簡介:航天航空儀器,三組吳犇寅,激光測距儀,激光測距儀,是利用激光對目標的距離進行準確測定的儀器。激光測距儀在工作時向目標射出一束很細的激光,由光電元件接收目標反射的激光束,計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間,計算出從觀測者到目標的距離。激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確,其誤差僅為其它光學測距儀的五分之一到數百分之一。,激光測距儀原理,利用紅外線測距或激光測距的原理測距原理基本可以歸結為測量光往返目標所需要時間,然后通過光速C299792458M/S和大氣折射系數N計算出距離D。由于直接測量時間比較困難,通常是測定連續(xù)波的相位,稱為測相式測距儀。當然,也有脈沖式測距儀,典型的是WILD的DI3000。需要注意,測相并不是測量紅外或者激光的相位,而是測量調制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀,用于房屋測量,其工作原理與此相同。2測物體平面必須與光線垂直通常精密測距需要全反射棱鏡配合,而房屋量測用的測距儀,直接以光滑的墻面反射測量,主要是因為距離比較近,光反射回來的信號強度夠大。與此可以知道,一定要垂直,否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離。3可以測物體平面為漫反射通常也是可以的,實際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴重的問題。4超聲波測距精度比較低,使用比較少。5激光測距儀精度可達到1毫米誤差,適合各種高精度測量用途。,激光陀螺儀,現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器,它是現(xiàn)代航空,航海,航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導航儀器,它的發(fā)展對一個國家的工業(yè),國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀,機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高,結構復雜,它的精度受到了很多方面的制約。我國成為繼美法俄后,世界上第四個具備獨立研制激光陀螺能力的國家,為我國打破國際壟斷,在精確打擊武器的導航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強國奠定了重要基礎。,激光陀螺及其軍事應用,近日,國內媒體報道了國防科技大學激光陀螺創(chuàng)新團隊的先進事跡。該團隊矢志不渝,三代人攻關43載,終于使我國成為繼美法俄后,世界上第四個具備獨立研制激光陀螺能力的國家,為我國打破國際壟斷,在精確打擊武器的導航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強國奠定了重要基礎。不過,小陀螺如何與國防科技聯(lián)系在了一起,激光陀螺是什么,許多人未必了解。,“陀螺原理”及傳統(tǒng)陀螺,先從陀螺說起。許多人小時候一定玩過一種玩具陀螺“冰猴”。腳尖身圓的“冰猴”放在地上,用一根繩子做的鞭子猛抽“冰猴”,“猴身”就能轉起來,用鞭子抽得越狠,它就轉得越飛快,不會倒下。在日常生活中,我們也發(fā)現(xiàn)如果一個物體旋轉時速度很快,它就會穩(wěn)定地立在一個地點不動,轉速足夠快的時候,即使平板傾斜一些,它仍然不會倒,并且轉軸始終指向一個固定方向。這就是物體的“定軸特性”??茖W家利用“定軸特性”制造出能定向和定位的陀螺儀,通過將陀螺定軸方向與運載體的軸心相比對,就能得出運載體的正確方向和瞬時位置。而以陀螺儀為核心部件,進而組裝出慣性導航系統(tǒng)或制導系統(tǒng)。因此,陀螺是航天、航空、航海裝備及很多武器裝備在作戰(zhàn)中不可缺少的定位和導航裝置。傳統(tǒng)的慣性陀螺主要是指機電陀螺,但其穩(wěn)定性以及定向與定位精度不夠,不能滿足現(xiàn)代武器精確打擊的要求??蒲腥藛T一直希望能找到更好的陀螺儀,幫助運載體精確定位與定向、穩(wěn)定運行,更好地發(fā)揮武器的效能,激光陀螺無疑是一種很好的替代品。,何為激光陀螺,科技名詞定義激光陀螺,學名“環(huán)形激光器”。實際上是一種無質量的光學陀螺儀,利用環(huán)形激光器在慣性空間轉動時正反兩束光隨轉動而產生頻率差的效應,測定敏感物體相對于慣性空間的角速度或轉角,進而測定物體方向等。原理一束光經分光器被分成完全相同的兩束光后,進入同一環(huán)形光回路,分別沿順時針方向和逆時針方向相向傳播。如果讓光回路繞垂直于自身的軸旋轉起來,這兩束光之間會產生相位差,利用光的干涉性能測出相位差,進而得出光回路旋轉的角速度。如果光回路被制成一個環(huán)形激光器,其中傳播的光就是方向性好、聚束性強、相干性優(yōu)的激光,因此就形成了一個能通過敏感角速度來測定方向與姿態(tài)并具有快速尋北與穩(wěn)定作用的激光陀螺。主要作用主要用于精確打擊武器的導航定位、姿態(tài)測量與控制、平臺穩(wěn)定,為它們有效完成作戰(zhàn)任務提供更好的保障。,在軍事上的主要應用,首先,激光陀螺用于為各類戰(zhàn)機和精確打擊武器提供導航和制導所需要的實時航向、速度、高度、姿態(tài)等空間位置信息。使戰(zhàn)機能可靠飛行和靈活進行高速戰(zhàn)術機動,并使精確打擊武器的射程和命中精度得到很大提升。同時,它還為機動發(fā)射的彈道導彈、巡航導彈尋北提供方位基準,使它們能實現(xiàn)快速定向定位,準確地命中目標。其次,為艦艇、潛艇和制導魚雷提供航向、航深、航速和位置等基準數據。使它們不依賴于任何外部信息,就能獨立地進行實時導航。第三,作為穩(wěn)定調節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分。使坦克、裝甲車等陸地戰(zhàn)車在行進中,實時感知車體上仰和下俯等動作,自動將火炮和機槍等武器穩(wěn)定在原定方向和位置,保證武器瞄準和射擊時不受車體行進過程的影響。第四,作為航天器姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)的重要組成部分,協(xié)助衛(wèi)星保持正確姿態(tài),使其天線波束始終能對準地球覆蓋區(qū),準確完成對地面轉發(fā)和傳播信號以及對地面目標的探測。第五,用于運載火箭的慣性制導系統(tǒng)中。簡化導引和控制系統(tǒng)結構,減小火箭的控制難度,增強火箭的飛行穩(wěn)定性,同時降低火箭的發(fā)射重量,增大火箭的運載能力,提高航天器的入軌精度以及機動性和變軌能力,激光陀螺儀工作原理,陀螺儀基本上就是運用物體在高速旋轉時,角動量會很大,旋轉軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質為依據,用它來保持一定的方向,制造出來的定向儀器。不過它必需轉得夠快,或者慣量夠大(也可以說是角動量要夠大)。不然,只要一個很小的力矩,就會嚴重影響到它的穩(wěn)定性,所以設置在飛機、飛彈中的陀螺儀是靠內部所提供的動力,使其保持高速轉動的。,1986年,挑戰(zhàn)者號航天飛機解體,所有的航天飛機停飛兩年。2003年,此前剛執(zhí)行過第4次維修哈勃空間望遠鏡任務的哥倫比亞號航天飛機在返回時失事,所有的航天飛機再次停飛兩年停飛兩年。,,哈勃空間望遠鏡,哈勃空間望遠鏡,(HUBBLESPACETELESCOPE,縮寫為HST)1,是以天文學家愛德溫哈勃為名,在軌道上環(huán)繞著地球的望遠鏡,它的位置在地球的大氣層之上,因此影像不會受到大氣湍流的擾動,視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光,還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。它于1990年成功發(fā)射,彌補了地面觀測的不足,幫助天文學家解決了許多天文學上的基本問題,使得人類對天文物理有更多的認識。是天文史上最重要的儀器之一。2011年11月,借助哈勃空間望遠鏡,天文學家們首次拍攝到圍繞遙遠黑洞存在的盤狀構造。2013年12月,天文學家利用哈勃太空望遠鏡在太陽系外發(fā)現(xiàn)5顆行星,它們的大氣層中都有水存在的跡象,是首次能確定性地測量多個系外行星的大氣光譜信號特征與強度,并進行比較。,原理,大氣層中的大氣湍流與散射,以及會吸收紫外線的臭氧層,這些因素都限定了地面上望遠鏡做進一步的觀測。太空望遠鏡的出現(xiàn)使天文學家成功地擺脫地面條件的限制,并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測圖像。一架蘇聯(lián)A60機載激光武器試驗機上的徽標,明確顯示出以激光武器攻擊哈勃空間望遠鏡的圖像。因而引發(fā)對哈勃空間望遠鏡是否單純用于和平用途的爭論,以及反對太空軍事化的抗議。更有陰謀論者進一步指出哈勃空間望遠鏡初期的“近視”缺陷乃有意為之,直至蘇聯(lián)解體后兩年才加以修正。,光學系統(tǒng),望遠鏡的光學部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng),由兩個雙曲面反射鏡組成,一個是口徑24米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約45米處的副鏡,口徑03米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上,然后再由副鏡射向主鏡的中心孔,穿過中心孔到達主鏡的焦面上形成高質量的圖像,供各種科學儀器進行精密處理,得出來的數據通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。,高速光度計,高速光度計是安裝在哈勃太空望遠鏡的科學儀器之一,他被設計得能夠快速的測量天體的光度變化和偏極性。它可以在紫外線、可見光和近紅外線的波段上,每10微秒測量一次光度。新穎的設計使它能透過各種濾鏡和孔徑去觀察,卻沒有任何運動的機件。高速光度計是隨著哈勃太空望遠鏡一起升空的儀器之一,但因為主鏡的光學問題而未能成功的使用。在1993年12月,第一次的哈勃維護任務中,就被為矯正其他儀器的光學問題的太空望遠鏡光軸補償校正光學(COSTAR)替換掉,廣域和行星照相機(WFPC),廣域和行星照相機(WFPC)(發(fā)音如同WIFFPICK)是安置在哈勃太空望遠鏡上的一架照相機。他是在哈勃發(fā)射時就安裝在上面的儀器之一,但是他的功能因為主鏡的光學瑕疵而被嚴重的削弱。而即使在哈勃太空望遠鏡有像差的情況下,仍然有一定數量的發(fā)現(xiàn)。他在明亮天體的觀測上產生可貴且有價值的高解析力圖像。廣域和行星照相機是由任教于加州理工學院的行星科學家詹姆斯A韋士伐提議的,并且在噴射推進實驗室的管理下完成設計和制造。在他提議的年代,1976,CCD(CCD是一種半導體器件,能夠把光學影像轉化為數字信號。CCD上植入的微小光敏物質稱作像素(PIXEL)。)幾乎未曾用在天文學的影像處理上,但是他的高解析力,讓天文學家強烈的建議應該考慮在哈勃太空望遠鏡的儀器上使用。廣域和行星照相機包含了兩架獨立的相機,每架都有四片德州儀器的800X800畫素CCD,構成了相鄰接的視野。廣域照相機的每個畫素視野為01弧秒,在犧牲角解析力的情況下可以對光度微弱的天體進行全景觀測。行星照相機每個畫素的解析力為0043弧秒,用于高分辨率的觀測。利用一個可以轉動45度的四面體的金字塔來選擇使用的相機。,WFPC2,3,在1993年12月STS61的維修任務中,廣域和行星照相機被新的第二代替換,為了避免混淆,通常WFPC就是第一代的廣域和行星照相機,新機稱為WFPC2。WFPC2是由原先的備用機改良的,主要是修正了主鏡的像差。WFPC3使用的是當年從哈勃上帶下來的WFPC的殼(真會廢物利用啊),使用兩個2048X4096PX的CCD在可見光/紫外線波段進行觀測,再加上另外的一個紅外線感光器,專司紅外線波段。紅外線感光器是JAMESWEBB太空望遠鏡(哈勃的「后繼者」)將使用的設備的開路先鋒。,黑匣子,什么是黑匣子黑匣子學名航空飛行記錄器,是飛機專用的電子記錄設備之一。它能把飛機停止工作或失事墜毀前半小時的語音對話和兩小時的飛行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間,還有飛機系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機工作參數等飛行參數都記錄下來,需要時把所記錄的內容解碼,供飛行實驗、事故分析之用。,黑匣子發(fā)展歷程,黑匣子伴隨著飛行安全的迫切需求以及飛機制造水平的不斷進步而快速發(fā)展,一般行業(yè)內比較認同將黑匣子從誕生到眼下發(fā)展分為四代,第一代(鉑帶記錄器),第一代黑匣子誕生于上世紀50年代初,是在飛機設計試飛記錄設備的基礎上改進而來的,其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數據變化曲線,僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數。已淘汰。,第二代(磁帶記錄器),第二代黑匣子出現(xiàn)于上世紀50年代末,其工作原理類似于普通磁帶機,但在磁帶機外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護外殼,按照美國聯(lián)邦航空局當時頒布的第一個黑匣子標準TSOC51,要求黑匣子能夠承受100G(重力加速度)、持續(xù)11MS的沖擊,以及1100℃、30分鐘的火燒。1966年標準更新為TSOC51A,將抗強沖擊指標提高到1000G,并增加了抗穿透、靜態(tài)擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數,并同時出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。已基本淘汰。,第三代(半導體固態(tài)記錄器),第三代黑匣子出現(xiàn)于上世紀90年代。隨著微電子技術的突飛猛進,黑匣子開始采用半導體存儲器記錄數據,隨著對飛機墜毀時黑匣子破壞情況的不斷深入認識,黑匣子的抗墜毀能力標準更新為TSOC124,抗強沖擊指標提高到3400G,1100℃高溫火燒時間提高到60分鐘,耐海水浸泡時間由36小時增加到30天,增加了耐6000米深海壓力要求。1996年,美國聯(lián)邦航空局發(fā)布了TSOC124A標準,增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數一般在幾百個,功能已從飛行事故調查,逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機故障診斷與維護。目前部分型號仍在使用。,第四代(增強型半導體固態(tài)記錄器),可以記錄視頻信息,記錄的參數數量也多達幾千個,并且能夠通過衛(wèi)星等數據鏈定期傳輸黑匣子的關鍵數據。但由于通訊帶寬和信號盲點以及氣象環(huán)境等影響,數據實時傳輸方式無法完全取代傳統(tǒng)黑匣子的作用。此外,新型拋放式黑匣子也已經出現(xiàn),它能夠在飛機墜毀時自動與機體分離,并具備水上漂浮和無線電、衛(wèi)星定位功能,,THANKS,,謝謝觀看,,
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簡介:電路理論基礎,經典電路理論形成于二十世紀初至60’S。經典的時域分析于30’S初已初步建立,并隨著電力、通訊、控制三大系統(tǒng)的要求發(fā)展到頻域分析與電路綜合。六、七十年代至今發(fā)展了現(xiàn)代電路理論。它隨著電子革命和計算機革命而飛躍發(fā)展,特點是頻域與時域相結合,并產生了拓撲、狀態(tài)、邏輯、開關電容、數字濾波器、有源網絡綜合、故障診斷等新的領域。作為首門電技術基礎課,為學習電專業(yè)的專業(yè)基礎課打下基礎;也是電氣電子工程師的必備知識;學習本課程還將有助于其他能力的培養(yǎng)(如嚴格的科學作風、抽象的思維能力、實驗研究能力、總結歸納能力等)。,第一章電路的基本概念和定律,第一節(jié)電路ELECTRICCIRCUIT和電路模型ELECTRICMODEL實際電路是由若干電氣器件ELECTRICDEVICES按照一定的方式相互聯(lián)系而成的整體。實際電路的功能實現(xiàn)電能(力)的傳輸與分配;實現(xiàn)電信號的傳輸和處理。電路模型是由理想電路元件ELECTRICELEMENT)相互連接而成,是對實際電路的抽象。電路元件是電路中某一物理現(xiàn)象集中在一個元件中發(fā)生的集總參數LUMPEDPARAMERTES元件。課程任務根據電路模型來探討電路的基本定律、定理及基本的分析方法,第二節(jié)電路中基本電氣量及特性,電流CURRENT單位時間內通過元件的電荷的多少。電流的實際方向正電荷定向移動的方向。電流的參考方向分析電路前人為指定的方向。設定了電流參考方向,借助于電流的代數表達式,才能說明電流的實際方向。電壓VOLTAGE電埸力移動單位正電荷所作的功電壓的實際方向高電位指向低電位的方向。電壓的參考方向分析電路前人為指定的方向。設定了電壓參考方向,借助于電壓的代數表達式,才能說明電壓的實際方向。關聯(lián)方向對某一段電路或某一個元件來說,若其電壓的參考方向與電流的參考方向一致,即電流從標以電壓“”極性的一端流入,從標以“-”極性的一端流出,則這種參考方向稱為關聯(lián)參考方向。,電功率ELECTRICPOWER電場力做功的速率,也稱瞬時功率。,電能量ELECTRICENERGE電功率的積分就是電能量。在關聯(lián)參考方向下,電路元件T0在到T的時間內吸收的能量為,,,若U,I為關聯(lián)參考方向,P﹥0表示元件吸收功率,P﹤0表示元件發(fā)出功率,,若U,I為非關聯(lián)參考方向,P﹥0表示元件發(fā)出功率,P﹤0表示元件吸收功率,,第三節(jié)電路中基本電氣元件,一、電阻元件RESISTOR,1、一般定義載流導體或半導體會因發(fā)熱而消耗電能,可將其抽象為電阻元件。,2、VAR其在任一時刻T的電壓UT和電流IT之間的關系稱為伏安關系,可以由UI平面上的一條曲線所確定,該曲線稱作它的伏安特性曲線。,,線性電阻VAR特性為UI平面上過原點的一條直線。,非線性電阻VAR特性為UI平面上的一條曲線。,時不變電阻電阻值與時間無關,不隨時間的變化而變化。,,,時變電阻電阻值與時間有關,隨時間的變化而變化。,線性時不變電阻是我們分析的重點,簡稱電阻,符號為R,其即表示電阻元件,又表示元件的參數。,3、線性電阻的性質,1)歐姆定律U、I為關聯(lián)參考方向時,URI,IGUVAR為過原點的一條直線。,R0有I無U→短路如開關閉合時。,,R→∞有U無I→開路如開關斷開時;,2)電功率在U、I為關聯(lián)參考方向下,電阻吸收的功率,因電阻始終吸收、發(fā)熱光散失,∴R為耗能元件,3)電能量在T0,T內R所消耗的電能區(qū)間變量為,例題11求圖示電路中的U、R、I,解根據各圖中所示電壓、電流的參考方向,由歐姆定律得,1,2,3,4,解1設電流的參考方向由A流向B,則I2A,對A中元件,電壓與電流為關聯(lián)參考方向,B中元件電壓與電流為非關聯(lián)參考方向,2設電流的參考方向由A流向B,對A中元件,電壓與電流為關聯(lián)參考方向,B中元件,電壓與電流為非關聯(lián)參考方向,例題12(1)在圖中的電流均為2A,且由A流向B,求兩元件吸收或產生的功率。(2)若元件產生的功率為4W,求電流,二、電容元件CAPACITOR,各種各樣的電容器本質上都是由兩塊金屬極板中間隔著某種介質空氣、云母、電介質)所組成?!俺潆姟睍r,兩極板上留下等量異性電荷,在介質中建立起電場,并儲存有電場能量;去掉電源后,±Q雖相互吸引,但仍然為介質所絕緣而不能中和,于是留下了電場及電場能量。故電容器是一種能夠儲存電場能量的實際器件。,1、一般定義一個二端元件,如果在任一時刻T,其電荷QT與其端電壓UCT之間的關系庫伏關系QVR可以用UCQ平面上的一條曲線(稱為庫伏特性曲線)來確定,則此二端元件稱為電容元件。,我們主要研究非時變線性電容元件。其QVR為通過原點的一條直線,簡稱“電容”,符號為“C”既表示一電容元件,也表示該元件的參數。,2、電容的特性,1)電容的伏安關系(VAR),,A微分形式在UC、I取關聯(lián)方向,,,∴UC變化才有I,UC不變時,I0(開路)C有隔直作用,B積分形式在UC、I取關聯(lián)方向,令初始時刻T0電容上電壓為,則,C為記憶元件記憶I的所有歷史,當|I|WCT1,C實際吸收電能,且全部轉變?yōu)殡妶瞿艹潆姠賃C0且DUC/DT0時,有|UC|↑,且I0、Q0、|Q|↑(正向充電)②UC0且DUC/DT0、|Q|↓(正向放電)②UC0時,有|UC|↓,且I0、Q0、|Q|↓(反向放電)亦即C為儲能元件,不耗能;又它釋放或吸收的能量都不是自己產生的,故屬于無源元件。,同理,T1,T2內電容吸收的電能為,,例13某電容的電壓、電流波形如圖,1求C值;2求它在0到1MS期間得到的電荷;3求電容吸收的功率的瞬時值及T2MS時的功率;4求WT與W2MS,2Q1MS,解1,三、電感元件INDUCTOR,1、一般定義一個二端元件,如果在任一時刻T,其電流IL同它磁鏈ΨL之間的關系(韋安關系WAR)可以用ILΨL平面上的一條曲線(韋安特性曲線)來確定,則此二端元件稱為電感元件。,線圈通電IL→磁通Φ→形成磁場及磁場能量→電感器通常規(guī)定ΦL?L與IL的參考方向之間滿足右手螺旋關系。,我們主要研究非時變線性電感元件。其WAR為通過原點的一條直線,簡稱“電感”,符號為“L”既表示一電感元件,也表示該元件的參數。,ΨLLIL,2、電感的特性,1)電感的伏安關系(VAR),A微分形式在UL、I取關聯(lián)方向,,根據法拉弟電磁感應定律與楞次定律,IL與ΨL成右螺旋關系且自感電動勢EL與IL取相同參考方向時,,自感電壓UL的參考方向與EL取得相同這里UL–EL,L為動態(tài)元件IL變化才有UL;IL不變DC時UL0對直流短路,B積分形式在UC、I取關聯(lián)方向,其中,是初始時刻T0電感上的電流,可見電感也為記憶元件記憶UL的所有歷史。同樣|UL|<∞時實際電路一般如此,ILT為連續(xù)變量,此時IL不能躍變;反之,若IL躍變,則會導致無窮大的電壓UL.,2)電感的功率與能量關系,在UL、I取關聯(lián)方向,電感在∞,T時間內所吸收的電能區(qū)間變量為,同理,T1,T2內電感吸收的電能為,可見①當|IL|增加時,WLT2>WLT1,L實際吸收電能,且全部轉變?yōu)榇艌瞿埽虎诋攟IL|減少時,WLT2<WLT1,L將磁場能量釋放出來并轉變?yōu)殡娔?。亦即L為儲能元件,不耗能;又它釋放或吸收的能量都不是自己產生的,故屬于無源元件。,,線性元件RLC的比較,消耗電能,儲存電場能,儲存磁場能,四、電壓源和電流源,電源,1、向電路提供電能,如DC電源、AC電源,2、向電路輸入電信號,亦稱為信號源。,,電源激勵電路工作─激勵源;產生的電壓、電流─響應。,電壓源電流源,,1、理想獨立電壓源,1)一般定義;電壓源是一種理想二端元件,在任一時刻T,其端電壓UT是與通過它的電流IT無關的給定函數UST。即它的VAR稱為電源的外特性為一系列與I軸平行的直線。,當USTUS≡常數時,為直流電壓源或恒壓源,方波信號源以及正弦電壓源為常用電壓源,,2)理想電壓源性質,①其端電壓UST與它所接外電路無關,②其電流IT則由US與外電路共同決定,③電壓源外電路不得短路R→0時,U→0≠US,與電壓單值性矛盾,這是理想化所致實際中RS及R均不可能為零;另一方面,R→0時,IUS/R→∞,實際電源若無保護措施就會燒壞。,④電壓源的US0時,其自身相當于短路,⑤實際電源如蓄電池、干電池、發(fā)電機等都有內電阻,可用US與RS的串聯(lián)組合作為其模型,2、理想獨立電流源,1)一般定義;電流源是一種理想二端元件,在任一時刻T,其電流IT是與其端電壓UT無關的給定函數IST。即它的VAR稱為電源的外特性為一系列與U軸平行的直線。,當ISTIS≡常數時,為直流電流源或恒流源,2)理想電流源性質,①其通過的電流IST與它所接外電路無關,②其電壓UT則由IS與外電路共同決定,③電流源外電路不得開路R→∞時,I→0≠IS,與電流連續(xù)性矛盾,這是理想化所致實際的IS含與之并聯(lián)的R;另一方面,R→∞時,URIS→∞,實際電流源若無保護措施就會損壞。,④電流源的IS0時,其自身相當于開路。,⑤實際電流源也要考慮內電阻,用IS與RS的并聯(lián)組合為其模型,電壓源的US、電流源的IS均不受其它U、I的影響,稱為獨立電源,在電路中起激勵的作用;為有源元件,五、受控源,受控源是非獨立電源,其電壓或電流的量值與方向受電路中其它電壓或電流的控制,電壓源、電流源的特性,電壓源,電流源,定義,理想二端元件,理想二端元件,特性,1、端電壓是特定的時間函數,與其中的電流無關。2、電壓源中電流取決于外電路。,1、其中的電流是特定的時間函數,與其端電壓無關。2、電流源的端電壓取決于外電路。,電路符號,特例,直流電壓源,直流電流源,受控電源的分類比較,代號,VCVS,VCCS,CCVS,CCCS,名稱,電壓控制電壓源,電壓控制電流源,電流控制電壓流,電流控制電流源,符號,控制量,U1,I1,I1,U1,被控量,I2,U2,I2,U2,被控支路關系,六、運算放大器,是一種電壓放大倍數即增益很高的放大器,這種器件系通過集成工藝制成的,實際運放的RI較大≥1MΩ,RO較小100Ω左右,A較高104~107,A─反相輸入端,B─同相輸入端,O─輸出端,┷─公共接地端,A─運放的開環(huán)增益,UOAUBAAUBUA,若計及運放的輸入電阻RI和輸出電阻RO,則可得其電路模型為,理想運算放大器即RI→∞,RO→0,A→∞的電壓放大器,①“虛斷路”性質因RI→∞,故輸入端A、B均無電流,相當于斷路,但內部電路卻是接通的。,②“虛短路”性質因A→∞,而UO為有限值,∴UBAUB–UAUO/A→0好比短路即強制A、B兩點等電位,但無電流→虛短路,RO→0,使UO不受所接負載的影響。,電路圖(CIRCUITDIAGRAM)理想電路元件依照一定方式聯(lián)接成一通路,其圖形表示為電路圖,支路BRANCH電路中通過同一電流的分支,可以為一個二端元件或多個元件的組合。節(jié)點NOTE支路與支路的匯合點,用加重的黑點表示,標以字母或數字。回路LOOP由支路構成的閉和路徑,回路中的節(jié)點只經過一次。平面電路PLANARCIRCUIT可畫在一個平面上而沒有任何支路的交疊現(xiàn)象。網孔MESH平面電路中回路內部不含支路的回路,第四節(jié)電路的基本定律基爾霍夫定律KIRCHHOFF’SLAW,基爾霍夫定律KIRCHHOFF’SLAW,一、基爾霍夫電流定律(KCL)對集總參數電路中的任意節(jié)點,在任意時刻聯(lián)接于該節(jié)點所有支路電流的代數和為零。,,①代數和是對電流的參考方向而言,若取流入節(jié)點電流為正,則流出節(jié)點為負。電流本身的符號取決于電流的實際方向與參考方向是否一致。即KCL涉及雙重符號。,②集總電路中的任一節(jié)點,在任一時刻按參考方向“流出”該節(jié)點的所有支路電流之和恒等于“流入”該節(jié)點的各支路電流之和。只涉及電流本身符號。,③KCL的物理意義體現(xiàn)了電荷守恒或電流的連續(xù)性,④KCL的推廣應用由電流的連續(xù)性可知,KCL可應用于包圍幾個節(jié)點的閉合面稱為廣義節(jié)點,即閉合面所“切割”支路稱為割集的電流代數和不妨“流出”為正恒為零。,二、基爾霍夫電壓定律(KVL)在集總參數電路中,任意時刻,沿著任一回路繞行一周,該回路所有支路電壓代數和為零。,①代數和是對電壓的參考方向而言,若電壓參考方向與繞行方向一致取正,反之為負。電壓本身的符號取決于電壓的實際方向與參考方向是否一致。即KVL涉及雙重符號。,②當電路的回路中僅含R和US時,列寫KVL方程,其中方程左邊列出回路中沿繞行方向上電阻電壓降的代數和,方程右邊則列出回路中沿繞行方向上電壓源電位升的代數和。,,③KVL的物理意義體現(xiàn)了電壓與路徑無關或電壓的單值性。,④KVL應用于“開口回路”即某兩點A、B間的電壓,等于由A點沿電路中的某個路徑走到B點的各段電壓降的代數和。,元件約束即元件VAR,拓撲約束即KL,,它們是整個集總電路分析的基礎,基爾霍夫定律,名稱,基爾霍夫電流定律,基爾霍夫電壓定律,簡稱,KCL,KVL,定律內容,在集總電路中,對于任何節(jié)點,在任意時刻流出(或流入)該節(jié)點的電流代數和恒等于零。,在集總電路中,對于任何回路,在任意時刻回路中各支路電壓降(或升)的代數和恒等于零。,公式表述,定律說明,可用于一個節(jié)點,也可用于一個閉合面。,UK可以認為是元件的電壓也可以是支路電壓。,物理實質,是電流連續(xù)性和電荷守恒的體現(xiàn),是電壓單值性的體現(xiàn),
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