,關(guān)系式,電壓 u 電荷 q,(1) 元件方程的

7、形式是相似的；,(2) 若把 u-i，q- ，C-L， i-u互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；,(3) C 和 L稱為對(duì)偶元件, 、q等稱為對(duì)偶元素。,* 顯然，R、G也是一對(duì)對(duì)偶元素:,I=U/R U=I/G,U=RI I=GU,結(jié)論,2.4.1 獨(dú)立電壓源,其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其 值與流過它的電流 i 無關(guān)的元件叫理想電壓源。,電路符號(hào),1. 理想電壓源,定義,2.4 獨(dú)立電源,電源兩端電壓由電源本身決定， 與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方 向、大小無關(guān)。,通過電壓源的電流由電源及外 電路共同決定。,理想電壓源的電壓、電流關(guān)系,伏安關(guān)系,例,外電路,電壓源不能

8、短路！,電壓源的功率,電場(chǎng)力做功 ， 電源吸收功率。,（1） 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；,物理意義：,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。,發(fā)出功率，起電源作用,（2） 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；,物理意義：,吸收功率，充當(dāng)負(fù)載,或：,發(fā)出負(fù)功,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）,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。,2.實(shí)際電壓源,考慮內(nèi)阻,伏安特性,一個(gè)好的電壓源要求,其輸出電流總能保持定值或一定 的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無關(guān)的元件叫理想電流源。,電路符號(hào),1. 理想電

9、流源,定義,(1) 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān),電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定,理想電流源的電壓、電流關(guān)系,伏安關(guān)系,2.4.2 獨(dú)立電流源,例,外電路,電流源不能開路！,實(shí)際電流源的產(chǎn)生,可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，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。,電流源的功率,（1） 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；,發(fā)出功率，起電源作用,（2） 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；,吸收功率，充當(dāng)負(fù)載,或：,發(fā)出負(fù)功,例,計(jì)算圖示電路各元件的功率。,解,發(fā)出,吸收,滿足：P（發(fā)）P（吸）,實(shí)際電流源也不允許開路。因其

10、內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。,2.實(shí)際電流源,考慮內(nèi)阻,伏安特性,一個(gè)好的電流源要求,2.5 受控源 (非獨(dú)立源) (controlled source or dependent source),電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是 受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源,電路符號(hào),受控電壓源,1. 定義,受控電流源,(1) 電流控制的電流源 ( CCCS ), : 電流放大倍數(shù),根據(jù)控制量和被控制量是電壓u 或電流i ，受控源可分 四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示；當(dāng)被 控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。,2. 分類,四端元件,輸出：受控部分

11、,輸入：控制部分,g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo),(2) 電壓控制的電流源 ( VCCS ),(3) 電壓控制的電壓源 ( VCVS ),: 電壓放大倍數(shù),(4) 電流控制的電壓源 ( CCVS ),r : 轉(zhuǎn)移電阻,例,電路模型,3. 受控源與獨(dú)立源的比較,(1) 獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。,(2) 獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。,例,求：電壓u2。,解,運(yùn)算放大器(operational amplifier),是一種有著十分廣泛用途的電子器件

12、。最早開始應(yīng)用于1940年，1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。,2.6 集成運(yùn)算放大器電路,2.6.1 簡介,應(yīng)用,主要用于模擬計(jì)算機(jī)，可模擬加、減、積分等運(yùn)算，對(duì)電路進(jìn)行模擬分析。在信號(hào)處理、測(cè)量及波形產(chǎn)生方面也獲得廣泛應(yīng)用。,符號(hào),8個(gè)管腳：,2：反相輸入端 3：同相輸入端 4、7：電源端 6：輸出端 1、5：外接調(diào)零電位器 8：空腳,單向放大,電路符號(hào),a： 反向輸入端，輸入電壓 u,b：同向輸入端，輸入電壓 u+,o： 輸出端, 輸出電壓 uo,在電路符號(hào)圖中一般不畫出直流電源端，而只有a,b,o三端和接地端。,其中參考

13、方向如圖所示，每一點(diǎn)均為對(duì)地的電壓 ，在接地端未畫出時(shí)尤須注意。,A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)，可達(dá)十幾萬倍,: 公共端(接地端),在 a,b 間加一電壓 ud =u+-u-，可得輸出uo和輸入ud之間的轉(zhuǎn)移特性曲線如下：,分三個(gè)區(qū)域：, 線性工作區(qū)：,|ud| =Usat/A, 則 uo=Aud,正向飽和區(qū)：,反向飽和區(qū)：,ud 則 uo= Usat,ud- 則 uo= -Usat,2.6.2 運(yùn)算放大器的靜特性,是一個(gè)數(shù)值很小的電壓，例如Usat=13V,A =105，則=0.13mV。,2.6.3 電路模型,輸入電阻,輸出電阻,當(dāng): u+= 0, 則uo=Au,當(dāng): u= 0, 則uo=Au,在線性放大區(qū)，將運(yùn)放電路作如下的理想化處理：, A,uo為有限值，則ud=0,即u+=u-，兩個(gè)輸入端之間相當(dāng)于短路(虛短路)；, Ri ,4. 理想運(yùn)算放大器,i+=0 , i=0。 即從輸入端看進(jìn)去， 元件相當(dāng)于開路(虛斷路)。,例1 反相比例器,解：根據(jù)理想運(yùn)放的特性分析,(1) 根據(jù)“虛短”：,（2）根據(jù)“虛斷”：,(1) 當(dāng) R1 和 Rf 確定后，為