电路元件

  Aaron ·  2008-11-08 11:06  ·  21227 次点击
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电工中实际器件的数学模型。每一个电路元件的电压u或电流i,或者电压与电流之间的关系有着确定的规定。这种规定性充分地表达了这电路元件的特性。这种规定性也叫做元件约束。有时,在元件约束里也用到电荷q和磁链ψ,不过它们与电压u和电流i总是满足下面的关系
data/attachment/portal/201111/06/091932qlnu4sx8lrs69n66.gif在电工理论中常取适当的元件,加以联接来构造实际器件或电路的模型,以便于分析计算。表中列出了一些常见的电路元件和它们的元件约束。表中,除了独立电压源和独立电流源之外,如果元件参数是常数,对应的元件叫做定常元件。定常电容器和定常电感器的元件约束分别是
data/attachment/portal/201111/06/09193242tq2t322a11843a.gif式中C和L是常数
电路元件通常分为时变元件与时不变元件、线性元件与非线性元件、分布参数元件与集总参数元件。
时变元件与时不变元件如果元件参数是时间t的函数,对应的元件叫做时变元件;否则叫做时不变元件。定常元件是一种时不变元件。时变元件的一个例子是用手或某种机构不断地反复转动电位器的轴,电位器的电阻就随时间变化。这时可以用时变电阻器作为电位器的模型。例如设电阻R是R=1000(1+0.6sint)欧,则时变电阻器的元件约束是
u=Ri=【1000(1+0.6sint)】i线性元件与非线性元件如果元件参数是电压u或电流i的函数(有时也可以是电荷q或磁链ψ的函数),对应的元件叫做非线性元件;否则叫做线性元件。定常元件是一种线性元件。非线性元件的一个例子如下:半导体二极管的数学模型为
i=a(data/attachment/portal/201111/06/091932zwtalr8sirdw8awo.gif-1)(a>0,b>0)上式为元件约束。它在电流i与电压u之间规定了一个代数关系,元件是非线性电阻器。电阻R是
data/attachment/portal/201111/06/091932o7klrr7773lp7112.gif上式说明,电阻R是元件电压u的函数。
分布参数元件与集总参数元件一个实际电工器件,在不同条件下可以有不同的电路模型。例如一根金属导线,当其中电流的频率很低时,可以用定常电阻器作为它的模型。当导线中电流的频率很高时,导线中各处的电流并不相等,也就是说导线中的电流和空间位置有关。图1表明,data/attachment/portal/201111/06/091932zaiq2owzsgq2d9pt.jpg在不同的空间位置上,电流i1,i2,i3……一般地互不相等,特别是流入导线一端的电流i1不必等于从导线另一端流出的电流in。
对于某个电工器件,凡是要考虑其电流、电压和空间位置或者说要考虑其电流、电压在空间的分布情况时,即为分布参数元件,必须采用具有分布参数的模型。均匀传输线就是一种典型的分布参数电路。不考虑电流、电压在空间分布的模型,叫做集总参数模型。表中所列电路元件都是集总参数元件或称集总元件。
data/attachment/portal/201111/06/091932nkczlxzxxnlxouga.jpg由集总参数元件组成的电路称为集总参数电路或集总电路。在这种电路里,电流、电压除了在元件上应满足元件约束之外,还要满足基尔霍夫定律。
对于图2a所示的集总参数电路,可以写出以下电路方程。
基尔霍夫第一定律方程:
i1=i2+i3基尔霍夫第二定律方程:
u1+u2=usu2=u3元件约束方程:
u1=R1i1u2=R2i2u3=R3i3us=f(t)
这个电路的电路方程是一组代数方程。如果电路中还含有受控电源、理想变换器、运算放大器等元件,列出的电路方程仍然是一组代数方程。因为联系这些元件的电压和电流的元件约束是代数关系,不含对时间t的导数(如表

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