第2章直流电路分析课件.ppt
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1、,掌握电阻串、并联电路的特点,理解分压、分流公式。掌握基尔霍夫定律,能正确熟练得列出节点电流方程和回路电压方程。理解电路的等效变换,掌握电流源与电压源的等效变换、戴维宁定理和叠加原理。,知识目标,直流电路分析,会应用电阻串、并联电路的特点分析和解决实际的简单电路。会计算电路中某点的电位方法。会应用基尔霍夫定律、电路的等效变换分析复杂电路方法。学会定律验证方法,学会测量电源电动势和内阻的方法。,技能目标,2.1电阻串联电路,掌握电阻串联电路的特点,写出分压公式。能应用电阻串联电路的特点分析实际电路。,学习目标,把两个或两个以上的电阻依次连接,中间无分之使电流只有一条通路的电路,称为串联电路,图2
2、.1(a)所示是由三个电阻组成的串联电路。,图 2.1 电阻的串联电路,电阻串联电路的特点【实验】用直流电流表和直流电压表分别测量串联电路的总电流、分电流和总电压、分电压,可以得到:,(1)电流的特点。串联电路的电流处处相等,即I=I1=I2=I3=In(2)电压的特点。串联电路的总电压等于各电阻上分电压之和,即U=U1=U2=U3=Un电流特点和电压特点是电路的基本特点,其他特点都可以从基本特点中推导出来.,(3)电阻特点。如果用一个电阻代替几个串联电阻,两组具有相同的电压/电流关系,我们就把这个电阻称为串联电阻的等效电阻.等效电阻就是电路的总电阻,图2.1(b)所示电路是图2.1(a)的等
3、效电路.将式(2-2)同除以电流I,得,因为I=I1=I2=I3=In所以根据欧姆定律,可得R=R1+R2+R3+Rn,技巧:,电阻的阻值越串越大。当n个等值电阻串联时,其等效电阻R=nR0,电阻的串联就好比是几根水管连接在一起。几根水管连接在一起,水流是从同一根水管流出,只不过是其长度增加了,从水流的角度来考虑电流,就会明白串联电路的等效电阻了.(4)功率特点。将式(2-2)同乘以电流I,得UI=U1I+U2I+U3I+UnI因为I=I1=I2=I3=In所以根据功率定律,可得P=P1+P2+P3+Pn即串联电阻的总功率等于各电阻的分功率之和,(5)电压分配.因为I=I1=I2=I3=In所
4、以,即串联电路中各电阻两端的电压与各电阻的阻值成正比.,技巧:,如果两个电阻R1和R2串联,它们的分压公式为,(6)功率分配.因为I=I1=I2=I3=In所以,即串联电路中各电阻消耗的功率与各电阻的阻值成正比.两个电阻的分功率公式与分压公式相似,即用相应的P代替相应的U,电阻串联电路的应用电阻串联电路的应用十分广泛.在工程上,常利用串联电阻的方法来限制电路中的电流,也用串联电阻的分压作用来实现一定分压要求,如用几个电阻构成分压器,使同一电源能供给不同的电压;用串联电阻的方法限制电流,常用的有电动机串电阻降压启动、电子电路中与二极管串联的限流电阻等;利用串联电阻扩大电压表的量程。同学们也可以想
5、一想还有哪些应用。【例2.1】图2.2所示是常见的分压器电路。已知电路的输入电压UAB为220V,电位器R=200,当电位器触点在中间位置时,求输出电压UCD。,图2.2 电阻分压器电路,分析:当电位器触点在中间位移时,上、下电阻各为50,利用分压公式即可求出输出电压。解:当电位器触点在中间位置时,输出电压,注意:,这是电压连续可调的分压器,当电位器触点上下移动时,输出电压UCD在0UAB之间连续可调。,【例2.2】如图2.3所示,表头内阻Rg=1k,满偏电流Ig=500A,若要改造成量程为2.5V的电压表,应串联多大的电阻?,图2.3例.电路图,分析:先根据欧姆定律求出满偏电压,再求出电阻R
6、分担的电压,即可求出分压电阻的值。解:表头的满偏电压串联电阻分担的电压同学们还可尝试用其他方法求出分压电阻的值。为扩大电压表的量程,要串联阻值较大的电阻。因此,电压表的内阻较大。在实际测量中,电压表应并联在被测电路中,其内阻可以看作是无穷大。,注意:,2.2 电阻并联电路,掌握电阻并联电路的特点,写出分流公式。能应用电阻并联电路的特点分析实际电路。,学习目标,把两个或两个以上的电阻的并连在两点之间,电阻两端承受同一电压的电路,称为并联电路,如图2.4所示是由三个电阻组成的并联电路。1.电阻并联电路的特点【实验】用直流电流表和直流电压表分别测量并联电路的总电流、分电流和总电压、分电压,可以得到:
7、(1)电压的特点。并联电路电阻两端的电压相等,即U=U1=U2=U3=Un(2)电流的特点。串联电路总电流等于各电阻上分电流之和,即I=I1+I2+I3+In,(a)电路图(b)等效电路图2.4 电阻并联电路(3)电阻特点。将式(2-8)同除以电压,得,因为U=U1=U2=Un,所以根据欧姆定律,可得,即并联电路的等效电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和.同学们可以断开电源,用万用表的电阻挡测量验证.电阻的阻值越并越小。当n个等值电阻并联时,其等效电阻为两个电阻并联时,其等效电阻为公式的记忆口诀是:积比和(即上乘下加)电阻的并联就好比是几根水管并排在一起。几根水管并排在一起,相当于各水管的水流叠加
8、在一起,水流变大,水管阻碍水流的程度就变小了.,(4)功率特点。.将式(2-8)同乘以电压,得UI=1+2+3+n因为U=U1=U2=U3=Un所以根据功率定律,可得P=P1+P2+P3+Pn即并联电阻的总功率等于各电阻的分功率之和.功率特点是串联与并联电路唯一相同的特点,因为能量总是守恒的,与电路的连接方式是无关的.,(5)电流分配。因为U=U1=U2=U3=Un所以U=11=22=33=nn既并联电路中通过各个电阻的电流与各个电阻的阻值成反比。如果两个电阻R1和R2并联,它们的分压公式为,(6)功率分配因为U=U1=U2=U3=Un既并联电路中通过各个电阻消耗的功率与各个电阻的阻值成反比。
9、两个电阻的分功率公式与分流公式相似,既用相应的P代替相应的I。电阻并联电路的应用电阻并联电路的应用十分广泛。在工程上,常利用并联电阻的分流作用来实现一定要求,如利用并联电阻扩大电流表的量程。同时,额定电压相同的负载几乎都采用并联,这样,既可以保证用电器在额定电压下正常工作,又能在断开或闭合某个用电器时,不影响其他用电器的正常工作。同学们也可以想一想还有哪些应用。,【例2.3】有一个的电阻,分别与、的电阻并联,并联后的等效电阻各为多少?解:并联后的等效电阻分别为,(),(),(),注意:,电阻并联,电阻值越并越小,两个阻值相差很大的电阻并联,其等效电阻值又小电阻值决定。,【例2.4】如图2.所示
10、,表头内阻Rg=1k,满偏电流Ig=500A,若要改造成量程为的电流表,应并联多大的电阻?,图2.5 例2.4用电路图分析:先根据欧姆定律求出满偏电压,再求出电阻R分担的电流,即可求出分流电阻的值。,解:表头的满偏电压并联电阻分担的电流并联电阻值同学们还可尝试用其他方法求出分流电阻的值。为扩大电流表的量程,要并联阻值较小的电阻。因此,电流表的内阻较小,在实际测量中,电流表应串联在被测电路中,其内阻可以忽略不计。,【综合案例】有个白炽灯,它们的额定电压都是220V,A灯的额定功率为40W,B灯额定功率为100W,电源电压为220V。(1)将它们并联连接时,白炽灯的电阻分别为多少?它们能正常工作吗
11、?功率分别为多少?哪一盏灯亮?(2)将它们串联连接时,白炽灯的电阻分别为多少?它们能正常工作吗?实际功率分别为多少?哪一盏灯亮?思路分析解决本案例的关键是要注意分清电路的连接方式不同,但白炽灯的电阻是不变的。优化解答白炽灯并联时,白炽灯的电阻分别为,因为白炽灯在额定电压下工作,所以白炽灯并联时能正常工作,其功率分别为40W和100W,100W的B灯亮。,(2)白炽灯串联时,白炽灯的电阻不变,仍为RA=1210,RB=484白炽灯的电压分别为白炽灯的实际功率分别为因为白炽灯不在额定电压下工作,所以白炽灯串联时不能正常工作,其实际功率分别为20.4W和8.2W,A灯亮。,小结电阻的连接方式有串联和
12、并联。分析和计算串、并联电路时,要注意比较它们的电流、电压、电阻和功率特点,特别注意串联电阻的分压作用和并联电阻的分流作用。电阻可以串联和并联,电源也可以串联和并联。在工程上,经常根据需要把电动势和内阻相同的电池串联或并联起来,组成电池组,如两节干电池串联起来作手电筒的电源等。电池组串联时,其等效电动势E串=nE,内阻r串=nr,电池组并联时,其等效电动势E并=E,内阻=,注意:,认识混联电路,分析混联电路的等效电阻。掌握混联电路一般分析方法,能计算简单混联电路。,学习目标,2.3 电阻的混联电路,在实际应用中,电路里所包含的电阻常常不是单纯的串联或并联,而是既有串联又有并联,既有电阻串联又有
13、电阻并联的电路,称为混联电路,如图2.6(a)、(b)图所示。(a)(b)图2.6 混联电路,如何分析混联电路?解混联电路的关键是将串、并联电路关系不易看清的加以改画(使所画电路的串、并联关系清),按电阻串并联关系,逐一将电路化简。混联电路的一般分析方法如下。求混联的电路的等效电阻根据混联电路的电阻的连接关系求出电路的等效电路。求混联电路的总电流根据欧姆定律求出电路的总电流。求各部分的电压、电流和功率根据欧姆定律,电阻的串、并联特点和电功率的计算公式分别求出电路各部分的电压、电流和功率。,【例2.5】如图2.7所示,电源电压为220V,输电线上的等效电阻R1=R2=10,外电路的负载R3=R4
14、=400。求:(1)电路的等效电阻;(2)电路的总电流;(3)负载两端的电压;(4)负载R3消耗的功率。图2.7 例2.5用电路图分析:根据混联电路的一般分析方法,应用欧姆定律,电阻的串、并联特点和电功率的计算方式即可求出相关未知量。,解:(1)电路的等效电阻R=R1+R3/R4+R2=10+400/400+10=220(2)电路的总电流(3)负载两端的电压(4)负载R3消耗的功率同学们也可尝试用其他方法求U34和P3。,【综合案例】如图为小李宿舍里的照明电路图,试问,两白炽灯与插座之间采用那种连接方式,为什么?保险丝与白炽灯和插座间由采用那种连接方式,为什么?,说出基尔霍夫电流、电压定律的内
15、容,写出其表达式。能够应用基尔霍夫定律列出一般复杂电路的节点电流方程和回路电压方程。,学习目标,2.4 基尔霍夫定律,在实际电路中,经常遇到由两个或两个以上的电源组成的多回路电路。如在汽车电路中,由蓄电池(电动势E1、内阻R1)、发电机(电动势E2、内阻R2)和负载(灯R3)组成的电路,其等效电路如图2.12所示。我们把不能用电路串、并联分析方法简化成一个单回路的电路,称为复杂。复杂电路的分析和计算的依据是欧姆定律和基尔霍夫定律。,图2.12 汽车电路的等效电路,1.支路、节点、回路和网孔(1)支路。支路是由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路。同以支路电流处处相等。在图2.12中,R1、E
16、1构成一条支路,R2、E2构成一条支路,R3是另一条支路。(2)节点。节点是三条或三条以上支路的支点。在图2.12中,节点有B点和E点。(3)回路。回路是电路中任何一条闭合的路径。在图2.12中,回路有ABEFA、BCDEB、ABCDEFA。(4)网孔。网孔是内部不包含支路的回路。在图2.12中,ABEFA回路和BCDEB回路是网孔。2.基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律也称节点电流定律,其内容为:对电路中的任一节点,在任一时刻,流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。用公式表示为Ii=IO式中:Ii流入节点的电流之和,单位为安培(A);IO流出节点的电流之和,单位为安培(A)。,图2.13
17、节点电流示意图,如图2.13所示电路中,有5条支路汇集于节点A,I2、I4流入节点A,I1、I3、I5流出节点A,因此I2+I4=I1+I3+I5通常我们规定流入节点的电流为正值,流出节点的电流为负值,汇集于节点A的各支路电流的关系为-I1+I2-I3+I4+I5=0因此,基尔霍夫第一定律的内容也可表述为:在任一时刻,通过电路中任一节点的电流的代数和恒等于零。用公式表示为:I=0基尔霍夫第一定律可推广用于任何一个假想的闭合曲面S,S称为广义节点,如图2.14所示。通过广义节点的各支路电流的代数和恒等于零。,提示:,注意:,图2.14 广义节点,我们可以将节点(包括广义节点)想象成自来水管中的三
18、通管。流出三通管的水流始终等于流入三通管的水流,水不可能在三通管中积聚起来。电流也类似。,只能对流过同一节点(包括广义节点)的各支路电流列节点电流方程。列节点电流方程时,首先假定未知电流的参考方向,计算结果为正值,说明该支路电流实际方向与参考方向相同;计算结果为负值,说明该支路电流实际方向与参考方向相反。,【2.8】图2.15所示电桥电路中,已知:I=20mA,I1=8mA,I3=1 4mA,求其余各支路电流。分析:先任意标定未知电流方向,如图2.15所示,再根据节点电流定律求出未知电流。解;对节点A,可列出节点电流方程I+I1-I2=0因此I2=I1+I=8+20=28mA对节点C,可列出节
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