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电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

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电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

书名:电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:培养选择、设计和调试电路的能力,增强工程意识!

作者:戚新波编

出版社:电子工业出版社

出版时间:2013-05-01

书籍编号:30467313

ISBN:9787121202278

正文语种:中文

字数:66988

版次:2

所属分类:教材教辅-大学

全书内容:

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第1章 电路及其分析方法


电路的基本定律和分析方法是学习电子电路、电动机理论、电气控制和信息技术等知识的理论基础。本章主要介绍电路及其模型,电路元件的概念,电压、电流参考方向的概念,电源及其互换,基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南定理等电路的基本概念及电路的主要分析方法。


1.1 电路的基本概念与电源状态


1.1.1 电路及电路模型


电路就是电流通过的路径,主要用于实现电能的传输、变换,以及信号的传递和处理等功能。电路有时也称为电网络。人们在工作和生活中会遇到很多实际电路,如手电筒电路、照明电路、电动机控制电路、电视机电路等。电路是为了完成某种预期目的,由电源、负载、电源至负载的中间环节3个基本部分相互连接而成的电流通路装置。

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图1-1 手电筒电路示意图

图1-1所示的是一个简单的实际电路,这是一个由干电池、灯泡、开关及连接导线组成的手电筒电路。


在图1-1中,干电池作为电源向电路提供电能;灯泡作为负载,是电路中消耗电能的设备;连接导线、开关作为中间环节,其作用是输送、分配电能和对信号进行处理。由于电路中产生的电压、电流是在电源的作用下产生的,因此电源有时又称为激励源或激励;由激励而在电路中产生的电压、电流称为响应。有时,根据激励与响应之间的因果关系,把激励称为输入,响应称为输出。


根据电路的运行条件,有些电路可以按集总参数电路来处理,有些电路则必须按分布参数电路来处理。集总参数电路的观点和理论认为,电路中的电磁量,如电流和电压等,只是时间的函数,因而描述电路的方程是常微分方程(对电阻性电路来说,是实数代数方程)。分布参数电路的观点和理论认为,电路中的电磁量是时间和空间坐标的函数,因而描述电路的方程是偏微分方程。集总参数元件假定:在任何时刻,流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一端子流出的电流,两个端子之间的电压为单量值。由集总参数元件构成的电路称为集总参数电路。本书只讨论集总参数电路。


用集总参数电路的观点分析、研究电路时,认为电路中的一些电磁现象或电磁过程,如电能的消耗、电场能量与磁场能量的储存或释放等,只存在于电路中的某些部件上,并且都能用相应的电路元件(集总参数元件)表示在电路图中。电路的几何尺寸和空间位置是无关紧要的,在不改变电路各部分相互连接关系的前提下,可以将电路图绘制成看起来最习惯或最便于分析计算的形式。


有些实际电路十分复杂,组成电路的实际元器件或设备各式各样,种类繁多,但它们在工作过程中都与电磁现象有关,必须在一定的条件下对实际元器件加以理想化,忽略其次要性质,用一个足以表征其主要性质的模型来表示,这样实际元器件的模型可由一种理想电路元件或由几种理想元件组合构成,即电路模型。


所谓理想元件,简单地说就是仅具有一种物理性质的抽象元件,是组成电路模型的最小单元。例如,只存在对电流呈现阻力(即消耗电能发热),而无任何其他性质的元件称为理想电阻元件,简称电阻元件。像灯泡、电阻器等实际器件一般就可用电阻元件代替。同样,只有储存电场能量性质,而无任何其他性质的元件称为电容元件;只有储存磁场能量性质,而无任何其他性质的元件称为电感元件;只有提供电能性质,而无任何其他性质的元件称为理想电源。在电路模型中,各理想元件的端子是用“理想导线”连接起来的。根据元件对外端子的数目,理想电路元件可分为二端、三端、四端元件等。

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图1-2 手电筒电路模型

有了理想元件和电路模型的概念后,图1-1所示的手电筒实际电路可以用图1-2所示的电路模型等效。图中的电阻元件R作为灯泡的电路模型,反映了将电能转换为热能或光能这一物理现象;干电池采用理想电压源US和电阻元件RS的串联组合作为电路模型,分别反映了电池内所储的化学能转换为电能及电池本身耗能的物理性质。连接导线用理想导线(其电阻设为零)或线段表示。


用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件就是建立其模型,简称建模。建模时,必须考虑其实际工作条件,并按不同准确度的要求把给定工作情况下的主要物理现象和功能反映出来。例如,一个线圈的建模:在直流情况下,它在电路中仅反映为导线内电流引起的能量消耗,因此,它的模型就是一个电阻元件;在电流变化的情况下,线圈电流产生的磁场会引起感应电压,故电路模型除电阻元件外,还应包含一个与之串联的电感元件;当电流变化较快时(包括高频交流),则还应考虑线圈导体表面的电荷作用,即电容效应,所以其模型中还需要包含电容元件。可见,在不同的工作条件下,同一实际器件可能采用不同的模型。若模型取得恰当,对电路进行分析计算的结果就与实际情况接近;若模型取得不恰当,则会造成很大误差,甚至导致错误的结果。如果模型取得太复杂,则会造成分析困难;如果模型取得太简单,则可能无法反映真实的物理现象。


本书所涉及的电路均指由理想电路元件构成的电路模型。同时将理想电路元件简称电路元件。


1.1.2 电路的基本物理量与电路元件


电路元件是电路中最基本的组成单元,按其与外部连接的端子数目可分为二端、三端、四端元件等。元件的特性通过与端子有关的电路物理量描述,电路理论中涉及的物理量主要有电流、电压、电动势、功率、电荷和磁通,在进行电路的分析和计算时,需要知道电压和电流的方向。关于电压和电流的方向,有实际方向和参考方向之分,要加以区别。


根据不同的元件特性可以将电路元件分为线性元件和非线性元件,时不变元件和时变元件,无源元件和有源元件等。


1.电路的基本物理量


1)电流


电荷在电场作用下的运动形成电流。在金属导体中,电荷是自由电子;在电解液中,电荷是正、负离子;在半导体中,电荷是自由电子和空穴。

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图1-3 自由电子定向运动

电流的大小用电流强度来衡量,它在数值上等于单位时间内通过某一截面S(见图1-3)的电量的代数和,习惯上以正电荷移动的方向定义为电流的实际方向。设在极短时间dt内,穿过导体某一截面S的电量代数和为dq,则电流强度可表示为

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式(1-1)说明,电流强度是电荷对时间的变化率。


大小和方向都不随时间变化的电流称为直流(-或DC),用大写字母I表示,即电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载。大小和方向都随时间周期性变化的电流称为交流(或AC),用小写字母i表示,即电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载


电流强度通常简称电流。因此,“电流”一词不仅代表一种物理现象,也代表一个物理量。在国际单位制(SI)中,电量的单位是库仑(C),时间的单位是秒(s),电流的单位为安培(A),简称安。电流的单位还有千安(kA),毫安(mA)和微安(μA)等,它们之间的换算关系为


1kA=103A 1mA=10-3A 1μA=10-6A


2)电压


电压的定义是,电场力把单位正电荷从a点(高电位点)移到b点(低电位点)所做的功,就称为ab两点之间的电压,用u表示,即

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式中,W是电场力把正电荷从a点移到b点所做的功,表明正电荷由a点移到b点所失去的电能;q是被移动正电荷的电量;u是电路中ab两点之


间的电压。


在国际单位制中,电能的单位是焦耳(J),电量的单位是库仑(C),电压的单位是伏特(V)。电压的单位还有千伏(kV),毫伏(mV)和微伏(μV)等,它们之间的换算关系为


1kV=103V 1mV=10-3V 1μV=10-6V


电路中ab两点之间的电压也称为ab两点之间的电位差,即

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式中,ua为a点的电位;ub为b点的电位。


按电压随时间变化的情况,电压可分为恒定电压和交流电压。通常,大小和极性都不随时间变化的电压称为直流电压,用大写字母U表示;大小和极性都随时间周期性变化的电压称为交变电压,用小写字母u表示。


【注意】在确定电路中某点电位时,必须首先选择参考点,而当参考点选择不同时,电路中各点的电位随之改变,但任意两点之间的电压始终不变。


3)电流和电压的参考方向


在电路分析中,由于电路元件的电流或电压的实际方向可能是未知的,也可能是随时间变化的,为了方便电路分析,可以假定某一个方向为电流或电压的参考方向,当电流或电压的实际方向与参考方向一致时,电流或电压为正值;当电流或电压的实际方向与参考方向相反时,电流或电压为负值。


图1-4所示的是一个电路的一部分,其中的长方框表示一个二端元件。流过这个元件的电流为i,其实际方向可能是由A到B,或是由B到A。在该图中用实线箭头表示电流的参考方向,用虚线箭头表示电流的实际方向。指定参考方向后,电流变为代数量。在图1-4(a)中,电流i的实际方向与参考方向一致,故电流为正值,即i>0;在图1-4(b)中,电流i的实际方向与指定的电流参考方向不一致,故电流为负值,即i<0。这样,在指定的电流参考方向下,电流值的正和负就可以反映出电流的实际方向。另一方面,只有规定了参考方向后,才能写出随时间变化的电流的函数式。电流的参考方向可以任意指定,一般用箭头表示,也可以用双下标表示,如iAB表示参考方向为由A到B。


同理,对电路两点之间的电压也可指定参考方向或参考极性。在表达两点之间的电压时,用正极性(+)表示高电位,负极性(-)表示低电位,而正极指向负极的方向就是电压的参考方向。指定电压的参考方向后,电压就变成了一个代数量。在图1-5中,电压u的参考方向是由A指向B,也就是假定A点的电位比B点的电位高;如果A点的电位确实高于B点的电位,即电压的实际方向是由A到B,两者的方向一致,则u>0;若实际电位是B点高于A点,则u<0。有时为了方便,也可用一个箭头表示电压的参考方向。也可以用双下标来表示电压的参考方向,如uAB表示A与B之间的电压,其参考方向为A指向B。

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图1-4 电流的参考方向

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图1-5 电压的参考方向

【注意】在求解电路时,必须在电路图中标出各电流、电压的参考方向,并以此为准进行分析、计算,最后根据计算的结果并结合图中的参考方向来确定电流、电压的真实方向。需要特别指出的是,在未标出参考方向的前提下,谈论电流、电压的正、负是没有意义的,因此必须养成在分析电路时,首先标出参考方向的习惯。


一个元件的电流或电压的参考方向可以独立地任意指定。在图1-6(a)中,如果指定流过元件的电流的参考方向是从电压正极指向负极,即二者的参考方向一致,则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向;当二者不一致时,称为非关联参考方向。在图1-6(b)中,N表示电路的一个部分,它有两个端子与外电路连接,电流i的参考方向自电压u的正极流入,从负极流出,二者的参考方向一致,为关联参考方向;图1-6(c)所示电流和电压的参考方向是非关联参考方向。

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图1-6 关联与非关联参考方向

【说明】无论讨论关联参考方向,还是非关联参考方向,均指同一个元件的端电压和流过该元件的电流之间的关系。


4)电动势


要使电路中通过持续的电流,需要有两个基本条件:一个是电路要构成闭合回路;另一个是电路中要有电源。电源把其他形式的能转化为电能,电源内部在“外力”作用下移动单位正电荷所做的功称为电源的电动势,用E表示。


所谓“外力”,即电源产生的一种电源力。在电池中,电源力是指电极和电解液发生化学反应时所产生的化学力,在发电机中是指电磁感应所产生的电磁力。电源力移送电荷的过程就是电源把其他形式的能量转变为电能的过程,即电源力对电荷做功的过程。不同的电源产生的电源力的大小不同,即对电荷做功的能力也不同。

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图1-7 电源的电压和电动势

如图1-7所示,a和b是电源的两个电极,a极带正电荷,b极带负电荷,则在ab两电极之间就产生电场,电场内就存在电压Uab,表示电源的“端电压”。Uab使正电荷从高电位向低电位移动,形成电流I。这样,电极a因正电荷减少而使电位逐渐降低,电极b因正电荷增多而使电位逐渐升高,其结果是a和b两电极的电位差(电压)逐渐减小至零;同时,连接导体中的电流I也相应地减小至零。


为了维持导体中不断有电流通过并保持恒定,必须使ab之间的电压Uab保持恒定,这就要将电极b上所增加的正电荷送回电极a。但由于电场力的作用,电极b上的正电荷不能逆电场而上,因此,必须有另一种能克服电场力的外力(即电源的电源力)才能使电极b上的正电荷送回电极a。衡量电源力对正电荷做功能力大小的物理量即为电动势Eba。Eba在数值上等于电源力把单位正电荷从电源的低电位端b经电源内部移到高电位端a所做的功,也就是单位正电荷从b点(低电位)移到a点(高电位)所获得的电能。这就说明在电源力的作用下,电源不断地把其他形式的能量转换为电能。

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图1-8 电压与电动势对外端

显然,电动势与电压在意义上是两个不同的物理量。因此规定电压从高电位到低电位为正,而电动势则规定从低电位到高电位为正。但在电路图上,它们都呈现对外两个端点之间有电位差,在这个意义上是相同的。如图1-8所示,各图中两点a、b之间有电位差,设a点电位高于b点电位10V,即ab两点之间的电压Uab=10V,即单位正电荷自a点移至b点消耗的电能为10J(电场力做功);也可以说是ab之间接有电动势Eba=10V的电源,即单位正电荷自b点移至a点增加的电能为10J(外力做功),这对外电路呈现的电位差分析是没有影响的,因为它们对外电路都呈现同一的电现象,即a点电位高于b点电位10V。


这样,在数学表达式中有


Uab=-Eab


Eab=-Eba


Uab=- Eab=Eba


因此,在电路分析中,往往把电动势当做电压来处理,从而可以减少分析中的电路变量。


在国际单位制(SI)中,电动势的单位为V(伏特,简称伏)。


5)电功率


在电路的分析和计算中,电功率(简称“功率”)的计算是十分重要的。这是因为电路在工作状况下总伴随有电能与其他形式能量的相互交换;另一方面,电气设备、电路部件本身都有功率的限制,在使用时要注意其电流值或电压值是否超过额定值,如果过载,会使设备或部件损坏,或者不能正常工作。


功率是能量转换的速率,电路中任何元件的功率P,都可用元件的端电压U和其中的电流I相乘求得。


【注意】在写表达式求解功率时,要注意U与I的参考方向是否一致。


若U与I的参考方向一致,则电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载


若U与I的参考方向相反,则电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载


另外,U和I的值还有正、负之分。当把U和I的值代入上述两式去计算后,所得的功率也会有正、负的不同。功率的正、负表示了元件在电路中的作用不同。若功率为正值,则表明该元件在电路中是负载,它将电能转换为其他形式的能量,电流流过该元件时是电场力做功;若功率为负值时,则表明该元件在电路中是电源,将其他形式的能量转换为电能,电流流过该元件时是电源力做功。

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图1-9 元件的功率

在图1-9中,已知某元件两端的电压u为5V,A点电位高于B点电位,电流i的实际方向为自A点到B点,其值为2A。在图1-9(a)中u和i为关联参考方向。u,i表示瞬时电压和电流,瞬时功率p=5×2=10W,为正值,此元件吸收的功率为10W。如果指定的u和i的参考方向为非关联参考方向,如图1-9(b)所示,则此时u=-5V,i=2A,瞬时功率p=-ui=-(-5)×2=10W,所以此元件还是吸收了10W的功率,与图1-9(a)求得的结果一致。


【注意】在同一个电路中,发出的功率和吸收的功率在数值上是相等的,这就是电路的功率平衡。


在国际单位中,功率的单位是瓦特(焦耳/秒),简称“瓦”,用大写字母“W”表示。功率的单位还有千瓦(kW)、毫瓦(mW)等,它们之间的换算关系为


1kW=103W 1W=103mW


2.电路元件


由前面所述,电路元件可分为无源理想元件和有源理想元件。下面将讨论的无源二端理想元件有线性电阻元件、线性电容元件、线性电感元件,有源二端理想元件有电压源和电流源。


1)无源二端理想元件


(1)线性电阻元件:电阻是表征电路中电能消耗的理想元件。例如,电阻器、灯泡、电炉等在只考虑它的热效应而忽略它的磁效应时,可以用理想电阻元件作为其模型。理想电阻元件在电压和电流取关联参考方向时,在任何时刻其两端的电压和电流服从欧姆定律,即

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图1-10 线性电阻元件的图形符号及伏安特性曲线

线性电阻元件的图形符号如图1-10(a)所示。式(1-6)中R为电阻元件的参数,称为元件的电阻值(简称“电阻”)。R是一个正实常数。当电压单位为V,电流单位为A时,电阻的单位为Ω(欧姆,简称欧)。


由于电压和电流的单位是伏和安,因此电阻元件的特性称为伏安特性,如图1-10(b)所示,它是通过原点的一条线。直线的斜率与元件的电阻R有关。电阻的倒数称为电导,即电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载,这时式(1-6)变成

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式中,电导的单位是S(西门子,简称西)。R和G都是电阻元件的参数。


如果电压、电流参考方向取非关联参考方向,则


u=- Ri或i=-Gu


当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时,流过它的电流恒为零,就将其称为“开路”,它相当于R=电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载或G=0。当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时,它的端电压恒为零,就将其称为“短路”,它相当于R =0或G=电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载


当电压u和电流i取关联参考方向时,电阻元件消耗的功率为

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由于R和G是正实常数,所以功率P恒为非负值。线性电阻元件是一种无源元件。


【例1-1】10mA的电流流过500Ω的电阻R,求电阻R的电压降和消耗的功率。


 由欧姆定律可得电压


U=IR=10×10-3A×500Ω=5V


电阻消耗的功率为


P=UI=5V×10×10-3A=50×10-3W=50mW


【例1-2】有一个100Ω,0.25W的碳膜电阻,使用时电流不得超过多少?能否接在50V的电源上使用?


由P=RI2

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由U=RI得


U=100Ω×50×10-3A=5V


即在使用时电流不能超过50mA,电压不能超过5V。若接在50V电源上使用,将远远超过了电阻允许的最大电压,必将烧坏电阻,故不能接在50V电源上使用。


今后,为了叙述方便,把线性电阻元件简称电阻,所以本书中“电阻”这个术语以及它的相应符号R一方面表示一个电阻元件,另一方面也表示此元件的参数。


(2)线性电容元件:电容元件是实际电容器的理想化模型。电容元件是用于表征电路中电场能储存这一物理性质的理想元件。图1-11(a)中所示为一电容器,当电路中有电容器存在时,电容器极板(由绝缘材料隔开的两个金属导体)上会聚集起等量异号电荷。电压u越高,聚集的电荷q就越多,产生的电场越强,储存的电场能就越多。q与u的比值为

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式中,q的单位为库[仑](C);u的单位为伏[特](V);C称为电容,其单位为法[拉](F)。由于法[拉]的单位太大,工程上多用微法(μF)或皮法(pF)为单位,它们之间的换算关系为


1μF=10-6pF 1pF=10-12F

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图1-11 线性电容元件的电路符号及其库伏特性曲线

线性电容元件的库伏特性曲线是一条通过u- q(或q- u)平面的坐标原点的直线,如图1-11(b)所示。


当极板上的电荷量q或电压u发生变化时,在电路中就要引起电流流过,其大小为

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【注意】式(1-9)是在u和i的参考方向相同的情况下得出的,否则要加负号。


当电容器两端加恒定电压时,则由式(1-9)可知i=0,电容元件相当于开路。将式(1-9)两边积分,便可得出电容元件上的电压与电路中电流的另一种关系式,即

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式中,u0是初始值,即在t=0时电容元件上的电压。若u0=0,则

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若将式(1-9)两边乘上u,并积分,则得

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这说明当电容元件上的电压增加时,电场能量增大。在此过程中,电容元件从电源取用能量(充电),式(1-12)中的电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载就是电容元件极板间的电场能量。当电压降低时,则电场能量减小,即电容元件向电源放还能量(放电)。


一般的电容器除具有储能作用外,也会消耗一部分电能,这时,电容器的模型就必须是电容元件和电阻元件的组合。由于电容器消耗的电功率与所加的电压直接相关,因此其模型应是二者的并联组合。


(3)线性电感元件:电感元件是实际电感器的理想化模型。电感是用于表征电路中磁场能储存这一物理性质的理想元件。当电路中有电感器(线圈)存在时,电流通过线圈会产生比较集中的磁场,因而必须考虑磁场能储存的影响。


在图1-12(a)中,设线圈的匝数为N,电流i通过线圈而产生的磁通为Φ,两者的乘积(Ψ=NΦ)称为线圈的磁链,它与电流的比值电工技术基础与工程应用·电路理论(第2版)pdf/doc/txt格式电子书下载称为电感器(线圈)的电感。式中,Ψ和Φ的单位为韦[伯](Wb);i的单位为安[培](A);L的单位为亨[利](H)。

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图1-12 电感元件

如果线圈的电阻很小,则可以忽略不计,该线圈便可用图1-12(b)所示的理想电感元件来代替。线性电感元件的韦安特性曲线是一条通过Ψ- i平面上坐标原点的直线,如图1-12(c)所示。


当线圈中的电流变化时,磁通和磁链将随之变化,将会在线圈中产生感应电动势。在规定e的方向与磁力线的方向符合右手螺旋定则时e为正、否则为负的情况下,感应电动势e可以用下式计算:

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因此,在图1-12中,关联参考方向规定:u与i的参考方向一致,i与e的参考方向与磁场线的参考方向都符合右手螺旋定则,因而i与e的参考方向也应该一致。在此规定下,便可得到电感中感应电动势的另一种计算公式,即

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式(1-13)即为电感元件上的电压与通过的电流的关系式。


当线圈中通过不随时间而变化的恒定电流时,由式(1-13)可知,其上电压为零,电感元件可视为短路。


将式(1-13)两边积分,便可得出电感元件上的电压与电流的关系式,即

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式中,i0是初始值,即在t=0时电感元件中通过的电流。若i0=0,则

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最后讨论电感元件中的能量转换问题。如果将式(1-13)两边乘上i,并积分,则得

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这说明当电感元件中的电流增大时,磁场能量增大;在此过程中,电能转换为磁能,即电感元件从电源取用能量。当电流减小时,磁场能量转换为电能,即电感元件向电源放还能量。


2)有源二端理想元件


在含电阻的电路中有电流流动时,就会不断消耗能量,电路中就必须有能量的来源,也就需要有不断提供能量的电源。


有源二端元件是从实际电源中抽象出来的理想化模型。其中,以电压形式表示的模型称为理想电压源,简称恒压源;以电流形式表示的模型称为理想电流源,简称恒流源。


(1)电压源:理想电压源两端的电压总保持一个固定值或某个给定的时间函数,而与通过它的电流的大小和方向无关。它的电路符号如图1-13(a)所示,其中uS为恒压源的电压,“+”、“-”号为电压的参考方向(极性)。电压uS为常数的恒压源称为直流恒压源,对直流恒压源有时也可用图1-13(b)所示的符号表示,长线段表示它的高电位(正极性)端,短线段表示它的低电位(负极性)端。


在u- i平面上,直流恒压源的伏安特性曲线是一条与i轴平行的直线,如图1-14(a)所示。当恒压源uS随时间变化时,它在某个时刻t的伏安特性曲线也是一条与i轴平行的直线,如图1-14(b)所示,其中,uS(t1),uS(t2),uS(t3),…表示电压uS在t1,t2,t3,…瞬间的值,可见这种恒压源的伏安特性曲线是随时间而改变的,但它任何瞬间总是与i轴平行的直线。


由定义可知,电压源有两个基本特点:①它的端电压值为定值;②流过恒压源的电流是由外电路决定的任意值。很明显,恒压源所提供的电流和功率是不受限制的。然而,任何一个实际的电源所能提供的电流和功率都是有限的,更不允许短路,因此恒压源是实际电源的一种理想化模型。

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图1-13 恒压源的电路符号

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图1-14 直流恒压源的伏安特性曲线

通常恒压源在电路中作为提供功率的电源元件出现,但也有可能吸收功率而作为负载出现。


【例1-3】已知恒压源的电压、电流参数及参考方向如图1-15所示。试求各恒压源的功率,并说明该恒压源是产生功率的还是吸收功率的。


 图1- 1 5(a)中的电流从恒压源“-”端流入而从“+”端流出,电压和电流为非关联参考方向。由式(1-5)可得


P=-2×2=-4W<0


故恒压源为产生功率。


图1-15(b)中的电压、电流为关联参考方向,故有


P=UI=(- 3)×(-2)=6(W)


所以恒压源为吸收功率。


(2)电流源:电流源是一种与恒压源“相反”的有源二端理想元件,即通过恒流源的电流总保持一个固定值或某个给定的时间函数,而与其两端的电压无关。它的电路符号如图1-16(a)所示。其中,iS为恒流源的电流,箭头为电流的参考方向。

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图1-15 例1-3图

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图1-16 恒流源的电路符号及其伏安特性曲线

如果恒流源的电流为不随时间变化的常数,即iS=IS,则称为直流恒流源,它的伏安特性曲线是一条在u- i平面上与u轴平行的直线,如图1-16(b)所示。当恒流源的电流随时间变化时,它在某一时刻t的伏安特性曲线也是一条与u轴平行的直线,如图1-16(c)所示,其中iS(t1),iS(t2),i

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