電路原理

電路,顧名思義就是指由基本元件組成的電流通路碰镜,它主要有兩個功能:一個是處理能量绞惦,包括能量的產(chǎn)生、傳輸洋措、分配和使用等济蝉;另一個是處理電信號,包括信號的獲取菠发、放大王滤、濾波等。

電路的基本變量電壓滓鸠、電流雁乡、電荷、磁鏈糜俗,四個基本變量之間又兩兩構(gòu)成四個二端基本元件——電阻(U-I)踱稍、電容(Q-U)、電感(Ψ-I)悠抹、憶阻器(Ψ-Q)珠月。根據(jù)電路中的激勵和響應(yīng)是否呈線性關(guān)系,電路可分為線性電路和非線性電路楔敌;根據(jù)電路是否含有儲能元件(電感和電容)啤挎,電路分為電阻電路和動態(tài)電路(動態(tài)電路研究其暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程)。如果電流的參考方向是從電壓的參考方向的正號流入卵凑,則說明電壓和電流具有關(guān)聯(lián)參考方向庆聘,否則說明電壓和電流具有非關(guān)聯(lián)參考方向。如果元件的U和I參考方向關(guān)聯(lián)勺卢,則得到的P=UI為吸收功率伙判;如果元件的U和I參考方向非關(guān)聯(lián),則得到的P=UI為發(fā)出功率黑忱;所以一般設(shè)電阻U I關(guān)聯(lián)參考方向宴抚,電源的U I非關(guān)聯(lián)參考方向。

電路的基本元件包括電阻杨何、電容酱塔、電感、獨(dú)立源危虱、受控源羊娃、二極管、理想變壓器等等埃跷。電阻R根據(jù)激勵與響應(yīng)的關(guān)系分為線性電阻和非線性電阻蕊玷,元件約束R=UI邮利;電容C以電場形式儲存能量,具有儲存電荷的能力垃帅,元件約束Q=CU延届;電感L以磁場形式儲存能量,具有儲存磁鏈的能力贸诚,元件約束Ψ=LI方庭;獨(dú)立源分為獨(dú)立電壓源(提供恒定電壓,U-I曲線為平行于I軸的直線)和獨(dú)立電流源(提供恒定電流酱固,U-I曲線為平行于U軸的直線)械念;受控源根據(jù)控制量和受控量的不同分為壓控電壓源、壓控電流源运悲、流控電壓源龄减、流控電流源;二極管只能通過正向電流而不能通過反向電流班眯;變壓器是利用線圈的互感原理希停,而理想變壓器一種耦合系數(shù)為1,L1署隘、L2宠能、M都無窮大的變壓器。

電路受到兩類約束——元件約束和拓?fù)浼s束定踱,元件約束與電路元件的自身性質(zhì)有關(guān)棍潘,拓?fù)浼s束與電路元件無關(guān),只與電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)崖媚。說到拓?fù)浼s束就不得不提到基爾霍夫定律,基爾霍夫定律是整個電路理論的基礎(chǔ)恤浪,它主要包括兩個部分——KCL和KVL畅哑,狹義KCL指對于電路的任一個節(jié)點(diǎn)而言,流入該節(jié)點(diǎn)的電流和一定等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流和水由,廣義KCL指對于任何一個子電路而言荠呐,流入的電流和也一定等于流出的電流和;狹義KVL指對于電路的任一個回路而言砂客,其電壓降的代數(shù)和為零泥张,廣義KVL指對于電路中的任一個節(jié)點(diǎn)到另一個任一節(jié)點(diǎn),其電壓降始終相等鞠值,與路徑無關(guān)媚创。對于一個電路,它有b個電路元件彤恶,n個節(jié)點(diǎn)钞钙,則一定會有b-n+1個獨(dú)立回路鳄橘,則一定會有b個元件約束方程,n-1個KCL方程芒炼,b-n+1個KVL方程瘫怜,一共會出現(xiàn)2b個獨(dú)立方程,這就是電路求解的著名的“2b”法本刽。

電阻和電源是可以實(shí)現(xiàn)等效變換的鲸湃,所謂的等效變換并非替換,而是指兩者的UI特性一致子寓,等效變換制后對整個電路的分析沒有影響唤锉。電阻的等效變換:①電阻的串并聯(lián),電阻串聯(lián)起到分壓的作用别瞭,Req=R1+R2窿祥,電阻并聯(lián)起到分流的作用,Req= R1xR2/(R1+R2)蝙寨。②平衡電橋晒衩,當(dāng)電阻呈現(xiàn)“H”連接,如果兩個斜向電阻的乘積相等則流經(jīng)中間電阻的電流為零墙歪。③Y-△變換听系,各個相上的電阻均相等,則連接成“Y”形的電阻和連接成“△”形的電阻可以相互轉(zhuǎn)換虹菲,Y→△靠胜,各電阻乘以3,反之毕源,各電阻除以3浪漠。④加流求壓和加壓求流,對于含有受控源和電阻的一端口網(wǎng)絡(luò)霎褐,可以虛擬一個端口電壓(或端口電流)址愿,然后用端口電壓(或端口電流)表示出端口電流(或端口電壓),比值則為等效電阻(或等效電導(dǎo))冻璃。電源的等效變換:兩個獨(dú)立電壓源串聯(lián)為兩者相加之和响谓,獨(dú)立電壓源與任何元件并聯(lián)都等于獨(dú)立電壓源本身,兩個獨(dú)立電壓源除非電壓相等省艳,否則不能并聯(lián)娘纷;兩個獨(dú)立電流源并聯(lián)為兩者相加之和,獨(dú)立電流源與任何元件串聯(lián)都等于獨(dú)立電流源本身跋炕,兩個獨(dú)立電流源除非電流相等赖晶,否則不能串聯(lián)。獨(dú)立電壓源的實(shí)際模型為電壓源和其內(nèi)阻串聯(lián)枣购,獨(dú)立電流源的實(shí)際模型為電流源和其內(nèi)阻的并聯(lián)嬉探,獨(dú)立電壓源等效轉(zhuǎn)換為獨(dú)立電流源時擦耀,內(nèi)阻由串聯(lián)改為并聯(lián),大小不變涩堤,轉(zhuǎn)換的獨(dú)立電流源電流為獨(dú)立電壓源電壓除以內(nèi)阻阻值眷蜓,電流方向不變,獨(dú)立電流源等效轉(zhuǎn)換為獨(dú)立電壓源時胎围,則反之吁系。

對一個網(wǎng)絡(luò)而言,其中的兩個接線端白魂,電流大小相等汽纤,方向相反,則成為一個端口福荸。一端口網(wǎng)絡(luò)即具有一個端口的網(wǎng)絡(luò)蕴坪,比如上面可以等效變換的電阻和獨(dú)立源等單個元件;二端口網(wǎng)絡(luò)即具有兩個端口的網(wǎng)絡(luò)敬锐,運(yùn)算放大器和MOSFET都屬于二端口網(wǎng)絡(luò)背传。二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)有輸入端輸入電阻Ri,輸出端輸出電阻Ro台夺,還有R參數(shù)(用I1径玖、I2表示U1、U2颤介,互易時R12=R21梳星,對稱時R12=R21且R11=R22)、G參數(shù)(用U1滚朵、U2表示I1冤灾、I2,互易時G12=G21始绍,對稱時G12=G21且G11=G22)瞳购、T參數(shù)(用U2、-I2表示U1亏推、I1,互易時T11T22- T12T21年堆,對稱時T11T22- T12T21且T11=T22)吞杭。互易二端口指將二端口網(wǎng)絡(luò)的激勵和響應(yīng)交換位置后变丧,響應(yīng)不變芽狗。對稱二端口指從二端口網(wǎng)絡(luò)的任何一側(cè)看入,激勵在本側(cè)和對側(cè)引起的相應(yīng)都是一樣的痒蓬。二端口的連接方式有級聯(lián)(T=T1T2)童擎、并聯(lián)(G=G1+G2)滴劲、串聯(lián)(R=R1+R2)。

運(yùn)算放大器是一個集成電路顾复,首先它的作用是放大信號班挖,利用其信號放大的特性又可;以構(gòu)成信號運(yùn)算的功能芯砸,因此稱之為“運(yùn)算放大器”萧芙。運(yùn)算放大器有三個工作區(qū):負(fù)向飽和區(qū):Uo=—Usat,線性區(qū):Uo=Aud假丧,正向飽和區(qū):Uo=Usat双揪,其中A是運(yùn)算放大器的(開環(huán))放大倍數(shù)。運(yùn)放的輸入電阻為Ri包帚,輸出電阻為Ro渔期,理想的運(yùn)放滿足Ri→∞,為MΩ量級渴邦,Ro→0疯趟,為10Ω量級,A為∞几莽,理想的運(yùn)放滿足輸入端的“虛短”和“虛斷”迅办,但鑒于放大倍數(shù)非常大,而輸出電壓Uo又是一個有限值章蚣,所以要求輸入電壓ud非常小站欺,這是非常不經(jīng)濟(jì)的,因此引入負(fù)反饋纤垂。反相輸入端供電Us矾策,反相輸入端電阻為R1(為KΩ量級),負(fù)反饋電阻為Rf(為KΩ量級)峭沦,可以實(shí)現(xiàn)Uo=-Rf/R1Xus贾虽,這就是反相比例放大器。此外吼鱼,運(yùn)用運(yùn)放還可以構(gòu)成正向比例放大器蓬豁、加法器、減法器菇肃、微分器地粪、積分器。

MOSFET琐谤,即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管蟆技。MOSFET有三個極:G極為柵極、D極為源極、S極為漏極质礼,A為(開環(huán))放大倍數(shù)旺聚。MOSEF有三個工作區(qū):①截止區(qū):UGS UDS,DS為為電阻Ron眶蕉。用MOSFET可以構(gòu)成邏輯門電路——是門(緩沖器)和非門(反相器)砰粹、與非門和與門、或非門和或門妻坝。

分析電路的一般方法有兩種——節(jié)點(diǎn)電壓法和回路電流法伸眶。對于一個有b個元件、n個節(jié)點(diǎn)刽宪、b-n+1個獨(dú)立回路而言厘贼,節(jié)點(diǎn)電壓法的核心是以節(jié)點(diǎn)電壓為變量表示支路電流,進(jìn)而列寫出n-1個KCL獨(dú)立方程圣拄,形式為(1/R1+1/R2)U1-1/R2U2=Is1+Is2嘴秸。等式左邊(1/R1+1/R2)表示自電導(dǎo);1/R2表示互電導(dǎo)庇谆,即公共電導(dǎo)岳掐,取負(fù)號;等式右邊Is1+Is2表示流入該節(jié)點(diǎn)的電流源的和饭耳〈觯回路電流法的核心是對每一個獨(dú)立回路設(shè)置一個虛擬的回路電流,以回路電流為變量寞肖,表示出支路電壓進(jìn)而列寫出b-n+1個KVL獨(dú)立方程纲酗,形式為R1I11+ R2(I11-I12)= Us1+Us2。等式左邊R1表示自電阻新蟆,R2表示互電阻觅赊,即公共電阻,當(dāng)I11和I12同向取正號琼稻,反向取負(fù)號吮螺,等式右邊為沿回路電流方向的電源的電壓升。

電路有三種比較常用的定理——疊加定理帕翻、戴維南定理鸠补、替代定理。疊加定理適用于線性電路嘀掸,各獨(dú)立源共同作用時在任一支路的電流(或兩點(diǎn)間的電壓)等于各獨(dú)立源分別作用于該支路的電流(或兩點(diǎn)間的電壓)的代數(shù)和莫鸭,由疊加定理推導(dǎo)出的齊性定理,即對于線性電路横殴,電路中所有的獨(dú)立源變化K倍,各支路的電流(或兩點(diǎn)間的電壓)也變化K倍。戴維南定理對于任何線性電阻衫仑、線性受控源梨与、獨(dú)立電源組成的一端口網(wǎng)絡(luò)都可以等效為一個理想電壓源U0和電阻Req的串聯(lián)電路,其中U0為一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓文狱,電阻Req為獨(dú)立源置零(獨(dú)立電壓源開路粥鞋,獨(dú)立電流源短路)時的等效電阻。替代定理適用于線性電路和非線性電路瞄崇,即對于一個兩端電壓為U呻粹,電流為I的支路而言,可以用一個電壓為U的獨(dú)立電壓源替代苏研,也可以用一個電流為I的獨(dú)立電流源替代等浊。

對于非線性電阻電路而言,我們一般研究有唯一解的電路摹蘑,即電阻是單向遞增的筹燕。非線性電阻有兩部分組成,一部分為靜態(tài)電阻衅鹿,這一段Rs= U0/I0撒踪,(U0I0)即為工作點(diǎn),另一部分為動態(tài)電阻大渤,這一段Rd=△U/△I|(U0I0)制妄。對于非線性電路一般使用的方法有解析法(通過大量的數(shù)學(xué)計(jì)算)、圖解法(當(dāng)電路中只有一非線性電阻時泵三,將非線性電阻以外的電路進(jìn)行戴維南等效耕捞,畫出其UI曲線,再畫出非線性電阻的UI曲線切黔,兩線的交點(diǎn)即為工作點(diǎn))砸脊、分段線性解法(把非線性電阻的非線性UI曲線分成不同的線性階段,通過分階段假設(shè)和驗(yàn)證纬霞,求出工作點(diǎn))凌埂。對于非線性電路而言還有一種比較特殊的電路,即電路激勵中含有小信號诗芜,分析的方法是小信號分析法瞳抓,就是把激勵分為大信號(即直流穩(wěn)定信號)和小信號,分別求出大信號和小信號單獨(dú)作用下的電路響應(yīng)伏恐,然后得到響應(yīng)和孩哑。求解步驟如下:忽略小信號,用解析法翠桦、圖解法横蜒、分段線性法求解出工作點(diǎn)胳蛮,然后忽略大信號,求小信號激勵下的電路響應(yīng)丛晌,元件的小信號模型為:非線性電阻為工作點(diǎn)下的動態(tài)電阻仅炊,非線性受控源為原來的非線性控制函數(shù)在工作點(diǎn)處線性化的值。對MOSFET施加小信號激勵可以實(shí)現(xiàn)放大器的作用澎蛛。

無論是線性電阻電路或者是非線性電阻電路都是電阻電路抚垄,電路中還有一個重要的家族就是動態(tài)電路。動態(tài)電路即還有儲能元件的電路谋逻,主要指電容和電感呆馁。電路發(fā)生變化,即換路時毁兆,電阻的電壓和電流發(fā)生突變浙滤;電容具有儲能的作用,電壓不發(fā)生突變荧恍;電感具有儲能的作用瓷叫,電流不發(fā)生突變。根據(jù)電容和電感的這一特性送巡,總結(jié)出了換路定律摹菠,即Uc(0-)=Uc(0+), il(0-)=il(0+),這里有一個大前提即電容的電流和電感的電壓為有限值骗爆。同時次氨,電容的UI關(guān)系如下:I=Cdu/dt;電感的UI關(guān)系如下:U=LdI/dt摘投。對于動態(tài)電路而言煮寡,根據(jù)換路定律和電容電感的UI關(guān)系,我們就可以列寫出非齊次一階常系數(shù)常微分方程犀呼,方程的解為特解+通解幸撕。動態(tài)電路的響應(yīng)由兩部分組成——強(qiáng)制響應(yīng)和自由響應(yīng),強(qiáng)制響應(yīng)就是外加激勵在電路中產(chǎn)生的響應(yīng)外臂,對應(yīng)著一階常系數(shù)常微分方程中的特解坐儿,也是電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng);自由響應(yīng)對應(yīng)著一階常系數(shù)常微分方程中的通解宋光。對一階常系數(shù)常微分方程的分析發(fā)現(xiàn)貌矿,電容的形式為Uc=US+(U0-US)e-t/τ,ic=Cduc/dt罪佳,U0初始電壓逛漫,US穩(wěn)態(tài)電壓,τ為RC赘艳;電感的形式為iL=iS+(i0-iS)e-R/τ酌毡,UL=LdiL/dt克握,i0初始電壓,iS穩(wěn)態(tài)電壓阔馋,τ為L/R玛荞。以此可見,對于電容只需要知道初始電壓U0呕寝,穩(wěn)態(tài)電壓US,τ(RC)婴梧;對于電感只需要知道初始電壓i0下梢,穩(wěn)態(tài)電壓iS,τ(L/R)塞蹭;因此又叫三要素法孽江。電路的響應(yīng)又可以分為零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng),零輸入響應(yīng)即沒有外加激勵番电,僅由動態(tài)元件的初始儲能引起的響應(yīng)岗屏,零狀態(tài)響應(yīng)即動態(tài)元件的初始儲能為零,外加激勵下引起的響應(yīng)漱办。對于零狀態(tài)響應(yīng)有兩種比較特殊的外加激勵——單位階躍函數(shù)ε(t)和單位沖激函數(shù)δ(t)这刷,其對應(yīng)的零狀態(tài)響應(yīng)分別為s(t)、h(t)娩井,其中δ(t)=dε(t)/t暇屋,f(x)δ(t)=f(0)。因?yàn)橛袉挝粵_激函數(shù)的存在洞辣,電容的電流和電感的電壓不為有限值咐刨,換路定律的前提不存在,故電容的電壓和電感的電流在換路時發(fā)生了跳變扬霜。對于一個函數(shù)f(x)激勵的電路而言定鸟,其對應(yīng)的零狀態(tài)響應(yīng)為r(t)=∫f(τ)h(t-τ)dτ。利用一階電路(含有一種儲能元件的電路)的應(yīng)用有①傳輸延遲:利用兩個MOSFET構(gòu)成的邏輯門著瓶,因?yàn)橛屑纳娙莸拇嬖诹瑁纬傻木彌_器具有傳輸延遲效果。②在負(fù)反饋的運(yùn)放蟹但,在反相輸入端加入電容躯泰,形成積分器;在反饋線路上加入電容华糖,形成微分器麦向。此外還有滯回比較器、脈沖發(fā)生器客叉、整流器诵竭、降壓斬波器话告。

含有兩種儲能元件的電路,求解時就需要列寫出二階常系數(shù)常微分方程卵慰,其特解為強(qiáng)制分量沙郭,通解為自由分量,求通解時裳朋,若電路特征方程的特征根為兩個不等實(shí)根P1病线、P2,則電路處于過阻尼的狀態(tài)鲤嫡,電路為無震蕩衰減送挑,其通解為A1ep1t+A2ep2t;若電路特征方程的特征根為兩個相等的實(shí)根P暖眼,則電路為臨界阻尼惕耕,電路為無震蕩衰減,其通解為(A1+ A2t)ept诫肠;若電路特征方程的特征根為兩個共軛復(fù)根P1司澎、P2,則電路為欠阻尼栋豫,電路為震蕩衰減挤安,α=R/2L,ωd=√ ̄[1/(LR)-α2]笼才。其通解為ke-αtsin(ωdt+Ψ)漱受。利用二階電路的應(yīng)用有汽車點(diǎn)火器、脈沖電源骡送、升壓斬波器(利用占空比的不同)昂羡。

以上研究的電阻電路和動態(tài)電路都是基于外加激勵為直流的情況下,接下來我們看一下當(dāng)外加激勵為交流的情況下的電路分析摔踱。在交流電源中虐先,正弦交流電源是最為常見的一種,正弦函數(shù)Asin(ωt+Ψ)派敷,A為幅值蛹批;ω為角速度,表征頻率篮愉;Ψ為相位腐芍。正弦量相加減、積分和求導(dǎo)的過程中试躏,其始終都是一個頻率相等的正弦量猪勇,故引入相量來表示正弦量,對于正弦量Asin(ωt+Ψ)颠蕴,可以用相量B∠Ψ泣刹,其中B為正弦量的有效值助析,也就是模,Ψ代表初相位椅您。相量有兩種表示方法:①直角坐標(biāo)表示形式:a+jb外冀;②極坐標(biāo)表示形式:c∠Ψ,兩種形式的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為:a=CcosΨ掀泳,b=CsinΨ雪隧;c2=a2+b2,Ψ=arctan(b/a)开伏。一旦用相量表示正弦量后膀跌,就可以重新觀察元件特性的相量形式。對于電感而言固灵,相量U=jωL乘以相量I;對于電容而言劫流,相量I=1/(jωC)乘以相量U巫玻,j表示旋轉(zhuǎn)因子,一個j表示逆時針旋轉(zhuǎn)90度祠汇。把相量的邏輯代入到基爾霍夫定律中就可以得到阻礙電流的復(fù)阻抗(電阻+電抗仍秤,電抗包括容抗和感抗),導(dǎo)通電流的復(fù)導(dǎo)納(電導(dǎo)+電納可很,電納包括容納和感納)。電路的電壓為Usin(ωt),電流為Isin(ωt-Ψ)选泻,其中Ψ為電流落后電壓的相位决记,有功功率為P=UIcosΨ,cosΨ被稱為功率因數(shù)菜拓,有功功率其實(shí)也就是電路消耗在電阻上的功率瓣窄;無功功率為Q=UIsinΨ,無功功率是指電感或電容等儲能元件與外電路發(fā)生的功率交換纳鼎,電感是始終吸收功率的俺夕,而電容是始終發(fā)出功率的,故具有“互補(bǔ)”的作用贱鄙,這種性質(zhì)常被用來調(diào)整功率因數(shù)劝贸,被稱為無功補(bǔ)償。視在功率是S=√ ̄(P2+Q2)逗宁,與有功功率和無功功率始終守恒不同映九,視在功率一般是不守恒的。

動態(tài)電路的電壓和電流會隨著激勵的頻率改變而變化疙剑,這叫做動態(tài)電路的頻率特性氯迂,主要包括幅頻特性和相頻特性践叠。將正弦電壓源Us、電阻R嚼蚀、電容C串聯(lián)禁灼,以相量Us為輸入電壓,以電阻R上的電壓為輸出電壓轿曙,則Uo=jωCR/(1+ jωCR)Us弄捕,當(dāng)ω→∞時,輸出電壓等于輸入電壓导帝,當(dāng)ω→0時守谓,輸出電壓為零,這就是電容的隔直通交您单,這也就是高通濾波器斋荞,與微分器的原理一致;如果以電容C上的電壓為輸出電壓虐秦,則Uo=1/(1+ jωCR)Us平酿,當(dāng)ω→∞時,輸出電壓等于零悦陋,當(dāng)ω→0時蜈彼,輸出電壓等于輸入電壓,這就是低通濾波器俺驶,與積分器的原理一致幸逆。將正弦電壓源Us、電阻R暮现、電容C还绘、電感L串聯(lián),以相量Us為輸入電壓送矩,以電阻R上的電壓為輸出電壓蚕甥,可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波器,與高通栋荸、低通濾波器不同菇怀,帶通濾波器具有兩個截止頻率,兩個截止頻率的差值就是帶寬晌块。利用頻率特性制成的全通濾波器爱沟,則是相頻特性,只移動相位匆背。

電路中會出現(xiàn)諧振的情況呼伸,所謂諧振就是指端口的電壓和電流同相位,此時端口的入端電阻等效阻抗為純阻性。RLC串聯(lián)時括享,發(fā)生諧振搂根,電抗為零,即jωL+1/(jωC)=0铃辖,則ω0=√ ̄(1/LC)剩愧,此時電感上的電壓和電容上的電壓大小相等,相位差180度娇斩,方向相反仁卷,同時電感電壓和電容電壓發(fā)生放大,所以串聯(lián)諧振又被稱為電壓諧振犬第,其電抗頻率(Xω)曲線為過(ω00)的單向遞增曲線锦积;RLC并聯(lián)時,發(fā)生諧振歉嗓,電納為零丰介,即1/(jωL)+jωC=0,則ω0=√ ̄(1/LC)鉴分,此時電感上的電流和電容上的電流大小相等基矮,相位差180度,方向相反冠场,同時電感電流和電容電流發(fā)生放大,所以并聯(lián)諧振又被稱為電流諧振本砰,其電抗頻率(Xω)曲線是關(guān)于x=ω0的雙曲線碴裙,當(dāng)ω<ω0,X>0点额,電路呈感性舔株,當(dāng)ω>ω0,X<0还棱,電路呈容性载慈。RLC串聯(lián)時,電感或電容的電壓與電阻電壓的比值就是品質(zhì)因數(shù)珍手,品質(zhì)因數(shù)表征了信號放大的能力办铡,品質(zhì)因數(shù)越高,信號放大能量越強(qiáng)琳要;品質(zhì)因數(shù)還表征了能量效率寡具,因?yàn)槠焚|(zhì)因數(shù)也可以看作是諧振時電路儲存的總能量除以周期內(nèi)電路消耗的能量,品質(zhì)因數(shù)越高稚补,儲存能量越強(qiáng)童叠;品質(zhì)因數(shù)也表征了電路的選擇性,品質(zhì)因數(shù)越高课幕,幅頻特性越尖銳厦坛,選擇性越高五垮。當(dāng)電路呈感性時,需要加入電容來補(bǔ)償杜秸,當(dāng)電路呈容性時放仗,需要加入電感來補(bǔ)償。

兩個鄰近的電感線圈亩歹,通過其中一個線圈的電流所產(chǎn)生的磁鏈不僅與自身交鏈匙监,還和鄰近的線圈交鏈,這就是互感小作。相互之間有一個互感系數(shù)M亭姥,耦合系數(shù)K=M/√ ̄(L1L2)。為了更好地判斷線圈電壓顾稀,設(shè)置了同名端达罗,對于兩個線圈而言,有這樣的一對端鈕静秆,當(dāng)電流分別從這兩個端鈕中流入各自線圈時粮揉,它們產(chǎn)生的自感磁通、互感磁通都是相互加強(qiáng)的抚笔,則稱這一對端鈕為同名端扶认。我們可以通過串聯(lián)、并聯(lián)和具有一個公共端的兩線圈實(shí)現(xiàn)等效去耦殊橙。變壓器正是利用了互感的原理辐宾,有三種變壓器,分別是空心變壓器膨蛮、全耦合變壓器和理想變壓器叠纹,空心變壓器是指以不導(dǎo)磁的材料作為芯柱的變壓器,原邊和副邊具有繞線電阻R敞葛。全耦合變壓器是指在空心變壓器的基礎(chǔ)上誉察,忽略原邊和副邊的繞線電阻R,耦合系數(shù)K=1惹谐,也就是M=√ ̄(L1L2)持偏,可以得到U1/ U2=n,n=√ ̄(L1/L2)豺鼻,I1= U1/(jωL1)-1/n I2综液,n被稱為之全耦合變壓器的變比,等于原副線圈的匝數(shù)比儒飒。理想變壓器是在全耦合變壓器的基礎(chǔ)上谬莹,L1、L2、M均為無窮大附帽,則得到:U1/ U2=n埠戳,I1= -1/n I2。只需要知道n即可蕉扮。利用變壓器的應(yīng)用有中間抽頭變壓器構(gòu)成的全波整流器整胃,中間抽頭變壓器實(shí)現(xiàn)的電話線路的二-四線轉(zhuǎn)換。

同電阻的“Y-△”變換一樣喳钟,三相電源也有Y-△的區(qū)分屁使,Y三相電源為三相四線(中間為中性線),△三相電源為三相三線奔则,不過其中每個相電壓大小相等蛮寂,相位相互落后120度。Y電源連接易茬,線電壓=√ ̄3相電壓酬蹋,線電流=相電流;△電源連接抽莱,線電壓=相電壓范抓,線電流=√ ̄3相電流,分析三相電路時食铐,把電源轉(zhuǎn)換為Y三相電源匕垫,把負(fù)載轉(zhuǎn)化為Y三相負(fù)載,求解單一相等效電路虐呻,根據(jù)對稱性求出其他兩相年缎。

最后對于周期性的非正弦激勵下的電路,可以利用傅里葉級數(shù)進(jìn)行分析铃慷,但是使用的基本方法是與上面一致的。

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