电路与电子学2直流电路.ppt

《电路与电子学2直流电路.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路与电子学2直流电路.ppt（128页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一章 直流电路,(1-1),第一章 直流电路,1.1 电路与电路模型,1.2 电流、电压、电位,1.3 电功率,1.4 电阻元件,1.5 电压源与电流源,1.6 基尔霍夫定律,1.8 支路电流法,1.9 节点电位分析法,1.10 叠加原理,1.11 等效电源定理,1.12 含受控源的电阻电路,1.7 简单的电阻电路,第一章 直流电路,(1-2),1.1 电路与电路模型,一个最简单的实例,电源：为电路提供电能量的元件。,负载：将电能转换为其它形式能量的元件。,第一章 直流电路,(1-3),1.2 电流、电压、电位,一、物理量的正方向：,第一章 直流电路,(1-4),二、物理量正方向的表示方法,

2、电压,第一章 直流电路,(1-5),电路分析中的假设正方向（参考方向）,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,电流方向AB？,电流方向BA？,第一章 直流电路,(1-6),(1)在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；,解题方法,(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；并依此进行计算。,第一章 直流电路,(1-7),在电路中任选一节点，设其电位为零(用,此点称为参考点。其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。记为：“

3、VX”（注意：电位为单下标）。,标记),三、电位的概念,第一章 直流电路,(1-8),电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。,注意：电位和电压的区别,第一章 直流电路,(1-9),电位在电路中的表示法,第一章 直流电路,(1-10),+15V,-15V,参考电位在哪里？,第一章 直流电路,(1-11),例：,*电路中的参考点是人为确定的，,*电路中的电位随参考点而定，但是两点之间的电压不随参考点的变化而改变。,第一章 直流电路,(1-12),第一章 直流电路,(1-13),1.3 电功率,功率的概念：设电路中任

4、意两点间的电压为 U，流入此部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:,第一章 直流电路,(1-14),在 U、I 正方向选择一致的前提下，,“吸收功率”（负载）,“发出功率”（电源）,若 P=UI 0,若 P=UI 0,P=-UI,当电压电流的正方向相反时:,第一章 直流电路,(1-15),当计算出某部分电路的 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，其性质为负载。,所以，从 P 的+或-可以区分电路器件的性质，或是电源，或是负载。,结 论,在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致.,当计算出某部分电路的 P 0 时,则说明 U、I 的实际方向相反，此部

5、分电路发出电功率，其性质为电源。,第一章 直流电路,(1-16),1.4 电阻元件及欧姆定律,线性电阻,非线性电阻,1、电阻 R,（常用单位：、k、M）,第一章 直流电路,(1-17),注意：利用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方向。,2、欧姆定律,第一章 直流电路,(1-18),广义欧姆定律(支路中含有电动势时的欧姆定律),当 UabE 时，I 0 表明方向与图中假设方向一致当 UabE 时，I 0 表明方向与图中假设方向相反,E,+,_,b,a,I,Uab,R,第一章 直流电路,(1-19),(4)为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设，既“一致方向”。,

6、(1)方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。,(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,提示,第一章 直流电路,(1-20),1.5 电压源与电流源,一.电压源,US,特点：(1）输出电 压不变，其值恒等于电动势。即 Uab US；,（2）电源中的电流由外电路决定。,理想电压源（恒压源）:RS=0 时的电压源.,第一章 直流电路,(1-21),恒压源中的电流由外电路决定,设:US=10V,

7、当R1、R2 同时接入时：I=10A,例,第一章 直流电路,(1-22),二.电流源,b,Is,电流源模型,第一章 直流电路,(1-23),理想电流源（恒流源):RS=时的电流源.,特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS；,伏安特性,（2）输出电压由外电路决定。,第一章 直流电路,(1-24),恒流源两端电压由外电路决定,设:IS=1 A,R=10 时，U=10 V,R=1 时，U=1 V,则:,第一章 直流电路,(1-25),原则：Is不能变，US 不能变。,电压源中的电流 I=IS,恒流源两端的电压,第一章 直流电路,(1-26),恒压源与恒流源特性比较,恒压源,恒流源,不

8、 变 量,变 化 量,Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。,I 的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I 无影响。,输出电流 I 可变-I 的大小、方向均由外电路决定,端电压Uab 可变-Uab 的大小、方向均由外电路决定,第一章 直流电路,(1-27),三.两种电源的等效互换,等效互换的条件：对外的电压电流相等。,I=I Uab=Uab,即：,I,第一章 直流电路,(1-28),等效互换公式,则,第一章 直流电路,(1-29),电压源,电流源,第一章 直流电路,(1-30),等效变换的注意事项,第一章 直流电路,(1-31),注意转换前后 US 与 Is 的方向,(2),

9、在电源内部电位升高的方向与 IS 的方向一致。,第一章 直流电路,(1-32),（不存在）,第一章 直流电路,(1-33),(4),进行电路计算时，和恒压源串电阻与和恒流源并电阻两者之间均可等效变换。RS 和 RS 不一定是电源内阻。,第一章 直流电路,(1-34),应用举例,第一章 直流电路,(1-35),(接上页),第一章 直流电路,(1-36),(接上页),第一章 直流电路,(1-37),哪个答案对,?,?,?,第一章 直流电路,(1-38),1.6 基尔霍夫定律,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,名词注释：,节点N：三个或三个以上支

10、路的联结点,支路B：电路中每一个分支,回路L：电路中任一闭合路径,#网孔M：内部不含支路的回路。,第一章 直流电路,(1-39),支路：ab、ad、.（共6条）,回路：abda、bcdb、.（共7 个）,节点：a、b、.(共4个）,例,网孔：abda、bcdb、adca（共 3 个）,第一章 直流电路,(1-40),(一)基尔霍夫电流定律-KCL,对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由该节点流出的电流。,基尔霍夫电流定律的 依据：电流的连续性,或者说，在任一瞬间，任意节点电流的代数和为 0。,第一章 直流电路,(1-41),电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0

11、,基尔霍夫电流定律的扩展,第一章 直流电路,(1-42),(二)基尔霍夫电压定律-KVL,对电路中的任一回路，沿任意循行方向绕行一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。,例如：回路 a-d-c-a,即：,或：,一般选择顺时针的电压降落方向：,第一章 直流电路,(1-43),关于独立方程式的讨论,问题的提出：在用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？,分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？,第一章 直流电路,(1-44),电流方程：,节点a：,节点b：,独立电流方程只有 1 个,b,第一章 直流电路,(1-45),设：电路中有N个节点，B个支路,N=

12、2、B=3,小 结,第一章 直流电路,(1-46),第一章 直流电路,(1-47),1.7 简单的电阻电路,对于简单电路，通过串、并联关系即可求解。如：,第一章 直流电路,(1-48),对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联无法求解，必须使用特定的方法，才能算出结果。,Rcd=?,第一章 直流电路,(1-49),Y-变换,*,当 时：,第一章 直流电路,(1-50),1.8 支路电流法,未知数：各支路电流,解题思路：(1)、根据克氏定律，列节点电流 和回路电压方程。(2)、联立求解。,第一章 直流电路,(1-51),解题步骤：,1.对每一支路假设一未 知电流（I1-I6）,4.解联立方程组,节点

13、数 N=4支路数 B=6,例1,第一章 直流电路,(1-52),节点a：,列电流方程,节点c：,节点b：,节点d：,（取其中三个方程）,节点数 N=4支路数 B=6,第一章 直流电路,(1-53),列电压方程,第一章 直流电路,(1-54),是否能少列一个方程?,例2,电流方程N-1个,支路电流未知数少一个：,支路中含有恒流源的情况,第一章 直流电路,(1-55),电压方程B-N+1个：,第一章 直流电路,(1-56),第一章 直流电路,(1-57),支路电流法小结,解题步骤,结论与引申,1,2,对每一支路假设一未知电流,(1).假设未知数时，正方向可任意选择。,对每个节点有,(1).未知数=

14、B，,4,解联立方程组,对每个回路有,根据未知数的正负决定电流的实际方向。,3,列电流方程：,列电压方程：,(2).原则上，有B个支路就设B个未知数。,（恒流源支路除外）,(N-1),(2).独立回路的选择：,已有(N-1)个节点方程，,需补足 B-（N-1）=M个方程。,一般按网孔选择,第一章 直流电路,(1-58),支路电流法的优缺点,优点：支路电流法是电路分析中最基本的 方法之一。只要根据克氏定律、欧 姆定律列方程，就能得出结果。,缺点：电路中支路数多时，所需方程的个 数较多，求解不方便。,支路数 B=4须列4个方程式,第一章 直流电路,(1-59),共a、b两个节点，b设为参考点后，仅

15、剩一个未知数（a点电位Va）。,节点电位法解题思路,求其它各节点电位，,求各支路的电流或电压。,1.9 节点电位分析法,第一章 直流电路,(1-60),节点电位方程的推导过程,（以下图为例）,则：各支路电流分别为：,求电位：VA、VB,第一章 直流电路,(1-61),将各支路电流代入A、B 两节点电流方程，然后整理得：,其中未知数仅有VA、VB 两个，利用两个方程即可解出结果。,第一章 直流电路,(1-62),节点电位方程的特点,以A节点为例：,方程左边：未知节点的电位乘上聚集在该节点上所有支路电导的总和（称自电导）减去相邻节点(B)的电位乘以与未知节点(A)共有支路上的电导（称互电导）。,A

16、,B,方程右边：与该节点相联系的各有源支路中的电动势与本支路电导乘积的代数和，当电动势方向朝向该节点时，符号为正，否则为负。,第一章 直流电路,(1-63),按以上规律列写B节点方程：,A,B,第一章 直流电路,(1-64),*电路中含有电流源的情况,当电流源方向朝向该节点时，符号为正，否则为负。,第一章 直流电路,(1-65),节点电位法应用举例（1）,电路中含有两个节点，仅剩一个独立节点作为未知数 VA,则：,求各支路电流等于多少?,第一章 直流电路,(1-66),设：,节点电位法应用举例（2）,电路中含恒流源的情况,则：,?,第一章 直流电路,(1-67),对于含恒流源支路，列节点电位方

17、程 时应按以下规则：,方程左边：按原方法编写，但不考虑恒流源支路的电阻。,方程右边：除考虑到电压源作用外再写上恒流源的电流。其符号为：电流朝向未知节点时取正号，电流背离未知节点时取负号。,第一章 直流电路,(1-68),应用举例（3）P20 例：1-10,求电路中节点电位V1、V2 是多少？,第一章 直流电路,(1-69),1.10 叠加原理,在多个电源共同作用的线性电路中，各支路电流或任意两点间电压都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,+,概念:,线性电路 电路参数不随电压、电流的变化而改变,第一章 直流电路,(1-70),证明：,令：,第一章 直流电路,(1-71),令：,其中:,第一

18、章 直流电路,(1-72),例,迭加原理用求：I=?,不作用的电压源短路I=2A,不作用的电流源断路I=-1A,I=I+I=1A,+,解：,有电压源电流源共同作用的情况：,第一章 直流电路,(1-73),应用迭加定理要注意的问题,1.迭加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。,第一章 直流电路,(1-74),4.迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来 求功率。如：,I3,R3,第一章 直流电路,(1-75),补充说明,第一章 直流电路,(1-76),例,（1）和（2）联立求解得：,第一章 直流电路,(1-77),1.11 等效电源定理,无源二端网络：二端网络中没有电源

19、,有源二端网络：二端网络中含有电源,二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。（Two-terminals=One port）,第一章 直流电路,(1-78),等效电源定理的概念,有源二端网络用电源模型替代，便为等效电源定理。,第一章 直流电路,(1-79),(一)戴维南定理,注意：“等效”是指对端口外等效,第一章 直流电路,(1-80),等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）,等效电压源的电动势（Ed）等于有源二端网络的开端电压；,第一章 直流电路,(1-81),戴维南定理的证明,有

20、源二端网络,有源二端网络,第一章 直流电路,(1-82),第一章 直流电路,(1-83),戴维南定理应用举例（之一）,已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 E=10V求：当 R5=10 时，I5=?,等效电路,第一章 直流电路,(1-84),第一步：求开端电压Ux,第一章 直流电路,(1-85),第二步：求输入电阻 Rd,第一章 直流电路,(1-86),等效电路,时：,第三步：求未知电流 I5,第一章 直流电路,(1-87),戴维南定理应用举例（之二）,求：U=?,_,第一章 直流电路,(1-88),第一步：求开端电压Ux。,第一章 直流电路,(1-89),第二步：求等效电压源

21、电阻 Rd。,第一章 直流电路,(1-90),第三步：求解未知电压。,第一章 直流电路,(1-91),(二)诺顿定理,等效电流源 Id 为有源二端网络输出端的短路电流,第一章 直流电路,(1-92),诺顿定理应用举例(同前例）,等效电路,已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 E=10V 求：当 R5=10 时，I5=?,第一章 直流电路,(1-93),第一步：求短路电流 Id,VA=VBId=0?,有源二端网络,A,Id,第一章 直流电路,(1-94),B,A,Id,第一章 直流电路,(1-95),第二步：求等效电流源电阻 Rd,计算方法与戴维南定理相同,第一章 直流电路,(1

22、-96),等效电路,第一章 直流电路,(1-97),第三步：求解未知电流 I5。,I5,A,B,Id,24,0.083A,R5,10,Rd,结果同前！,第一章 直流电路,(1-98),1.12 含受控电源的电阻电路,电源,非独立源（受控源）,独立源,电压源,电流源,第一章 直流电路,(1-99),独立源和非独立源的异同,相同点：两者性质都属电源，均可向电路 提供电压或电流。,受控源的电动势或输出电流受电 路中某个电压或电流的控制。它不 能独立存在，其大小、方向由控制 量决定。,不同点：独立电源的电动势或电流是非电能量提供的，其大小、方向和电路中的电压、电流无关；,第一章 直流电路,(1-100

23、),受控源分类,压控电压源,第一章 直流电路,(1-101),受控源电路的分析计算,第一章 直流电路,(1-102),求：I1、I2,则：,+,+,-,_,Es,20V,R1,R3,R2,2A,2,2,1,Is,A,B,I1,I2,ED,第一章 直流电路,(1-103),解得：,第一章 直流电路,(1-104),受控源电路分析计算-要点（1）,在用迭加原理求解受控源电路时，只应分别考虑独立源的作用；而受控源仅作一般电路参数处理，不能单独取消。,ED=0.4UAB,第一章 直流电路,(1-105),(1)Es 单独作用,()Is 单独作用,第一章 直流电路,(1-106),解得,代入数据得：,(

24、1)Es 单独作用,第一章 直流电路,(1-107),节点电位法：,()Is 单独作用,第一章 直流电路,(1-108),（3）最后结果：,结果同前！,第一章 直流电路,(1-109),受控源电路分析计算-要点（2）,可以用两种电源互换、等效电源定理等方法，简化受控源电路。但简化时注意不能把控制量化简掉。否则会留下一个没有控制量的受控源电路，使电路无法求解。,已知:,求:I1,第一章 直流电路,(1-110),两种电源互换,I1,第一章 直流电路,(1-111),第一章 直流电路,(1-112),第一章 直流电路,(1-113),第一章 直流电路,(1-114),第一章 直流电路,(1-115

25、),第一章 直流电路,(1-116),受控源电路分析计算-要点（3）,（1）如果二端网络内除了受控源外没有其他独立源，则此二端网络的开端电压必为0。因为，只有在独立源作用后产生控制作用，受控源才表现出电源性质。（2）求输入电阻时，只能将网络中的独立源去除，受控源应保留。（3）可以用“加压求流法”或“开路、短路法”求输入电阻。,第一章 直流电路,(1-117),用戴维南定理求I1,(1)求开路电压：,Ux=0,第一章 直流电路,(1-118),(2)求输入电阻：加压求流法,第一章 直流电路,(1-119),(3)最后结果,第一章 直流电路,(1-120),求戴维南等效电路,A,第一章 直流电路,

26、(1-121),(1)求开路电压UAB：,第一章 直流电路,(1-122),(2)求输入电阻Rd,去掉独立源 加压求流,第一章 直流电路,(1-123),第一章 直流电路,(1-124),(3)求等效电路,B,+,_,2V,1,2,2,3UAB,第一章 直流电路,(1-125),受控源电路分析计算-要点（4）,含受控源的二端网络的输入电阻可能出现负值。具有负值的电阻只是一种电路模型。,A,如上例,B,-8/15,+,_,4/15V,(负电阻),第一章 直流电路,(1-126),电路分析方法小结,电路分析方法共讲了以下几种：,两种电源等效互换支路电流法节点电位法迭加原理等效电源定理,戴维南定理诺顿定理,第一章 直流电路,(1-127),以下电路用什么方法求解最方便,？,第一章 直流电路,(1-128),第一章,结 束,