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1.4.1 电阻元件
电阻是一种常用的电路元件,其类型和封装形式多种多样,如图1-18所示。理想电阻元件是从实际电阻中抽象出来的理想模型,它表征了消耗电能的特性,一般用符号R表示,单位是欧姆(Ω)。常用的电阻单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ),换算关系为1MΩ=103kΩ=106Ω。除了实际电阻,白炽灯灯泡和电炉的电阻丝等器件在一定条件下可以用理想电阻元件作为其模型。
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图1-18 多种类型和封装形式的电阻
电阻可分为线性电阻、非线性电阻、时变电阻和非时变电阻。当电阻的伏安关系可用如图1-19所示的伏安特性曲线表示时,称该电阻为线性时不变电阻,电阻元件的电路符号如图1-20所示。本书主要讨论线性时不变电阻。
从图1-19可以看出,对于线性时不变电阻,其电压和电流成正比,比例系数为电阻值R,即
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式(1.4-1)称为欧姆定律,适合于电压和电流选取关联参考方向的情况。若电压和电流选取非关联参考方向,则电压和电流的关系为
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图1-19 线性时不变电阻的伏安特性曲线
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图1-20 电阻元件的电路符号
电阻是反映物体对电流阻碍作用的一个物理量,电阻值越大,对电流的阻碍越大。为了体现物体对电流的导通能力,还存在一个对偶的物理量,称为电导,用符号G表示,定义为
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可以看出电导是电阻的倒数,电阻越小,电导越大。电导的国际单位为西门子(S),简称西。
当元器件的电阻值为无穷大或电导值为零时,流过它的电流为零,则此元件可以视为开路或断路;当元器件的电阻值为零或电导值为无穷大时,它的端电压为零,则此元件可以视为短路。
在关联参考方向下,电阻的吸收功率为
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在非关联参考方向下,电阻的吸收功率为
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从式(1.4-4)和式(1.4-5)中可以看出,电阻的吸收功率永远是非负值,所以电阻是耗能元器件。
例1-5 已知电阻的电压和电流的参考方向如图1-21所示,若电阻两端的电压U=4V,试求电流I和电阻的吸收功率P。
解:从图1-21中可以看出,电阻的电压和电流为非关联方向,故有
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图1-21 例1-5图
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电阻的吸收功率为
P=-UI=8W