簡(jiǎn)介:航天航空儀器,三組吳犇寅,激光測(cè)距儀,激光測(cè)距儀,是利用激光對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定的儀器。激光測(cè)距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光,由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束,計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間,計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離。激光測(cè)距儀重量輕、體積小、操作簡(jiǎn)單速度快而準(zhǔn)確,其誤差僅為其它光學(xué)測(cè)距儀的五分之一到數(shù)百分之一。,激光測(cè)距儀原理,利用紅外線測(cè)距或激光測(cè)距的原理測(cè)距原理基本可以歸結(jié)為測(cè)量光往返目標(biāo)所需要時(shí)間,然后通過(guò)光速C299792458M/S和大氣折射系數(shù)N計(jì)算出距離D。由于直接測(cè)量時(shí)間比較困難,通常是測(cè)定連續(xù)波的相位,稱為測(cè)相式測(cè)距儀。當(dāng)然,也有脈沖式測(cè)距儀,典型的是WILD的DI3000。需要注意,測(cè)相并不是測(cè)量紅外或者激光的相位,而是測(cè)量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號(hào)相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測(cè)距儀,用于房屋測(cè)量,其工作原理與此相同。2測(cè)物體平面必須與光線垂直通常精密測(cè)距需要全反射棱鏡配合,而房屋量測(cè)用的測(cè)距儀,直接以光滑的墻面反射測(cè)量,主要是因?yàn)榫嚯x比較近,光反射回來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度夠大。與此可以知道,一定要垂直,否則返回信號(hào)過(guò)于微弱將無(wú)法得到精確距離。3可以測(cè)物體平面為漫反射通常也是可以的,實(shí)際工程中會(huì)采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴(yán)重的問(wèn)題。4超聲波測(cè)距精度比較低,使用比較少。5激光測(cè)距儀精度可達(dá)到1毫米誤差,適合各種高精度測(cè)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(yùn)動(dòng)物體的方位的儀器,它是現(xiàn)代航空,航海,航天和國(guó)防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器,它的發(fā)展對(duì)一個(gè)國(guó)家的工業(yè),國(guó)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(jī)械式的陀螺儀,機(jī)械式的陀螺儀對(duì)工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的精度受到了很多方面的制約。我國(guó)成為繼美法俄后,世界上第四個(gè)具備獨(dú)立研制激光陀螺能力的國(guó)家,為我國(guó)打破國(guó)際壟斷,在精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測(cè)量與控制、精確制導(dǎo)、平臺(tái)穩(wěn)定等方面全面趕超世界強(qiáng)國(guó)奠定了重要基礎(chǔ)。,激光陀螺及其軍事應(yīng)用,近日,國(guó)內(nèi)媒體報(bào)道了國(guó)防科技大學(xué)激光陀螺創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)事跡。該團(tuán)隊(duì)矢志不渝,三代人攻關(guān)43載,終于使我國(guó)成為繼美法俄后,世界上第四個(gè)具備獨(dú)立研制激光陀螺能力的國(guó)家,為我國(guó)打破國(guó)際壟斷,在精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測(cè)量與控制、精確制導(dǎo)、平臺(tái)穩(wěn)定等方面全面趕超世界強(qiáng)國(guó)奠定了重要基礎(chǔ)。不過(guò),小陀螺如何與國(guó)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(shuō)起。許多人小時(shí)候一定玩過(guò)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(zhuǎn)起來(lái),用鞭子抽得越狠,它就轉(zhuǎn)得越飛快,不會(huì)倒下。在日常生活中,我們也發(fā)現(xiàn)如果一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)速度很快,它就會(huì)穩(wěn)定地立在一個(gè)地點(diǎn)不動(dòng),轉(zhuǎn)速足夠快的時(shí)候,即使平板傾斜一些,它仍然不會(huì)倒,并且轉(zhuǎn)軸始終指向一個(gè)固定方向。這就是物體的“定軸特性”??茖W(xué)家利用“定軸特性”制造出能定向和定位的陀螺儀,通過(guò)將陀螺定軸方向與運(yùn)載體的軸心相比對(duì),就能得出運(yùn)載體的正確方向和瞬時(shí)位置。而以陀螺儀為核心部件,進(jìn)而組裝出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或制導(dǎo)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(dǎo)航裝置。傳統(tǒng)的慣性陀螺主要是指機(jī)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。科研人員一直希望能找到更好的陀螺儀,幫助運(yùn)載體精確定位與定向、穩(wěn)定運(yùn)行,更好地發(fā)揮武器的效能,激光陀螺無(wú)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(xué)名“環(huán)形激光器”。實(shí)際上是一種無(wú)質(zhì)量的光學(xué)陀螺儀,利用環(huán)形激光器在慣性空間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)正反兩束光隨轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生頻率差的效應(yīng),測(cè)定敏感物體相對(duì)于慣性空間的角速度或轉(zhuǎn)角,進(jìn)而測(cè)定物體方向等。原理一束光經(jīng)分光器被分成完全相同的兩束光后,進(jìn)入同一環(huán)形光回路,分別沿順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较蛳嘞騻鞑ァH绻尮饣芈防@垂直于自身的軸旋轉(zhuǎn)起來(lái),這兩束光之間會(huì)產(chǎn)生相位差,利用光的干涉性能測(cè)出相位差,進(jìn)而得出光回路旋轉(zhuǎn)的角速度。如果光回路被制成一個(gè)環(huán)形激光器,其中傳播的光就是方向性好、聚束性強(qiáng)、相干性優(yōu)的激光,因此就形成了一個(gè)能通過(guò)敏感角速度來(lái)測(cè)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(dǎo)航定位、姿態(tài)測(cè)量與控制、平臺(tái)穩(wěn)定,為它們有效完成作戰(zhàn)任務(wù)提供更好的保障。,在軍事上的主要應(yīng)用,首先,激光陀螺用于為各類戰(zhàn)機(jī)和精確打擊武器提供導(dǎo)航和制導(dǎo)所需要的實(shí)時(shí)航向、速度、高度、姿態(tài)等空間位置信息。使戰(zhàn)機(jī)能可靠飛行和靈活進(jìn)行高速戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng),并使精確打擊武器的射程和命中精度得到很大提升。同時(shí),它還為機(jī)動(dòng)發(fā)射的彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈尋北提供方位基準(zhǔn),使它們能實(shí)現(xiàn)快速定向定位,準(zhǔn)確地命中目標(biāo)。其次,為艦艇、潛艇和制導(dǎo)魚雷提供航向、航深、航速和位置等基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。使它們不依賴于任何外部信息,就能獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航。第三,作為穩(wěn)定調(diào)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(jìn)中,實(shí)時(shí)感知車體上仰和下俯等動(dòng)作,自動(dòng)將火炮和機(jī)槍等武器穩(wěn)定在原定方向和位置,保證武器瞄準(zhǔn)和射擊時(shí)不受車體行進(jìn)過(guò)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(duì)準(zhǔn)地球覆蓋區(qū),準(zhǔn)確完成對(duì)地面轉(zhuǎn)發(fā)和傳播信號(hào)以及對(duì)地面目標(biāo)的探測(cè)。第五,用于運(yùn)載火箭的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中。簡(jiǎn)化導(dǎo)引和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),減小火箭的控制難度,增強(qiáng)火箭的飛行穩(wěn)定性,同時(shí)降低火箭的發(fā)射重量,增大火箭的運(yùn)載能力,提高航天器的入軌精度以及機(jī)動(dòng)性和變軌能力,激光陀螺儀工作原理,陀螺儀基本上就是運(yùn)用物體在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),角動(dòng)量會(huì)很大,旋轉(zhuǎn)軸會(huì)一直穩(wěn)定指向一個(gè)方向的性質(zhì)為依據(jù),用它來(lái)保持一定的方向,制造出來(lái)的定向儀器。不過(guò)它必需轉(zhuǎn)得夠快,或者慣量夠大(也可以說(shuō)是角動(dòng)量要夠大)。不然,只要一個(gè)很小的力矩,就會(huì)嚴(yán)重影響到它的穩(wěn)定性,所以設(shè)置在飛機(jī)、飛彈中的陀螺儀是靠?jī)?nèi)部所提供的動(dòng)力,使其保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)的。,1986年,挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)解體,所有的航天飛機(jī)停飛兩年。2003年,此前剛執(zhí)行過(guò)第4次維修哈勃空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在返回時(shí)失事,所有的航天飛機(jī)再次停飛兩年停飛兩年。,,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,(HUBBLESPACETELESCOPE,縮寫為HST)1,是以天文學(xué)家愛(ài)德溫哈勃為名,在軌道上環(huán)繞著地球的望遠(yuǎn)鏡,它的位置在地球的大氣層之上,因此影像不會(huì)受到大氣湍流的擾動(dòng),視相度絕佳又沒(méi)有大氣散射造成的背景光,還能觀測(cè)會(huì)被臭氧層吸收的紫外線。它于1990年成功發(fā)射,彌補(bǔ)了地面觀測(cè)的不足,幫助天文學(xué)家解決了許多天文學(xué)上的基本問(wèn)題,使得人類對(duì)天文物理有更多的認(rèn)識(shí)。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(yuǎn)鏡,天文學(xué)家們首次拍攝到圍繞遙遠(yuǎn)黑洞存在的盤狀構(gòu)造。2013年12月,天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在太陽(yáng)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(cè)量多個(gè)系外行星的大氣光譜信號(hào)特征與強(qiáng)度,并進(jìn)行比較。,原理,大氣層中的大氣湍流與散射,以及會(huì)吸收紫外線的臭氧層,這些因素都限定了地面上望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步的觀測(cè)。太空望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)使天文學(xué)家成功地?cái)[脫地面條件的限制,并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測(cè)圖像。一架蘇聯(lián)A60機(jī)載激光武器試驗(yàn)機(jī)上的徽標(biāo),明確顯示出以激光武器攻擊哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的圖像。因而引發(fā)對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是否單純用于和平用途的爭(zhēng)論,以及反對(duì)太空軍事化的抗議。更有陰謀論者進(jìn)一步指出哈勃空間望遠(yuǎn)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(xué)系統(tǒng),望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個(gè)儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng),由兩個(gè)雙曲面反射鏡組成,一個(gè)是口徑24米的主鏡、另一個(gè)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(guò)中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像,供各種科學(xué)儀器進(jìn)行精密處理,得出來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。,高速光度計(jì),高速光度計(jì)是安裝在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)儀器之一,他被設(shè)計(jì)得能夠快速的測(cè)量天體的光度變化和偏極性。它可以在紫外線、可見(jiàn)光和近紅外線的波段上,每10微秒測(cè)量一次光度。新穎的設(shè)計(jì)使它能透過(guò)各種濾鏡和孔徑去觀察,卻沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。高速光度計(jì)是隨著哈勃太空望遠(yuǎn)鏡一起升空的儀器之一,但因?yàn)橹麋R的光學(xué)問(wèn)題而未能成功的使用。在1993年12月,第一次的哈勃維護(hù)任務(wù)中,就被為矯正其他儀器的光學(xué)問(wèn)題的太空望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)(COSTAR)替換掉,廣域和行星照相機(jī)(WFPC),廣域和行星照相機(jī)(WFPC)(發(fā)音如同WIFFPICK)是安置在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的一架照相機(jī)。他是在哈勃發(fā)射時(shí)就安裝在上面的儀器之一,但是他的功能因?yàn)橹麋R的光學(xué)瑕疵而被嚴(yán)重的削弱。而即使在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有像差的情況下,仍然有一定數(shù)量的發(fā)現(xiàn)。他在明亮天體的觀測(cè)上產(chǎn)生可貴且有價(jià)值的高解析力圖像。廣域和行星照相機(jī)是由任教于加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家詹姆斯A韋士伐提議的,并且在噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的管理下完成設(shè)計(jì)和制造。在他提議的年代,1976,CCD(CCD是一種半導(dǎo)體器件,能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(PIXEL)。)幾乎未曾用在天文學(xué)的影像處理上,但是他的高解析力,讓天文學(xué)家強(qiáng)烈的建議應(yīng)該考慮在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的儀器上使用。廣域和行星照相機(jī)包含了兩架獨(dú)立的相機(jī),每架都有四片德州儀器的800X800畫素CCD,構(gòu)成了相鄰接的視野。廣域照相機(jī)的每個(gè)畫素視野為01弧秒,在犧牲角解析力的情況下可以對(duì)光度微弱的天體進(jìn)行全景觀測(cè)。行星照相機(jī)每個(gè)畫素的解析力為0043弧秒,用于高分辨率的觀測(cè)。利用一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)45度的四面體的金字塔來(lái)選擇使用的相機(jī)。,WFPC2,3,在1993年12月STS61的維修任務(wù)中,廣域和行星照相機(jī)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(jī),新機(jī)稱為WFPC2。WFPC2是由原先的備用機(jī)改良的,主要是修正了主鏡的像差。WFPC3使用的是當(dāng)年從哈勃上帶下來(lái)的WFPC的殼(真會(huì)廢物利用?。?,使用兩個(gè)2048X4096PX的CCD在可見(jiàn)光/紫外線波段進(jìn)行觀測(cè),再加上另外的一個(gè)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(yuǎn)鏡(哈勃的「后繼者」)將使用的設(shè)備的開路先鋒。,黑匣子,什么是黑匣子黑匣子學(xué)名航空飛行記錄器,是飛機(jī)專用的電子記錄設(shè)備之一。它能把飛機(jī)停止工作或失事墜毀前半小時(shí)的語(yǔ)音對(duì)話和兩小時(shí)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(shí)間,還有飛機(jī)系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來(lái),需要時(shí)把所記錄的內(nèi)容解碼,供飛行實(shí)驗(yàn)、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(jī)制造水平的不斷進(jìn)步而快速發(fā)展,一般行業(yè)內(nèi)比較認(rèn)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(jì)50年代初,是在飛機(jī)設(shè)計(jì)試飛記錄設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的,其工作原理為通過(guò)在金屬箔帶上用針留下劃痕來(lái)反映數(shù)據(jù)變化曲線,僅能記錄航向、高度、空速、垂直過(guò)載和時(shí)間等5個(gè)飛行參數(shù)。已淘汰。,第二代(磁帶記錄器),第二代黑匣子出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代末,其工作原理類似于普通磁帶機(jī),但在磁帶機(jī)外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護(hù)外殼,按照美國(guó)聯(lián)邦航空局當(dāng)時(shí)頒布的第一個(gè)黑匣子標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)更新為TSOC51A,將抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)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(gè)參數(shù),并同時(shí)出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。已基本淘汰。,第三代(半導(dǎo)體固態(tài)記錄器),第三代黑匣子出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代。隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn),黑匣子開始采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù),隨著對(duì)飛機(jī)墜毀時(shí)黑匣子破壞情況的不斷深入認(rèn)識(shí),黑匣子的抗墜毀能力標(biāo)準(zhǔn)更新為TSOC124,抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)提高到3400G,1100℃高溫火燒時(shí)間提高到60分鐘,耐海水浸泡時(shí)間由36小時(shí)增加到30天,增加了耐6000米深海壓力要求。1996年,美國(guó)聯(lián)邦航空局發(fā)布了TSOC124A標(biāo)準(zhǔn),增加了抗260℃、10小時(shí)的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數(shù)一般在幾百個(gè),功能已從飛行事故調(diào)查,逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機(jī)故障診斷與維護(hù)。目前部分型號(hào)仍在使用。,第四代(增強(qiáng)型半導(dǎo)體固態(tài)記錄器),可以記錄視頻信息,記錄的參數(shù)數(shù)量也多達(dá)幾千個(gè),并且能夠通過(guò)衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸黑匣子的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。但由于通訊帶寬和信號(hào)盲點(diǎn)以及氣象環(huán)境等影響,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方式無(wú)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(jīng)出現(xiàn),它能夠在飛機(jī)墜毀時(shí)自動(dòng)與機(jī)體分離,并具備水上漂浮和無(wú)線電、衛(wèi)星定位功能,,THANKS,,謝謝觀看,,
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簡(jiǎn)介:電路理論基礎(chǔ),經(jīng)典電路理論形成于二十世紀(jì)初至60’S。經(jīng)典的時(shí)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(jì)算機(jī)革命而飛躍發(fā)展,特點(diǎn)是頻域與時(shí)域相結(jié)合,并產(chǎn)生了拓?fù)洹顟B(tài)、邏輯、開關(guān)電容、數(shù)字濾波器、有源網(wǎng)絡(luò)綜合、故障診斷等新的領(lǐng)域。作為首門電技術(shù)基礎(chǔ)課,為學(xué)習(xí)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課打下基礎(chǔ);也是電氣電子工程師的必備知識(shí);學(xué)習(xí)本課程還將有助于其他能力的培養(yǎng)(如嚴(yán)格的科學(xué)作風(fēng)、抽象的思維能力、實(shí)驗(yàn)研究能力、總結(jié)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(shí)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(shí)際電路的功能實(shí)現(xiàn)電能(力)的傳輸與分配;實(shí)現(xiàn)電信號(hào)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(duì)實(shí)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(gè)元件中發(fā)生的集總參數(shù)LUMPEDPARAMERTES元件。課程任務(wù)根據(jù)電路模型來(lái)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(shí)間內(nèi)通過(guò)元件的電荷的多少。電流的實(shí)際方向正電荷定向移動(dòng)的方向。電流的參考方向分析電路前人為指定的方向。設(shè)定了電流參考方向,借助于電流的代數(shù)表達(dá)式,才能說(shuō)明電流的實(shí)際方向。電壓VOLTAGE電埸力移動(dòng)單位正電荷所作的功電壓的實(shí)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(shè)定了電壓參考方向,借助于電壓的代數(shù)表達(dá)式,才能說(shuō)明電壓的實(shí)際方向。關(guān)聯(lián)方向?qū)δ骋欢坞娐坊蚰骋粋€(gè)元件來(lái)說(shuō),若其電壓的參考方向與電流的參考方向一致,即電流從標(biāo)以電壓“”極性的一端流入,從標(biāo)以“-”極性的一端流出,則這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向。,電功率ELECTRICPOWER電場(chǎng)力做功的速率,也稱瞬時(shí)功率。,電能量ELECTRICENERGE電功率的積分就是電能量。在關(guān)聯(lián)參考方向下,電路元件T0在到T的時(shí)間內(nèi)吸收的能量為,,,若U,I為關(guān)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(guān)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(dǎo)體或半導(dǎo)體會(huì)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(shí)刻T的電壓UT和電流IT之間的關(guān)系稱為伏安關(guān)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(guò)原點(diǎn)的一條直線。,非線性電阻VAR特性為UI平面上的一條曲線。,時(shí)不變電阻電阻值與時(shí)間無(wú)關(guān),不隨時(shí)間的變化而變化。,,,時(shí)變電阻電阻值與時(shí)間有關(guān),隨時(shí)間的變化而變化。,線性時(shí)不變電阻是我們分析的重點(diǎn),簡(jiǎn)稱電阻,符號(hào)為R,其即表示電阻元件,又表示元件的參數(shù)。,3、線性電阻的性質(zhì),1)歐姆定律U、I為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),URI,IGUVAR為過(guò)原點(diǎn)的一條直線。,R0有I無(wú)U→短路如開關(guān)閉合時(shí)。,,R→∞有U無(wú)I→開路如開關(guān)斷開時(shí);,2)電功率在U、I為關(guān)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(nèi)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(jù)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(shè)電流的參考方向由A流向B,則I2A,對(duì)A中元件,電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向,B中元件電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向,2設(shè)電流的參考方向由A流向B,對(duì)A中元件,電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向,B中元件,電壓與電流為非關(guān)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(chǎn)生的功率。(2)若元件產(chǎn)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(zhì)上都是由兩塊金屬極板中間隔著某種介質(zhì)空氣、云母、電介質(zhì))所組成?!俺潆姟睍r(shí),兩極板上留下等量異性電荷,在介質(zhì)中建立起電場(chǎng),并儲(chǔ)存有電場(chǎng)能量;去掉電源后,±Q雖相互吸引,但仍然為介質(zhì)所絕緣而不能中和,于是留下了電場(chǎng)及電場(chǎng)能量。故電容器是一種能夠儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的實(shí)際器件。,1、一般定義一個(gè)二端元件,如果在任一時(shí)刻T,其電荷QT與其端電壓UCT之間的關(guān)系庫(kù)伏關(guān)系QVR可以用UCQ平面上的一條曲線(稱為庫(kù)伏特性曲線)來(lái)確定,則此二端元件稱為電容元件。,我們主要研究非時(shí)變線性電容元件。其QVR為通過(guò)原點(diǎn)的一條直線,簡(jiǎn)稱“電容”,符號(hào)為“C”既表示一電容元件,也表示該元件的參數(shù)。,2、電容的特性,1)電容的伏安關(guān)系(VAR),,A微分形式在UC、I取關(guān)聯(lián)方向,,,∴UC變化才有I,UC不變時(shí),I0(開路)C有隔直作用,B積分形式在UC、I取關(guān)聯(lián)方向,令初始時(shí)刻T0電容上電壓為,則,C為記憶元件記憶I的所有歷史,當(dāng)|I|WCT1,C實(shí)際吸收電能,且全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶?chǎng)能充電①UC0且DUC/DT0時(shí),有|UC|↑,且I0、Q0、|Q|↑(正向充電)②UC0且DUC/DT0、|Q|↓(正向放電)②UC0時(shí),有|UC|↓,且I0、Q0、|Q|↓(反向放電)亦即C為儲(chǔ)能元件,不耗能;又它釋放或吸收的能量都不是自己產(chǎn)生的,故屬于無(wú)源元件。,同理,T1,T2內(nèi)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(shí)值及T2MS時(shí)的功率;4求WT與W2MS,2Q1MS,解1,三、電感元件INDUCTOR,1、一般定義一個(gè)二端元件,如果在任一時(shí)刻T,其電流IL同它磁鏈ΨL之間的關(guān)系(韋安關(guān)系WAR)可以用ILΨL平面上的一條曲線(韋安特性曲線)來(lái)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(chǎng)及磁場(chǎng)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(guān)系。,我們主要研究非時(shí)變線性電感元件。其WAR為通過(guò)原點(diǎn)的一條直線,簡(jiǎn)稱“電感”,符號(hào)為“L”既表示一電感元件,也表示該元件的參數(shù)。,ΨLLIL,2、電感的特性,1)電感的伏安關(guān)系(VAR),A微分形式在UL、I取關(guān)聯(lián)方向,,根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律與楞次定律,IL與ΨL成右螺旋關(guān)系且自感電動(dòng)勢(shì)EL與IL取相同參考方向時(shí),,自感電壓UL的參考方向與EL取得相同這里UL–EL,L為動(dòng)態(tài)元件IL變化才有UL;IL不變DC時(shí)UL0對(duì)直流短路,B積分形式在UC、I取關(guān)聯(lián)方向,其中,是初始時(shí)刻T0電感上的電流,可見(jiàn)電感也為記憶元件記憶UL的所有歷史。同樣|UL|<∞時(shí)實(shí)際電路一般如此,ILT為連續(xù)變量,此時(shí)IL不能躍變;反之,若IL躍變,則會(huì)導(dǎo)致無(wú)窮大的電壓UL.,2)電感的功率與能量關(guān)系,在UL、I取關(guān)聯(lián)方向,電感在∞,T時(shí)間內(nèi)所吸收的電能區(qū)間變量為,同理,T1,T2內(nèi)電感吸收的電能為,可見(jiàn)①當(dāng)|IL|增加時(shí),WLT2>W(wǎng)LT1,L實(shí)際吸收電能,且全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能;②當(dāng)|IL|減少時(shí),WLT2<WLT1,L將磁場(chǎng)能量釋放出來(lái)并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。亦即L為儲(chǔ)能元件,不耗能;又它釋放或吸收的能量都不是自己產(chǎn)生的,故屬于無(wú)源元件。,,線性元件RLC的比較,消耗電能,儲(chǔ)存電場(chǎng)能,儲(chǔ)存磁場(chǎng)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(hào),亦稱為信號(hào)源。,,電源激勵(lì)電路工作─激勵(lì)源;產(chǎn)生的電壓、電流─響應(yīng)。,電壓源電流源,,1、理想獨(dú)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(shí)刻T,其端電壓UT是與通過(guò)它的電流IT無(wú)關(guān)的給定函數(shù)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(dāng)USTUS≡常數(shù)時(shí),為直流電壓源或恒壓源,方波信號(hào)源以及正弦電壓源為常用電壓源,,2)理想電壓源性質(zhì),①其端電壓UST與它所接外電路無(wú)關(guān),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(shí),U→0≠US,與電壓?jiǎn)沃敌悦?這是理想化所致實(shí)際中RS及R均不可能為零;另一方面,R→0時(shí),IUS/R→∞,實(shí)際電源若無(wú)保護(hù)措施就會(huì)燒壞。,④電壓源的US0時(shí),其自身相當(dāng)于短路,⑤實(shí)際電源如蓄電池、干電池、發(fā)電機(jī)等都有內(nèi)電阻,可用US與RS的串聯(lián)組合作為其模型,2、理想獨(dú)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(shí)刻T,其電流IT是與其端電壓UT無(wú)關(guān)的給定函數(shù)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(dāng)ISTIS≡常數(shù)時(shí),為直流電流源或恒流源,2)理想電流源性質(zhì),①其通過(guò)的電流IST與它所接外電路無(wú)關(guān),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(shí),I→0≠IS,與電流連續(xù)性矛盾,這是理想化所致實(shí)際的IS含與之并聯(lián)的R;另一方面,R→∞時(shí),URIS→∞,實(shí)際電流源若無(wú)保護(hù)措施就會(huì)損壞。,④電流源的IS0時(shí),其自身相當(dāng)于開路。,⑤實(shí)際電流源也要考慮內(nèi)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(dú)立電源,在電路中起激勵(lì)的作用;為有源元件,五、受控源,受控源是非獨(dú)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(shí)間函數(shù),與其中的電流無(wú)關(guān)。2、電壓源中電流取決于外電路。,1、其中的電流是特定的時(shí)間函數(shù),與其端電壓無(wú)關(guān)。2、電流源的端電壓取決于外電路。,電路符號(hào),特例,直流電壓源,直流電流源,受控電源的分類比較,代號(hào),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(hào),控制量,U1,I1,I1,U1,被控量,I2,U2,I2,U2,被控支路關(guān)系,六、運(yùn)算放大器,是一種電壓放大倍數(shù)即增益很高的放大器,這種器件系通過(guò)集成工藝制成的,實(shí)際運(yùn)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(yùn)放的開環(huán)增益,UOAUBAAUBUA,若計(jì)及運(yùn)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(yùn)算放大器即RI→∞,RO→0,A→∞的電壓放大器,①“虛斷路”性質(zhì)因RI→∞,故輸入端A、B均無(wú)電流,相當(dāng)于斷路,但內(nèi)部電路卻是接通的。,②“虛短路”性質(zhì)因A→∞,而UO為有限值,∴UBAUB–UAUO/A→0好比短路即強(qiáng)制A、B兩點(diǎn)等電位,但無(wú)電流→虛短路,RO→0,使UO不受所接負(fù)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(guò)同一電流的分支,可以為一個(gè)二端元件或多個(gè)元件的組合。節(jié)點(diǎn)NOTE支路與支路的匯合點(diǎn),用加重的黑點(diǎn)表示,標(biāo)以字母或數(shù)字?;芈稬OOP由支路構(gòu)成的閉和路徑,回路中的節(jié)點(diǎn)只經(jīng)過(guò)一次。平面電路PLANARCIRCUIT可畫在一個(gè)平面上而沒(méi)有任何支路的交疊現(xiàn)象。網(wǎng)孔MESH平面電路中回路內(nèi)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(duì)集總參數(shù)電路中的任意節(jié)點(diǎn),在任意時(shí)刻聯(lián)接于該節(jié)點(diǎn)所有支路電流的代數(shù)和為零。,,①代數(shù)和是對(duì)電流的參考方向而言,若取流入節(jié)點(diǎn)電流為正,則流出節(jié)點(diǎn)為負(fù)。電流本身的符號(hào)取決于電流的實(shí)際方向與參考方向是否一致。即KCL涉及雙重符號(hào)。,②集總電路中的任一節(jié)點(diǎn),在任一時(shí)刻按參考方向“流出”該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流之和恒等于“流入”該節(jié)點(diǎn)的各支路電流之和。只涉及電流本身符號(hào)。,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(yīng)用由電流的連續(xù)性可知,KCL可應(yīng)用于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面稱為廣義節(jié)點(diǎn),即閉合面所“切割”支路稱為割集的電流代數(shù)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(shù)電路中,任意時(shí)刻,沿著任一回路繞行一周,該回路所有支路電壓代數(shù)和為零。,①代數(shù)和是對(duì)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(fù)。電壓本身的符號(hào)取決于電壓的實(shí)際方向與參考方向是否一致。即KVL涉及雙重符號(hào)。,②當(dāng)電路的回路中僅含R和US時(shí),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(shù)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(shù)和。,,③KVL的物理意義體現(xiàn)了電壓與路徑無(wú)關(guān)或電壓的單值性。,④KVL應(yīng)用于“開口回路”即某兩點(diǎn)A、B間的電壓,等于由A點(diǎn)沿電路中的某個(gè)路徑走到B點(diǎn)的各段電壓降的代數(shù)和。,元件約束即元件VAR,拓?fù)浼s束即KL,,它們是整個(gè)集總電路分析的基礎(chǔ),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(jiǎn)稱,KCL,KVL,定律內(nèi)容,在集總電路中,對(duì)于任何節(jié)點(diǎn),在任意時(shí)刻流出(或流入)該節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于零。,在集總電路中,對(duì)于任何回路,在任意時(shí)刻回路中各支路電壓降(或升)的代數(shù)和恒等于零。,公式表述,定律說(shuō)明,可用于一個(gè)節(jié)點(diǎn),也可用于一個(gè)閉合面。,UK可以認(rèn)為是元件的電壓也可以是支路電壓。,物理實(shí)質(zhì),是電流連續(xù)性和電荷守恒的體現(xiàn),是電壓?jiǎn)沃敌缘捏w現(xiàn),
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