电阻电路分析及电容元件介绍.ppt

分析电阻电路的基础：电阻的串、并联，两种电源模型的等效互换，星形与三角形联接的等效互换等； 分析电阻电路的基本方法：支路法、网孔法、节点法等； 分析有源二端网络的两个定理；戴维南定理及诺顿定理； 特殊电阻电路的分析：受控源电路、非线性电阻电路等； 第二章 电阻电路的分析计算 §2－1 电阻电路的串联、并联 i u N 一、等效网络的概念 图示，是整个电路中的一部分，把这一部分作为一个整体看待。这个整体只有两个端钮与其外部相连时，就叫二端网络或一端口网络。 两个二端网络的端口电压、电流关系相同，就称这两个网络为等效网络（equivalent network）。 等效网络的内部结构虽然不同，但对其任何包电路而言，它们的影响完全相同，即等效网络互换，它们的外部情况不变。 R3 R1 R2 ＋U1－ ＋ U － －U3＋ ＋ U2 － I R ＋ U － I 二、电阻的串联 图示为三个电阻的串联，由其这种连接方式可知串联的特点是： 1. 串联电阻的电流相等； 2. 端口电压等于各电阻电压之和。 下面推导串联电阻的等效电阻及电压分配关系。 （1）串联电阻的等效电阻： 由图示得： 式中 即称为网络的等效电阻。 （2）串联电阻的分压关系 串联电阻有分压特性。实用中，两个电阻的串联分压公式应用得更广泛些。 当两个电阻串联时，有： 三、电阻的并联 G1 G2 G3 I1 I2 I3 I ＋ U － G I ＋ U － 图示为三个电导的并联形式，并联由以下特点： 1. 并联电阻的电压相等； 2. 端口电流等于各电阻电流之和； 由上图得： 式中： 就称为并联电阻的等效电导。 （1）并联电阻的等效电导 （2）并联电阻的分流关系 实用中，以两个电阻的并联分流关系式用得较多。 实际中，还存在有混联（串、并联均有）电路，在此不再详述 例：两个电阻串联接到电压为120V的电压源，电流为3A；并联接到同样电压源，电流为16A。试求这两个电阻。 例：图示电路中，合上开关S后，R2上的电压增大还是减小？据此，解释为什么接入功率较大的负载（如电炉）后电灯要暗一些。 R3 R1 R2 s + US － 混联电路简介 16 16 16 16 4 4 3 6 2 2 2 2 2 10 3 5 5 6 6 6? 3? 4? R I ＋ 6V － 例：图示为电路的一部分。试求：（1）R＝0时的电流I；（2）I＝0时的电阻R；（3）R开路时的电流I。 基本要求：熟练掌握电容元件端口特性方程、能量计算及串并联等效变换。 电容构成原理 图5.1 电容的基本构成 电容的电路符号 电解电容器 瓷质电容器 聚丙烯膜电容器 图 5. 3a 固 定 电 容 器 实际电容器示例 一般电容 可变电容 电解电容 管式空气可调电容器 片式空气可调电容器 5.3b 可 变 电 容 器 电容元件是一种动态元件，其端口电压、电流关系为微分（或积分）关系。当电容器填充线性介质时，正极板上存储的电荷量q与极板间电压u 成正比 电容[系数]，单位：F(法拉)表示。常用单位有μF(微法) 及pF(皮法)，分别表示为10-6F及10-12F。 图5.4 线性电容电路符号和特性 在 u、q 取关联参考方向且 C 是正值时，线性电容的电路符号和它的电荷、电压关系曲线如图 5.4 所示。 已知电流 i，求电荷 q ，反映电荷量的积储过程 极板上电荷量增多或减少，在电容的端线中就有电流产生，如图5.4(a) （电容元件的VCR方程） 可见线性电容的端口电流并不取决于当前时刻电压，而与端口电压的时间变化率成正比，所以电容是一种动态元件。 物理意义：t 时刻电容上的电荷量是此刻以前由电流充电（或放电）而积累起来的。所以某一瞬刻的电荷量不能由该瞬间时刻的电流值来确定，而须考虑此刻以前的全部电流的“历史”，所以电容也属于记忆元件。对于线性电容有 在关联参考方向下，输入线性电容端口的功率： 电容存储的电场能量 当u(t)↑ → 储能↑ 也即吸收能量→吸收功率 当u(t)↓ → 储能↓ 也即释放能量→发出功率 同时电容的输入功率与能量变化关系为: 电容储能随时间的增加率 从全过程来看，电容本身不能提供任何能量，正值的电容是无源元件。 综上所述，电容是一种动态、记忆、储能、无源元件。 假设 所以电容是储能元件. 式（5.8)、(5.9)说明电容吸收的总能量全部储存在电场中，所以电容又是无损元件。 反之截止到 t 瞬间，从外部输入电容的能量为 ： [解] 电阻消耗的电能为 电容最终储存的电荷为 由此可知 [补充5.1] 图示RC串联电路，设uC(0)=0，i ( t )=I e-t /RC。求在0t∞时间内电阻消