第3講 電阻元件與電源元件

1、1一、電阻元件一、電阻元件（一）伏安關系：（一）伏安關系： 對于線性時不變電阻，在任何時刻元件兩端的電壓和電流對于線性時不變電阻，在任何時刻元件兩端的電壓和電流的關系服從歐姆定律。的關系服從歐姆定律。電路元件電路元件：構成電路的基本單元，按引出端數(shù)目分為二端元件、三：構成電路的基本單元，按引出端數(shù)目分為二端元件、三端元件、多端元件等。端元件、多端元件等。電阻元件電阻元件定義：一個二端元件，如果在任意時刻定義：一個二端元件，如果在任意時刻t，其兩端電壓其兩端電壓u與與流經(jīng)它的電流流經(jīng)它的電流i之間的關系能用之間的關系能用ui平面上的曲線所確定平面上的曲線所確定(電壓與電流電壓與電流相約束相約束)

2、，就稱其為二端電阻元件，簡稱電阻元件。，就稱其為二端電阻元件，簡稱電阻元件。按按伏安伏安特性分：線性電阻和非線性電阻；時不變電阻和時變電阻特性分：線性電阻和非線性電阻；時不變電阻和時變電阻第第3講講 電阻元件與電源元件電阻元件與電源元件22、當非關聯(lián)時：、當非關聯(lián)時：uGiiRu,故參考方向是推導、運用公式的前提故參考方向是推導、運用公式的前提!3、伏安關系曲線、伏安關系曲線:taniummiuR+_iuRUIui01、當關聯(lián)時：、當關聯(lián)時：iRuR稱為元件的電阻，為一個正實常數(shù)稱為元件的電阻，為一個正實常數(shù)(線性時不變電阻線性時不變電阻)。若令若令G=1/R，則則uGiG稱為元件的電導，單位

3、為稱為元件的電導，單位為S（西門子）。西門子）。+_iuR注意注意: R表示一個電阻表示一個電阻元件元件，又可表示此，又可表示此元件的參數(shù)元件的參數(shù)。3（二）電阻元件的特點：（二）電阻元件的特點：1、無源耗能元件：、無源耗能元件：關聯(lián)時關聯(lián)時022GuRiiup電能電能 熱能熱能2、雙向性元件：、雙向性元件：對線性電阻而言。對線性電阻而言。3、無記憶性元件、無記憶性元件 電阻元件是實際電阻器的理想化模型，描述了電阻器的電阻元件是實際電阻器的理想化模型，描述了電阻器的耗能特性。耗能特性。 其它電子器件或設備的耗能特性也用電阻元件來描述其它電子器件或設備的耗能特性也用電阻元件來描述。4ui04、兩

4、種特殊的情況：、兩種特殊的情況：開路開路開路：開路：R，G=0（伏安關系為伏安關系為電壓軸）。電壓軸）。短路短路短路：短路：R=0，G （伏安關系為伏安關系為電流軸）。電流軸）。電路或電路的一部分也可以短路或開路。電路或電路的一部分也可以短路或開路。ocu電壓稱為電壓稱為sci電流稱為電流稱為ui0短路短路開路開路5（三）非線性電阻：（三）非線性電阻：1、不服從歐姆定律：、不服從歐姆定律： 實際部件都不服從，但有的在一定實際部件都不服從，但有的在一定的范圍內(nèi)滿足。的范圍內(nèi)滿足。2、有些還是單向元件：、有些還是單向元件：如二極管。如二極管。iu0+ u -i關于二端口電阻，起請自行閱讀教材關于二

5、端口電阻，起請自行閱讀教材P116（四）實際電阻器（四）實際電阻器為了擁有一定量的電阻而專門設計的元器件叫做為了擁有一定量的電阻而專門設計的元器件叫做電阻器電阻器。電阻器可分為電阻器可分為固定電阻器固定電阻器和和可變電阻器可變電阻器兩大類。兩大類。將電阻器應用于實際電路之前，必須考慮其將電阻器應用于實際電路之前，必須考慮其電阻值電阻值和和額額定功率定功率。1、電阻值及其誤差的表示方法、電阻值及其誤差的表示方法（1）色碼表示法：）色碼表示法：黑黑 棕棕 紅紅 橙橙 黃黃 綠綠 藍藍 紫紫 灰灰 白白0123456789有有四色環(huán)四色環(huán)電阻和電阻和五色環(huán)五色環(huán)電阻。電阻。7四色環(huán)電阻：四色環(huán)電阻：

6、第一位第一位第二位第二位乘數(shù)（第二位后乘數(shù)（第二位后0的個數(shù)）的個數(shù)）誤差誤差5% 金色金色10% 銀色銀色20% 無環(huán)無環(huán)五色環(huán)電阻：五色環(huán)電阻：第一位第一位第二位第二位乘數(shù)（第三位后乘數(shù)（第三位后0的個數(shù)）的個數(shù)）, 但金色但金色0.1, 銀色銀色0.01誤差誤差2% 紅色紅色1% 棕色棕色0.5% 綠色綠色0.25% 藍色藍色0.1% 紫色紫色第三位第三位24 00000 10% 204 1% 81、元件特性：、元件特性：USus+_(1) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；直流：直流：U = US 交流：交流： uS是確定的時間函數(shù)，是

7、確定的時間函數(shù)， 例如：例如： uS=Umsin t(2) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。通過它的電流是任意的，由外電路決定。IR5V（一）電壓源（獨立的理想化電壓源的簡稱）：電壓源（獨立的理想化電壓源的簡稱）： 電源電源：有源電路元件，是各種能量產(chǎn)生器的理想化模型。電：有源電路元件，是各種能量產(chǎn)生器的理想化模型。電源分為獨立電源和非獨立電源（受控源）兩類，各自又有電壓源源分為獨立電源和非獨立電源（受控源）兩類，各自又有電壓源和電流源兩種。和電流源兩種。電壓源國標符號電壓源國標符號電池符號電池符號二、電源元件二、電源元件9 2、伏安特性曲線、伏安特性曲線USui0(1) 若若uS = U

8、S ，即直流電源。則其伏安特性為平行于即直流電源。則其伏安特性為平行于電流軸的直線。電流軸的直線。 (2) 若若uS為隨時間變化的電源，則平行于電流軸的直為隨時間變化的電源，則平行于電流軸的直線也隨時間改變位置線也隨時間改變位置。(3) 電壓為零的電壓源，伏安曲線與電壓為零的電壓源，伏安曲線與 i 軸重合，相當于軸重合，相當于 短路狀態(tài)短路狀態(tài)。us+_US103、 理想電壓源的開路與短路：理想電壓源的開路與短路：(1) 負載開路負載開路：R，i=0，u=us ；(2) 負載短路負載短路：R=0，i ，此時理想此時理想電源模型不存在。電源模型不存在。理想電壓源不允許負載短路。理想電壓源不允許負

9、載短路。iRus+u-114. 功率功率i , uS 關聯(lián)關聯(lián) p吸吸=uSi p發(fā)發(fā)= uSii , us非關聯(lián)非關聯(lián)p發(fā)發(fā)= uS i p吸吸= - - uSi電場力做功電場力做功 ， 吸收功率。吸收功率。物理意義物理意義：uS+_iu+_uS+_iu+_外力克服電場力做功外力克服電場力做功 ， 發(fā)出功率。發(fā)出功率。物理意義：物理意義：125、實際電壓源：實際電壓源： 實際電壓源也不允許負載短路。實際電壓源也不允許負載短路。 因其內(nèi)阻因其內(nèi)阻r很小，若負載短路，很小，若負載短路，電流很大，可能燒毀電源。電流很大，可能燒毀電源。IrUS實際電壓源分析電路時可以短路。實際電壓源分析電路時可以短

10、路。顯然，顯然，r越小越好。越小越好。r=0時即為理想電壓源。時即為理想電壓源。13USui0iRUS慣例：非關聯(lián)，慣例：非關聯(lián)，P0，發(fā)出功率。發(fā)出功率。實際電壓源實際電壓源世上沒有世上沒有理想電壓源。理想電壓源。其實，其實，理想電阻也不存在。理想電阻也不存在。+u-0SiuiRu14（二）電流源（獨立理想化）：（二）電流源（獨立理想化）： 電源輸出電流為電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓，其值與此電源的端電壓 u 無關。無關。1. 元件特性：元件特性：(a) 電流源電流由電流源本身決定，與外電路無關；電流源電流由電流源本身決定，與外電路無關；(b) 電流源兩端電壓電流源兩端電壓是由外

11、電路決定。是由外電路決定。直流：直流：iS為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： iS是確定的時間函數(shù)，如是確定的時間函數(shù)，如 iS=Imsin t電路符號電路符號iSUIR1AVUAIR1,1,1 VUAIR10,1,10 iS152. 伏安特性伏安特性(1) 若若iS= IS ，即直流電流源。則其伏安特性為平行于，即直流電流源。則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與電壓軸的直線，反映電流與 端電壓無關。端電壓無關。 (2) 若若iS為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是平為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是平行于電壓軸的直線（位置隨時間改變）行于電壓軸的直線（位置隨時間改變） ISui0iSiu

12、+_(3) 電流為零的電流源，伏安曲線與電流為零的電流源，伏安曲線與 u 軸重合，相當軸重合，相當于開路狀態(tài)。于開路狀態(tài)。163. 理想電流源的短路與開路理想電流源的短路與開路(2) 負載開路負載開路：R，i= iS ，u 。若強。若強迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許負載開路。想電流源不允許負載開路。(1) 負載短路負載短路：R=0， i= iS ，u=0 ，電流源被短路。，電流源被短路。RiSiu+_174. 功率功率p發(fā)發(fā)= u is p吸吸= uisp吸吸= uis p發(fā)發(fā)= uisiSiu+_iSiu+_u , iS 關聯(lián)關聯(lián) u

13、, iS 非非關聯(lián)關聯(lián) 5. 實際電流源的產(chǎn)生實際電流源的產(chǎn)生： 可由穩(wěn)流電子設備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具可由穩(wěn)流電子設備產(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載備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)無關；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。產(chǎn)生一定值的電流等。18例例2、求、求IS的功率。的功率。解：解：?32I3?2I必須由元件特性來分析。必須由元件特性來分析。需要求需要求P，必須求必須求IS的外電壓。的外電壓。5V2135W15P非關聯(lián)，非關聯(lián)，P0,發(fā)出功率。發(fā)出功率。整個電路功率平衡嗎？整個電路功率平

14、衡嗎？3W31P2R2W12PSU關聯(lián)，關聯(lián)，P0, 吸收功率。吸收功率。I？US是不是沒有作用呢？是不是沒有作用呢？ 作用不僅有電流作用，而且有電壓的作用。合起作用不僅有電流作用，而且有電壓的作用。合起來是功率的作用。來是功率的作用。？U+_2V3IS=1AUS+_19（三）（三） 受控源受控源1、由實際電路部件和裝置提出的問題：、由實際電路部件和裝置提出的問題：例例1 晶體管放大器。晶體管放大器。ic=b b ibRcibRbicEc電流控制的電流源電流控制的電流源如何用理想模型如何用理想模型來描述來描述iC與與ib之間之間的這一關系？的這一關系？ibb b ibic20例例2 直流發(fā)電機

15、直流發(fā)電機+_U=rIfIfIfU=rIf+_2、受控源受控源定義：定義： 一條支路的電壓（電流）控制另一條支路的電壓（電流）一條支路的電壓（電流）控制另一條支路的電壓（電流）的電路現(xiàn)象。是由電子器件抽象而來的一種模型。的電路現(xiàn)象。是由電子器件抽象而來的一種模型。 它不是電路的激勵；不是獨立電源；故稱為它不是電路的激勵；不是獨立電源；故稱為受控源，受控源，或或稱稱為為非獨立電源非獨立電源。是單向的。是單向的。控制部分：控制部分：輸入端口是控制支路輸入端口是控制支路:開路或短路（開路或短路（功率為功率為0）。）。受控部分：受控部分：輸出端口是受控支路輸出端口是受控支路:電壓源或電流源。電壓源或電

16、流源。受控源是一個四端元件，是二端口元件。受控源是一個四端元件，是二端口元件。213、 四種類型：四種類型：(1) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source )CCCS u1=0 i2=b b i1b b ：電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)(2) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source )CCVS u1=0u2=r i1r : 轉移電阻轉移電阻 b b i1+_u2i2_u1i1+ r i1+_u2i2_u1i1+_輸入端口功率為輸入端口功率為0輸入端口功率為輸入端口功率為

17、022(3) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source ) i1=0i2=gu1g: 轉移電導轉移電導 (4) 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( Voltage Controlled Voltage Source ) i1=0u2= u1 :電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) ，g， b b ，r 為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關系，為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關系，稱為線性時不變受控源。稱為線性時不變受控源。 u1 +_u2i2_u1i1+_gu1+_u2i2_u1i1+VCCSVCVS輸入端口功率為輸入端口功率為0輸入端口

18、功率為輸入端口功率為0234、受控源是有源元件：、受控源是有源元件：VCVSP = u1i1 + u2i2 = u2i2 =u2 (-u2/R) 05、受控源與獨立源的比較、受控源與獨立源的比較:(2) 獨立源作為電路中獨立源作為電路中“激勵激勵”，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出與輸入的控制關系，在電路中不能而受控源只是反映輸出與輸入的控制關系，在電路中不能作為作為“激勵激勵”。關聯(lián)關聯(lián)參考方向參考方向故故受控源是有源元件。受控源是有源元件。 u1 +_u2i2_u1i1+_R(1) 獨立源電壓獨立源電壓(或電流或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓電流無關，而受