電工和電子技術(shù)第1章直流電路2a

1、1,電工和電子技術(shù),北 京 理 工 大 學(xué) 信息與電子學(xué)院,2,同學(xué)們好！,,wenzhaofang@sohu.com,密碼：68912723,3,《電工和電子技術(shù)》課程緒論,電工和電子技術(shù),,,電工技術(shù),電子技術(shù),電工技術(shù),,,電 路,電機(jī)與控制,電子技術(shù),,,模擬電 路,數(shù)字電路,總學(xué)時(shí)112理論教學(xué)80實(shí)驗(yàn)教學(xué)32,,4,《電工和電子技術(shù)》課程緒論,,本學(xué)期的任務(wù)：《電工和電子技術(shù)I》,總學(xué)時(shí)56理論教學(xué)

2、40實(shí)驗(yàn)教學(xué)16,下學(xué)期的任務(wù)：《電工和電子技術(shù)II 》,總學(xué)時(shí)56理論教學(xué)40實(shí)驗(yàn)教學(xué)16,5,《電工和電子技術(shù)》課程緒論,,電 路,第1章電路的基本概念和分析方法,第3章正弦交流電路,,第1章半導(dǎo)體器件,第2章交流放大電路,模擬電子技術(shù),,第2章電路的暫態(tài)分析,第4章三相交流電路,第3章集成運(yùn)算放大器,6,使 用 教 材,2、《電工和電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程》第2版李燕民、溫照方等編 北京理工大學(xué)出版社,1、《電

3、路和電子技術(shù)》上、下第2版李燕民等編 北京理工大學(xué)出版社,仿真軟件：multisim,7,參考書,2、《電工學(xué)》上、下冊(cè) 秦曾煌編第六版，高教出版社,3、《電工技術(shù)與電子技術(shù)》上、下冊(cè)第2版王鴻明編清華大學(xué)出版社,1、《電工和電子技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》李燕民等編 北京理工大學(xué)出版社,8,《電工和電子技術(shù)I》課程緒論,,1. 為什么要學(xué)習(xí)這門課程？,機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成,收集信息的傳感器,控制對(duì)象,控制器,,,給定值,

4、,,,專業(yè)課的需要,基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用的需要,9,F1,交流穩(wěn)壓電源的電路原理圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,C6,,,,,L2,+,C3,,,+,C4,,W1,W2,,,,,,C1,I,II,,,uo,a,c,S,J,b,,,,,,,,,,,,,ui,,,L1,,,,,,+,+,+,,,,C2,C5,,+E,?E,,,,,,,DZ,,,?,?,+,+,,,?,+,?,+,,,?,+,?,+,,,?,+,?,+,,,,,F2,F3,F4

5、,,,,,,,,,,M,,,,,,,,,,J,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R2,R4,R7,R8,R5,R6,RP1,RP3,R9,R10,RP2,R3,T1,T2,T3,R11,R12,R13,R14,R13,,,,,+E,-E,D,+E,T,,R1,,,,,,,,,,10,《電工和電子技術(shù)I》課程緒論,,2. 如何學(xué)好這門課程？,四個(gè)環(huán)節(jié),課堂環(huán)節(jié),作業(yè)環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),,,,,預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、總結(jié)環(huán)節(jié),每周二課前交作

6、業(yè)，并有10~20%的作業(yè)不返回，學(xué)校要保留。,關(guān)于出勤統(tǒng)計(jì),11,第1章 電路的基本概念和分析方法,1.1 電路的基本概念,1.2 理想電路元件,1.3 基爾霍夫定律,1.5 疊加原理,1.4 電路的一般分析方法,1.8 電源模型的等效變換,1.6 無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換,1.9 戴維寧定理和諾頓定理,1.10 含受控源電路的分析,1.12 電器設(shè)備和元器件的額定值,12,第 1

7、 章,學(xué)習(xí)目的：學(xué)會(huì)對(duì)直流電路進(jìn)行分析和計(jì)算。,學(xué)習(xí)重點(diǎn)：基爾霍夫定律、支路電流法、戴維 寧定理、疊加原理。,學(xué)習(xí)難點(diǎn)：戴維寧定理、電壓源和電流源模型的 等效變換。,關(guān)鍵詞：電壓、電流、功率。,13,要解決的問題：,14,負(fù)載,電源,中間環(huán)節(jié),1.1 電路的基本概念,1.電能的傳輸與轉(zhuǎn)換,發(fā)電機(jī),升壓變壓器,輸電線,降壓變壓器,電燈電動(dòng)機(jī)

8、?,,,,,,,1.1.1 電路的作用與組成,2.信號(hào)的傳遞與處理,,放大器,,,,話筒,揚(yáng)聲器,信號(hào)源,負(fù)載,話筒把聲音（信息）?電信號(hào),揚(yáng)聲器把電信號(hào)? 聲音（信息）,15,電路中電源和信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路的工作。,激勵(lì),響應(yīng),由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。,電路分析是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論,與,的關(guān)系。,1.1.1 電路的作用與組成,3.激勵(lì)與響應(yīng),16,,,實(shí)際的電路是由一些

9、按需要起不同作用的元件或器件所組成，如發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電池、電阻器等，它們的電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。,例如：一個(gè)白熾燈在有電流通過時(shí),消耗電能（電阻性）,產(chǎn)生磁場(chǎng)儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量（電感性）,忽略L,為了便于分析與計(jì)算實(shí)際電路，在一定條件下常忽略實(shí)際部件的次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)，把它看成理想電路元件。,1.1.2 電路模型,1.初識(shí)理想電路元件,17,電源,負(fù)載,連接導(dǎo)線,電路實(shí)體,電路模型,用理想電路元件組成的電路，稱為實(shí)

10、際電路的電路模型。連接導(dǎo)線的電阻視為零。,開關(guān),1.1.2 電路模型,2.電路實(shí)體→電路模型,18,習(xí)慣上規(guī)定：,電壓的實(shí)際方向?yàn)椋?由高電位端(+)指向低電位端(?)；,電流的實(shí)際方向?yàn)椋?正電荷運(yùn)動(dòng)的方向；,電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向?yàn)椋?由低電位端(?)指向高電位端(+) 。,1.1.3 電壓、電流的參考方向,1. 電壓、電流的實(shí)際方向,19,電路中的電壓和電流方向是客觀存在的，但分析較為復(fù)雜電路時(shí)，往往很難事先判斷出來。,為此引入?yún)?/p>

11、考方向（或正方向）的規(guī)定。,1.1.3 電壓、電流的參考方向,2. 參考方向的引入,20,電壓、電流的參考方向：,當(dāng)電流參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，其值為正，反之則為負(fù)值。在參考方向選定之后，電流值才有正負(fù)之分。,例如：圖中若I=3A，則表明電流的實(shí) 際方向與參 考方向相同 ；反之，若I= –3A，則表明電流的實(shí)際方向與參考方向相反 。,,電流的參考方向用箭頭表示。,分析電路時(shí)，事先任意設(shè)定的電流和電壓方向。,1.1.3 電壓、電

12、流的參考方向,3. 電壓、電流的參考方向,（1）電流的參考方向,21,當(dāng)電壓參考方向與實(shí)際方向相同時(shí)，其值為正，反之則為負(fù)值。在參考方向選定之后，電壓值才有正負(fù)之分。,例如：圖中若UAB=5V，則表明電壓的實(shí) 際方向與參考方向相同 ；反之，若UBA = –5V，則表明電壓的實(shí)際方與參考方向相反 。,電壓的參考方向常用極性“+”、“–”表示，還可用雙下標(biāo)（UAB)或箭頭表示。,,（2）電壓的參考方向,22,在電路圖中所標(biāo)電壓、電流、電

13、動(dòng)勢(shì)的方向，一般均為參考方向。,1.1.3 電壓、電流的參考方向,4. 電壓、電流的關(guān)聯(lián)參考方向,關(guān)聯(lián)參考方向：電壓與電流的參考方向選取一致的方 向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向。,23,根據(jù)電壓、電流的實(shí)際方向判別，若,U和I的實(shí)際方向相反，則元件是電源，產(chǎn)生功率；,U和I的實(shí)際方向相同，元件是負(fù)載，消耗功率。,,1.1.3 電壓和電流的參考方向,5. 電源與負(fù)載的判別,P=UI,24,根

14、據(jù)電壓、電流的參考方向判別,P=UI,若電壓、電流的參考方向相同,,1.1.3 電壓和電流的參考方向,5. 電源與負(fù)載的判別,若P為負(fù)值，元件是電源，產(chǎn)生功率。,若P為正值，元件是負(fù)載，消耗功率。,若電壓、電流的參考方向相反,P= – UI,25,5. 電源與負(fù)載的判別,例,已知：圖中UAB=3V， I = – 2A,解：因?yàn)閁AB 與I為關(guān)聯(lián)參考方向，所以 P =UI = (–2)×3 = – 6W,求：

15、N的功率，并說明它是電源 還是負(fù)載？,而P為負(fù)值，所以N產(chǎn)生功率，且是電源。,1.1.3 電壓和電流的參考方向,26,例題:已知,I= 4A、 U1= 5V、 U2= 3V、 U3= ?2V、,計(jì)算各元件的功率，并判斷它們是產(chǎn)生還是消耗功率？,解：注意！圖中所標(biāo)的方向均為參考方向,元件1 P1= U1 I = 5×4= 20W,元件2 P2 = ?U2 I = ? 3×4= ? 1

16、2W,元件3 P3 = U3 I = ?2×4= ?8W,產(chǎn)生的總電功率 12+8=20W,消耗的總電功率 20W,,功率平衡,消耗,產(chǎn)生,產(chǎn)生,27,理想電源元件,理想無(wú)源元件,電壓源,電流源,電阻R,電感L,電容C,1.2 理想電路元件,受控源,28,u=Ri,凡是對(duì)電流有阻礙作用，并把電能不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)換為其它形式能量的二端元件稱為電阻。,1.2 理想電路元件,1.2.1 電阻

17、元件,i=uG,電導(dǎo),單位是西門子（S）,1. 電阻的定義,電阻率在10-4??m以下的材料為導(dǎo)體,電阻率在104??m以上的材料為絕緣體,電阻率在這兩者之間的材料為半導(dǎo)體,29,認(rèn)識(shí)一下各類電阻元件,30,1.2 理想電路元件,1.2.1 電阻元件,伏安特性,,線性電阻R為常數(shù),2. 電阻元件的伏安特性,31,歐姆定律：通過電阻的電流與電壓成正比。,表達(dá)式,,U 、I參考方向相同,U= – IR,U、 I參考方向相反,圖B

18、中若I = –2A，R=3?，則 U= – (–2)×3 = 6V,電流的參考方向與實(shí)際方向相反,圖A,或,電壓與電流參考方向相反,U= IR,1.2.1 電阻元件,3. 線性電阻的伏安關(guān)系（歐姆定律）,32,課堂練習(xí),應(yīng)用歐姆定律計(jì)算電阻R,33,,上式表明電阻將全部電能消耗掉，轉(zhuǎn)換成熱能。,0到t時(shí)間內(nèi)電阻消耗的電能,R是耗能元件,1.2 理想電路元件,1.2.1 電阻元件,p = ui = R i 2= u 2

19、/R,,能量的單位：焦耳（J）,功率的單位：瓦特（W）,4. 電阻元件的功率,在直流電路中,34,例：一個(gè)電加熱器，將其接到220V電源30分鐘，消耗1.8MJ的電能，求電加熱器的功率和從電源獲得的電流。,解：,5. 電阻元件的使用,如何選擇電阻元件？,阻值、精度和額定功率,例：有一額定值為5W500?的繞線電阻，其額定電流為多少？在使用時(shí)電壓不得超過多大的數(shù)值？,解：,35,1.2.2 電感元件,導(dǎo)線做成線圈狀。,認(rèn)識(shí)一下各類電感元

20、件,36,i,（安）A,韋伯（Wb）,亨利（H）,N,電感,,,,,,,,,,,,,?,,,,L稱為電感或自感。,1.2.2 電感元件,磁鏈 ? = N?,存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量的電路元件。,1.電感的定義,2.電感符號(hào),37,在圖示u、i 、e假定參考方向的前提下，當(dāng)通過線圈的磁通或i 發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為,1.2.2 電感元件,體現(xiàn)了愣次定律：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化,3.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),38,4. 電感元件的電壓和電流關(guān)系

21、,在直流穩(wěn)態(tài)時(shí)，u=0，電感相當(dāng)于短路。,1.2.2 電感元件,電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),39,P>0, L把電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能，吸收功率。,P<0, L把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，放出功率。,L是儲(chǔ)能元件,瞬時(shí)功率,儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量,1.2.2 電感元件,5. 電感元件的功率和能量,單位：焦耳（J）,設(shè),40,1.2.2 電感元件,如何選擇電感元件？,電感量和額定電流。,空心電感的電感量很小，

22、用于高頻電路。,鐵心、磁心電感的電感量較大，用于低、中、高頻電路。,如1～82?H，最大直流工作電流300mA。,6. 電感元件的使用,7.實(shí)際電感元件,,忽略R,41,8.電感元件的連接,+u1?,,,,,,+u2?,+u3?,+u?,,i,（1）電感元件的串聯(lián)連接,（2）電感元件的并聯(lián)連接,42,（伏）V,庫(kù)侖（C）,法拉（F）,C 稱為電容，表示了儲(chǔ)存電荷的能力,C,1.2.3 電容元件,1.電容的定義,將兩片金屬板平行放置

23、，中間放能絕緣的電介質(zhì)（空氣、云母、紙)，在兩極板間施加電壓，兩極板上會(huì)存儲(chǔ)電荷，這種能存儲(chǔ)電荷的裝置稱為電容器。,存儲(chǔ)的電荷與電壓的關(guān)系為,如100?F的電容器上施加3V電壓時(shí)，儲(chǔ)存的電量是,43,C,通入交流電時(shí)，電容兩端電壓 發(fā)生變化，使通過電容的電荷量發(fā)生變化，則在電容中引起電流,1.2.3 電容元件,2.電容元件的電壓和電流之間的關(guān)系,電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),在直流穩(wěn)態(tài)時(shí)，I=0 ，電容隔直

24、流。,44,C,儲(chǔ)存的電場(chǎng)能,C是儲(chǔ)能元件,1.2.3 電容元件,單位：焦耳（J）,P>0, C把電能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能，吸收功率。,P<0, C把電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，放出功率。,瞬時(shí)功率,3. 電容元件的功率和能量,設(shè),45,1.2.3 電容元件,4. 電容元件的串、并聯(lián),電容元件的并聯(lián),電容元件的串聯(lián),46,,i,u,+,–,C,1.2.3 電容元件,5. 電容元件的使用,如何選擇電容元件？,電容量和額定電壓,電容器的

25、分類：有極性電容器，如鋁電解電容器，鉭電解電容器。無(wú)極性電容器，如陶瓷電容器，云母電容器。,6.實(shí)際電容元件,47,1.2.3 電容元件,認(rèn)識(shí)一下各類電容元件,滌綸電容,電解質(zhì)鉭電容,電解電容,48,1、電壓源模型,a.理想電壓源：在電路中，能夠提供一個(gè)定值電壓的電源稱為理想電壓源或恒壓源。,1.2.4 電源元件,電路符號(hào),特點(diǎn)：,電壓源的兩端電壓U為一定值US,電壓源輸出電流由外電路決定,,,,直流理想電壓源,,U=US,I=US

26、/RL,U= US,,伏安特性曲線,49,1、電壓源模型,1.2.4 電源元件,特點(diǎn)：,當(dāng)R0一定時(shí)，輸出電壓U隨負(fù)載電流I增加而降低。,b.電壓源：理想電壓源與內(nèi)阻的串聯(lián)是電源的電壓源模型。,U= US,,,,U = US – R0 I,,,電壓源的伏安特性曲線,注意：電壓源不允許短路,50,2、電流源模型,a.理想電流源：在電路中，能夠提供一個(gè)定值電流的電源稱為理想電流源或恒流源。,1.2.4 電源元件,電路符號(hào),特點(diǎn)：,電流源

27、輸出電流I為一定值IS,電流源的兩端電壓U由外電路決定,,,,直流理想電流源,,I=IS,U=ISRL,I= IS,,,伏安特性曲線,51,2、電流源模型,1.2.4 電源元件,伏安特性曲線,IS,,,I = IS –U/R0,,,,U0 = IS R0,b.電流源：理想電流源與內(nèi)阻的并聯(lián)是電源的電流源模型。,注意：電流源不允許開路,52,結(jié)點(diǎn) 電路中三條或三條 以上支路聯(lián)接的點(diǎn),支路 電路中的每一分支 (

28、通過的電流相同）,回路 由一條或多條支路 組成的閉合路徑,如 acb ab adb,如 abca adba adbca,1.3 基爾霍夫定律,如 a,b,c,a,d,b,名詞術(shù)語(yǔ),網(wǎng)孔 未被其它支路穿過的單孔，如 abca adba,53,基爾霍夫電流定律是用來確定聯(lián)接在同一結(jié)點(diǎn)上的各支路電流之間的關(guān)系。,根據(jù)電流連 續(xù)性原理，電荷在任何一點(diǎn)均不能堆積（包括結(jié)點(diǎn)）。故有,1.3.1 基爾霍夫電流定律

29、(KCL),在任一瞬間流入一個(gè)結(jié)點(diǎn)電流總和等于從該結(jié)點(diǎn)流出電流總和。,,,,,,,,,,,,,,,,,R1,R2,R3,,,,+–,US,,I,I=I1+ I2+ I3,或：,I–I1 – I2 – I3 =0,在任一瞬間通過任一結(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和恒等于零。,,,,（Kirchhoff ’s Current Law，簡(jiǎn)稱 KCL）,1.KCL,54,若以流向結(jié)點(diǎn)的電流為正，流出結(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)，則根據(jù)KCL，結(jié)點(diǎn)a 可以寫

30、出,– I1 + I2 – I3 – I4=0,[例] 上圖中若I1=9A， I2= –2A，I4=8A，求I3 。,– 9 +（ – 2） – I3 – 8 = 0,[解],把已知數(shù)據(jù)代入結(jié)點(diǎn)a的KCL方程式，有,I3= –19A,1.3.1 基爾霍夫電流定律 (KCL),55,IA,IB,IAB,IBC,ICA,2. KCL推廣應(yīng)用,即 ? I = 0,,,,IC,,IA + IB + IC =0,可見，在任一瞬間通過任

31、一封閉面的電流的代數(shù)和也恒等于零。,,,,A,B,C,,,,,,,,,,對(duì)A、B、C三個(gè)結(jié)點(diǎn)應(yīng)用KCL可列出：,IA= IAB–ICA,IB= IBC–IAB,IC= ICA–IBC,上列三式相加，得,1.3.1 基爾霍夫電流定律 (KCL),56,圖中，各電壓參考方向均已標(biāo)出，沿所示循行方向，列出回路 c b d a cKVL方程式。,U1 – U2 +U4 –U3 = 0,根據(jù)電壓參考方向，回路c b d a cKVL方程式為

32、,+,_,,R1,E1,+,_,,E2,R2,U2,U1,c,a,d,b,,,,+,_,U3,+,,U4,_,即 ? U = 0,,,1.3.2 基爾霍夫電壓定律 (KVL),電壓的參考方向與回路的循行方向一致為正，否則為負(fù)。,基爾霍夫電壓定律用來確定回路中各段電壓之間的關(guān)系。是能量守恒法則的體現(xiàn)。,1.KVL： 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,即 ? U = 0,,,（Kirchhoff

33、’s Voltage Law，簡(jiǎn)稱 KVL）,57,各元件功率,2.證明：U1 – U2 +U4 –U3 = 0,+,_,,R1,E1,+,_,,E2,R2,U2,U1,c,a,d,b,,,,+,_,U3,+,,U4,_,,,1.3.2 基爾霍夫電壓定律 (KVL),基爾霍夫電壓定律用來確定回路中各段電壓之間的關(guān)系。是能量守恒法則的體現(xiàn)。,,,,I,I,,I,,,I,回路的功率為0,58,,U1+U2 –U3 –U4 + U5

34、 =0,例：圖中若U1= – 2V，U2= 8V，U3=5V，U5= – 3V， R4= 2?，求電阻R4兩端的電壓及流過它的電流。,解：設(shè)電阻R4兩端電壓的極性及流過它的電流I的參考方向、回路的循行方向如圖示。,（–2）+8 –5 –U4+（–3） =0,U4 = –2 V,I =1A,沿順時(shí)針方向列寫回路的KVL方程式，有,代入數(shù)據(jù)，有,U4 = – IR4,59,3. KVL推廣應(yīng)用于假想的閉合回路,1.3.2 基爾霍夫電壓

35、定律 (KVL),,,,,,,,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,,–,–,+,–,U5,U3,+,–,,,,,,,,,,,,如何求任意兩點(diǎn)之間的電壓，如ce兩點(diǎn)電壓Uce？,U4,+,–,+,–,Uce,,U1+U2 +Uce + U5 =0,–U3 –U4 – Uce =0,,沿回路abcea,或： Uce = ?U1? U2 ? U5,沿回路cdec,或： Uce = –U3 –U4,60,(1)電路中所標(biāo)出的方向均為參考方

36、向，離開參考方向談U與I的正負(fù)無(wú)意義。,(2)在計(jì)算電路之前，必須 先設(shè)定電流和電壓的參考方向,4.注意的問題：,(3)在計(jì)算電路過程中不要改變?cè)O(shè)定好的參考方向。,(4)基爾霍夫定律是對(duì)電路的電壓和電流的約束，適用于任何電路。,(5)歐姆定律是對(duì)電阻元件的電壓和電流約束。,61,I,,,,,,,,,,,2V,+,–,,,,,,,2A,例1：求電路中電流I，并判斷電源的工作狀態(tài)。,1?,1?,電壓源工作在電源狀態(tài),,電流源工作在負(fù)載狀態(tài),

37、解：,62,,,,,,2V,+,–,,,,2A,例2：求電路中電壓U，并判斷電源的工作狀態(tài)。,2?,1?,電流源工作在電源狀態(tài),,電壓源工作在電源狀態(tài),+,–,U,,解：,63,主要分析方法：,電路分析：已知電路的連接方式、元件參數(shù)，求各 支路的電壓、電流及功率。,不改變電路的結(jié)構(gòu)： 1 支路電流法 2 結(jié)點(diǎn)電位法*,改變電路結(jié)構(gòu)： 1 疊加原理 2

38、 戴維寧定理 3 電源等效變換,1.4 電路的一般分析方法,凡不能用電阻串并聯(lián)等效化簡(jiǎn)的電路，稱為復(fù)雜電路。,64,支路電流法是以支路電流為求解對(duì)象，直接應(yīng)用KCL和KVL列出所需獨(dú)立方程，而后解出各支路電流(或電壓)。它是計(jì)算復(fù)雜電路最基本的方法。,首先確定支路數(shù)b ，假定各支路電流的參考方向；,1.4 電路的一般分析方法,1.4.1 支路電流法,為求支路電流I1 、 I2 、 I3 需3個(gè)獨(dú)立方程。,65,,A,B

39、,根據(jù)KＶL可以列出３個(gè)回路電壓方程,US2 –US1＋ I1 R1 – I2 R2 =０ (1),I2 R2 + I3 R3– US2 =０ (2),– US1 ＋ I1 R1 + I3 R3 =０ (3),1.4.1 支路電流法,根據(jù)KCL可以列出兩個(gè)結(jié)點(diǎn)電流方程,結(jié)點(diǎn)A ：I1＋ I2 – I3＝０,結(jié)點(diǎn)B ： –I1 – I2 ＋ I3＝０,其中有一個(gè)方程是不獨(dú)立的,其中有一個(gè)方程也是不獨(dú)立的,選取網(wǎng)孔或每次所選的

40、回路中至少有一條支路是其它回路所未包含的支路，列寫的KVL方程式一定是獨(dú)立的。,對(duì)于有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路，只能列寫 (n–1)個(gè)獨(dú)立的KCL方程式。,,,,,,,,66,,A,B,US2 –US1＋ I1 R1 – I2 R2 =０,I2 R2 + I3 R3– US2 =０,1.4.1 支路電流法,結(jié)點(diǎn)A ：I1＋ I2 – I3＝０,,,求電流I1 、 I2 、 I3 聯(lián)立方程組為：,1 .確定支路數(shù)b ，假定各支路電流的參考

41、方向及回路循行方向。,2. 應(yīng)用KCL列出獨(dú)立結(jié)點(diǎn)電流方程對(duì)于有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路，只能列出 (n–1)個(gè)獨(dú)立的KCL方程。,3. 應(yīng)用KVL列出余下的 b – (n–1)獨(dú)立回路電壓方程,獨(dú)立回路：含有新的支路，或選網(wǎng)孔作為獨(dú)立回路。,4. 解方程組，求解出各支路電流。,支路電流法求解電路的步驟：,67,,,A,,,,+,–,,,,,,R1,,,,R2,R3,+,–,E2,,,E1,,,,IS1,,,,,,[例1] 用支路電流法列

42、出求解各支路電流所需的聯(lián)立方程組。,[解] 本電路有 I1、 I２、 I３３個(gè)未知量，需列寫　　?。硞€(gè)獨(dú)立方程式。,結(jié)點(diǎn)A : I1＋ I2 ＋ IS1– I3＝０,回路1: E2 –E1＋ I1 R1 – I2 R2 =０,回路2: I2 R2 + I3 R3– E2 =０,68,,,A,I1,,I5,,,,+,–,,,,,,R2,,,,R4,R5,,,US,,,,IS,,,,[例2] 用支路電流法列出求解各支路電流所需的獨(dú)立

43、方程。,[解] 由 I1、 I２、 I３、I5，4個(gè)未知量需4個(gè)獨(dú)立方程。,結(jié)點(diǎn)A : – I1＋ I2+ I3＝０,回路4: –US ＋ I2 R2 –I3R3 ＋ I5 R5 =０,回路1: – I2 R2 –I1R1 + US=０,,R1,,I3,,B,R3,I2,,結(jié)點(diǎn)B : IS– I3 – I5 ＝０,如何列出回路3的KVL方程式！,69,,,I1,,I5,,,,+,–,,,,,,R2,,,,R4,R5,,,US,,,,

44、IS,,,,[例2] 用支路電流法列出求解各支路電流所需的獨(dú)立方程。,[解],設(shè)電流源兩端電壓為U,回路3: –U ＋ IS R4 ＋ I5 R5 =０,,R1,,I3,,R3,I2,,如何列出回路3的KVL方程式！,+,–,US,U,電流源兩端的電壓U不為0，即為,U = IS R4 ＋ I5 R5,70,1.電路中的電位,參考點(diǎn)的電位規(guī)定為零。電路的參考點(diǎn)可以任意選取,但只有一個(gè)。工程上，一般選機(jī)殼、電源的負(fù)極、大地或元件的

45、公共端作參考點(diǎn)，也稱為 “地”，用“ ”表示。,(1)電路中的參考點(diǎn),1.4.2 結(jié)點(diǎn)電位法,+,_,,R1,US1,,,,+,_,,US2,,R2,,R3,,I3,a,b,c,d,,(2)電位 電路中某一點(diǎn)的電位值是指由這一點(diǎn)到參考點(diǎn)的 電壓。電位的大小與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。,71,Va = US1,Vc = – US2,Vb = I3 R3,若以d為參考點(diǎn)，則:,+US1,– US2,+,_,,R1,US1,,,

46、,+,_,,US2,,R2,,R3,,I3,a,b,c,d,,1.4.2 結(jié)點(diǎn)電位法,(3) 簡(jiǎn)化電路的畫法,72,[例1] 電路如圖所示,分別以A、B為參考點(diǎn)，計(jì)算C和D點(diǎn)的電位及C和D兩點(diǎn)之間的電壓。,,2?,10V,,+,–,5V,+,–,3?,B,C,D,,,,[解] 以A為參考點(diǎn),I,,I=,=3A,VC=3×3=9V,VD= –3×2= – 6V,以B為參考點(diǎn),VD= – 5V,VC=10V,電路中各

47、點(diǎn)的電位隨參考點(diǎn)選取的不同而改變，但是任意兩點(diǎn)間的電壓不變。,UCD= VC–VD= 15V,,,,,,A,UCD= VC–VD= 9–（– 6）= 15V,73,,I,5V,2?,,,,,,,,,,,3?,3V,5?,A,,例2：求VA,I=1A,VA=3?1–3=0V,74,,,[例3]有一實(shí)驗(yàn)線路如圖所示。電流表讀數(shù)為0，現(xiàn)用電壓表檢查。若以A點(diǎn)為參考點(diǎn)，電壓表負(fù)端接A，正端分別觸及 B、C、D點(diǎn)時(shí)電壓表均指0，而觸及F、E

48、時(shí)電壓表讀數(shù)為10V，試分析故障所在。,,A,10V,,,,+,–,R2,B,C,D,,,,,,,A,V,,,,E,F,R1,R3,R4,,,,,,R2電阻斷或與R2連接的導(dǎo)線斷,75,,以d為參考點(diǎn)，根據(jù)KCL,+,_,,R1,US1,,,,+,_,,US2,,R2,,R3,,I2,a,d,,1.4.2 結(jié)點(diǎn)電位法,,,,I1,,,R4,,I3,IS,各支路電流：,代入并整理得,由Va可求出各支路電流,2. 結(jié)點(diǎn)電位法,,結(jié)點(diǎn)電位

49、法是以結(jié)點(diǎn)電位為變量，列寫的方程。,76,,小結(jié)：,+,_,,R1,US1,,,,+,_,,US2,,R2,,R3,,I2,a,d,,1.4.2 結(jié)點(diǎn)電位法,,,,I1,,,R4,,I3,IS,分母為各支路電導(dǎo)之和（不含電流源支路的電導(dǎo)），,2. 結(jié)點(diǎn)電位法,,分子為：恒壓源與串聯(lián)支路電阻之比代數(shù)和（電源的正極與結(jié)點(diǎn)相連為正）及電流源的代數(shù)和（流入結(jié)點(diǎn)的電流源為正），,77,例4：用結(jié)點(diǎn)電位法求VA。,解：,,,,,,2?,A,–,,

50、,,,+,10V,16V,5A,2?,1?,,,,,+ –,= –8V,78,用支路電流法求I。,,R1,,+,–,,R2,,IS,US,,,,,,I1,,1,1.5 疊加原理,一、疊加原理的引入,79,在多個(gè)電源共同作用的線性電路中，某一支路的電壓（電流） 等于每個(gè)電源單獨(dú)作用， 在該支路上所產(chǎn)生的電壓（電流）的代數(shù)和。,,,1.5 疊加原理,當(dāng)電壓源不作用時(shí)應(yīng)視其短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。

51、 分量與總量方向不一致時(shí)取負(fù)號(hào)，一致時(shí)取正號(hào)。,=,+,二、疊加原理的內(nèi)容,80,1.5 疊加原理,=,+,二、疊加原理的內(nèi)容,當(dāng)電壓源不作用時(shí)應(yīng)視其短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開路。 分量與總量方向不一致時(shí)取負(fù)號(hào)，一致時(shí)取正號(hào)。,81,1、 在考慮某一電源單獨(dú)作用時(shí)，令其他電源中的US=0、IS=0，即理想電壓源短路，理想電流源開路。,2、各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)的電流和電壓分量的參考方向與總電流和電壓的

52、參考方向一致前面取正號(hào)，不一致時(shí)前面取負(fù)號(hào)。,3、疊加原理只適用于線性電路，只能用來分析和計(jì)算電流和電壓，不能用來計(jì)算功率。,三、應(yīng)用疊加原理注意以下幾點(diǎn)：,82,,,,3A,,,,,,,,–,+,2?,2?,例1：求電流I。,解：,4V,,,,I,,4V電源作用,3A電源作用,兩個(gè)電源共同作用,I'=1A,I''=1.5A,I= I'–I''= – 0.5A,83,例2：已知E=12

53、V，R1= R2= R3= R4，Uab=10V，若將理電壓源E除去，這時(shí)Uab等于多少？,解：,E單獨(dú)作用時(shí)Uab',除E后,Uab=10 –3= 7V,84,,[例3] 求圖示電路中5?電阻的電壓U及功率P。,+ –,,,,,,,,,,,10A,5?,15?,20V,,+ –,U,2?,4?,[解 ] 先計(jì)算20V電壓源單獨(dú)作用在5?電阻上所產(chǎn)生的電壓U ',電流源不作用應(yīng)相當(dāng)于開路

54、,,,,85,,[例3] 求圖示電路中5?電阻的電壓U及功率P。,+ –,,,,,,,,,,,10A,5?,15?,20V,,+ –,U,2?,4?,[ 解] 再計(jì)算10A電流源單獨(dú)作用在5?電阻上所產(chǎn)生的電壓U '',電壓源不作用應(yīng)相當(dāng)于短路,,,,,,,86,,,,,,,,,,,,,10A,5?,15?,,,+,U'',2?,4?,–,,,,,,5?,15?,2?,

55、4?,,[例3] 求圖示電路中5?電阻的電壓U及功率P。,[ 解] 再計(jì)算10A電流源單獨(dú)作用在5?電阻上所產(chǎn)生的電壓U '',+,–,U'',87,,[例3] 求圖示電路中5?電阻的電壓U及功率P。,+ –,,,,,,,,,,,10A,5?,15?,20V,,+ –,U,2?,4?,,,,= 221.25W,+,= 286.25W,若用疊加原理計(jì)算功率將有,用疊加原理計(jì)算

56、功率是錯(cuò)誤的。想一想，為什么？,[解] 根據(jù)疊加原理，20V電壓源和10A電流源作用在5?電阻上所產(chǎn)生的電壓U 等于,5?電阻的功率為,88,,無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)N0,二端網(wǎng)絡(luò)是指具有兩個(gè)出線端部分的電路，若網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不含電源，則稱為無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)；若網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有電源，則稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)；,1.6 無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換,1.6.1 等效二端網(wǎng)絡(luò)的概念,89,,有源二端網(wǎng)絡(luò)N,1.6 無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換,1.6.1 等效二端

57、網(wǎng)絡(luò)的概念,如果兩個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)N1、N2端鈕上的電壓、電流關(guān)系完全相同，則稱這兩個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)是等效的。,注意：兩個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)等效是指對(duì)二端網(wǎng)絡(luò)以外的電路等效。,a,b,90,電路中兩個(gè)或更多個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)地順序相聯(lián)，并且在這些電阻中通過同一電流，則這樣的聯(lián)接方法稱為電阻的串聯(lián)。,1.6.2 電阻串聯(lián)以及電阻并聯(lián)的等效變換,N1,N2,U=I（R1+R2）,U=IR,根據(jù)二端網(wǎng)絡(luò)等效的定義，只要R= R1+R2，則N1與N2等效。,

58、1.電阻的串聯(lián),91,分壓公式,1.6.2 電阻串聯(lián)以及電阻并聯(lián)的等效變換,,R1,R2,U,I,U2,U1,+,–,+,–,+,–,,,,,,,,若有n個(gè)電阻串聯(lián)，則其等效電阻R = R1+R2+…+Rn,1.電阻的串聯(lián),92,分流公式,電路中兩個(gè)或更多個(gè)電阻聯(lián)接在兩個(gè)公共的結(jié)點(diǎn)之間，則這樣的聯(lián)接法稱為電阻的并聯(lián)。各個(gè)并聯(lián)支路(電阻)的電壓相等。,,等效電阻,1.6.2 電阻串聯(lián)以及電阻并聯(lián)的等效變換,若有n個(gè)電阻并聯(lián)，則其等效電

59、導(dǎo)G = G1+G2+…+Gn,2.電阻的并聯(lián),93,1.6.3 電阻混聯(lián)電路的等效變換,既有電阻串聯(lián)又有電阻并聯(lián)的電路叫做混聯(lián)電路。,[例] 圖示電路可利用開關(guān)的閉合與斷開，得到多種阻值。設(shè)每個(gè)電阻都是1?，試求當(dāng)S2、S3、S5閉合，其它開關(guān)打開時(shí)，a、b兩點(diǎn)間的等效電阻Rab。,94,1.6.3 電阻混聯(lián)電路的等效變換,,,,S5,,,,,S3,,,,S2,,,,,,,,,,,,,,a,b,[解] 當(dāng)S2、S3、S5閉

60、合，其它開關(guān)打開時(shí)，電路可改畫為,95,1.6.4 利用外加電源法求無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻,在無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不是由電阻的串、并聯(lián)組成的電路，或在不知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，可用外加電壓法求其等效電阻。,外加電壓源,,Rab,a,b,外加電流源,或用萬(wàn)用表的歐姆檔直接測(cè)量,96,一個(gè)實(shí)際電源，可以用恒壓源與電阻的串聯(lián)或恒流源與電阻的并聯(lián)作為模型。,1.8 電源模型的等效變換,U=US?IRS,推導(dǎo):,,,US= IS RS,內(nèi)阻改并聯(lián),內(nèi)

61、阻改串聯(lián),注意US與IS的方向,電源模型的等效變換關(guān)系僅對(duì)外電路而言，其內(nèi)部則是不相等的。,97,[例1] 把圖示電路等效變換為恒流源與電阻并聯(lián)的電路。,1.8 電源模型的等效變換,5?,[例2] 把圖示電路等效變換為恒壓源與電阻串聯(lián)的電路。,[解],[解],98,如果US1≠US2，違背KVL無(wú)解,US=US1=US2,,與電壓源并聯(lián)的元件，對(duì)外電路而言稱為多余元件，多余元件可開路。,,多余元件可以開路,請(qǐng)注意以下四種情

62、況,(1),(2),1.8 電源模型的等效變換,99,與電流源串聯(lián)的元件，對(duì)外電路稱為多余元件，多余元件可短路。,請(qǐng)注意以下四種情況,如果 IS1≠ IS2，違背KCL無(wú)解,,,,IS1,,IS2,,IS=IS1=IS2,,,多余元件可以短路,(3),(4),1.8 電源模型的等效變換,100,1.8 電源模型的等效變換,,–+,2V,,1A,,,,,1?,[例3] 將圖示電路化簡(jiǎn)，對(duì)外電路等效。,a,b,101,[例4]

63、 用電源等效變換的方法求圖示電路中電流I。,[解],,,,102,a,練習(xí)：用電源等效變換的方法計(jì)算圖示電路中電壓U。,,+,–,6V,,,6?,,,,b,,,,,,6A,2A,,15?,U,+,–,,,,,,U=30V,103,有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源模型(恒壓源與電阻串聯(lián)電路)等效代替稱為戴維寧定理；用電流源模型(恒流源與電阻并聯(lián)電路)等效代替稱為諾頓定理。,1.9 戴維寧定理和諾頓定理,1.9.1 戴維寧定理,任意線性有源

64、二端網(wǎng)絡(luò) N，可以用一個(gè)恒壓源與電阻串聯(lián)的支路等效代替。其中恒壓 源的 電壓等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，串聯(lián)電阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立源都不作用時(shí)由端鈕看進(jìn)去的等效電阻。,,,,,,,,一、內(nèi)容,104,,除去獨(dú)立源：理想電壓源短路理想電流源開路,其中UOC為有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓,R0為有源二端網(wǎng)絡(luò)所有電源都不作用，從a 、b兩點(diǎn)看進(jìn)的等效電阻。,1.9.1 戴維寧定理,一、內(nèi)容,戴維寧等效電路,105,+,

65、_,,,,I,,25V,6A,3?,5?,,,1?,,,,一、內(nèi)容,,前例用電源等效變換的方法求圖示電路中電流I。,106,+,_,,,,I,,25V,6A,3?,5?,,,1?,,,,一、內(nèi)容,開路電壓:UOC= 25+5?6=55V,等效電阻:R0=5 ?,,,現(xiàn)用戴維寧定理求I,107,1.9.1 戴維寧定理,二、證明,=,+,當(dāng)有源二端網(wǎng)絡(luò)的外電路是由線性元件構(gòu)成時(shí)，可用疊加原理證明戴維寧定理。,在圖B、a點(diǎn)處引入大小相

66、等、極性相反的電壓源US1 、US2,根據(jù)疊加原理，I=I?+I??,取US1為某一數(shù)值，使圖C中電流I?為0，則有,US1=UOC,用R0代替圖D中有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后的等效電阻，有,,108,1.9.1 戴維寧定理,二、證明,=,I=I?+I",圖A,圖B,US1=UOC,∵,但 I?= 0,∴,I=I",又因?yàn)閁S1=US2，而US1=UOC ∴ US2=UOC,因此線性有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)恒

67、壓源為UOC與電阻R0 串聯(lián)的等效支路代替。,109,三、用戴維寧定理求解電路的步驟：,求UOC，畫出求開路電壓UOC時(shí)的電路圖，標(biāo)出UOC 參考方向；,2 求R0，畫出求R0時(shí)的電路圖，即除源，將理想電壓源短路， 理想電流源開路； 采用電阻的串并聯(lián)、外加電源法等。,3 畫出戴維寧等效電路，注意開路電壓的極性， 求解待求量。,1.9.1 戴維寧定理,110,1.9.1 戴維寧定理,[例1

68、] 求圖示電路中電流I。,已知:R1 = R3 = 2?R2= 5?， R4= 8?R5=14?，US1= 8VUS2= 5V， IS= 3A,[解],(1)求UOC,=14V,UOC = I3 R3 –US2 + IS R2,111,[例1] 求圖示電路中電流I。,[解],(1)UOC=14V,已知:R1 = R3 = 2?R2= 5?， R4= 8?R5=14?，US1= 8VUS2= 5V， IS= 3A,