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电路元件

电源

电池概述

美国型号 中国大陆型号 尺寸(\(\pu{mm}\)
D 1 号电池 59.0*32.3
C 2 号电池 49.5*25.3
AA 5 号电池 49.0*14.0
AAA 7 号电池 44.0*10.0
AAAA 9 号电池 41.5*8.1
A 4 号电池 49.0*16.8
SC 3 号电池 42.0*22.1
N 8 号电池 28.5*11.7
F 89.0*32.3
符号 符号
理想电压源 image 理想电流源 image
受控电压源 image 受控电流源 image
单电池 image 电池组 image

电动势

电动势表征一些电路元件供应电能的特性(非静电力做功的本质),这些电路元件称为电动势源,而电动势源所供应的能量每单位电荷是其电动势,有公式表达:

\[ \mathcal{E}=\dfrac{W}{Q} \]

即把 \(\pu{1C}\) 正电荷从负极运回正极所做的功。通常,这能量是分离正负电荷所做的功,由于这正负电荷被分离至元件的两端,会出现对应电场与电势差。

电池内阻相当于一个电池串联一个电阻,如果没有特殊说明,电池的内阻不可忽略

拓展:电流源

电流源(理想电流源)具有两个基本的性质:

  1. 它提供的电流是定值 \(I\),或是一定的时间函数 \(I(t)\) 与两端的电压无关。

  2. 电流源自身电流是确定的,而它两端的电压是任意的。

电流源具有很大的内阻(理想状态是内阻无限大)并且作为恒流电路工作。由于负载波动,电压波动较大。实际上,如果一个电流源在电压变化时,电流的波动不明显,我们通常就假定它是一个理想电流源。

像光电池一类的器件,工作时的特性比较接近电流源。

电流源的工作原理如图:

image

\(I_S\) 为电源电流,\(G_S\) 为内部电导,\(G\) 为负载电导,\(V_0\) 为施加电压,\(I\) 为电流:

\[ I_S=V_0(G_S+G)=V_0G_S+I \]

因此:

\[ V_0=\dfrac{I_S}{G_S+G} \]

如果 \(G\ll G_S\),则 \(I_S\doteq I\)。因此,输出电压会因负载波动而发生较大变化。

拓展:电压源

电压源(理想电压源)具有两个基本的性质:

  1. 它的端电压为定值 \(U\),或为一时间函数 \(U(t)\),与流过的电流无关。

  2. 电压源自身电压是确定的,而流过它的电流是任意的。

常见实际电源的工作机理比较接近电压源,例如发电机以及蓄电池。电压源具有低内阻并且作为恒压电路工作。由于短路时会流过大电流,因此需要安全装置。

实际上,如果一个电压源在电流变化时,电压的波动不明显,我们通常就假定它是一个理想电压源。

电压源的工作原理如图:

image

\(E_S\) 为电源电动势,\(R_S\) 为内阻,\(R\) 为负载,\(V_0\) 为施加电压,\(I\) 为电流:

\[ I=\dfrac{E_S}{R_S+R} \]

因此:

\[ V_0=IR=\dfrac{R}{R_S+R}E_S \]

如果 \(R\ll R_S\),则 \(V_0\doteq E_S\)。因此,输出电压的波动不明显。

电路元件总结

符号表示参考 [IEEE/ANSI 315-1975 IEEE] Standard for Graphic Symbols for Electrical and Electronics Diagrams (Including Reference Designation Letters)

复杂电路分析

电流走向法

也是初中最常用的方法之一。

变形法

具体而言,将电路翻转、伸缩、变形,到达容易分辨的效果。

等电势法

原理:

  1. 一根导线上,电势处处相等(等势体)。

  2. 经过用电器后,电势降低,数值上等于用电器两端电压。

将不同电势分别描出来,确定用电器两端电势。

设物理量

设出每一条导线上的电流和每一个用电器两端的电压。

然后根据基尔霍夫电路定律,解出来,符号表示与假设方向相反。


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