电路的基本定律与分析方法.ppt

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1、青岛大学自动化工程学院,山炳强博远楼（西5教）507,电工电子技术,青岛大学自动化工程学院,电工电子技术是一门专业技术基础课。,基础要求：,青岛大学自动化工程学院,课程概述,教材包括5个模块，囊括了电路、模拟电子、数字电子、电气控制等诸多内容，其中第4模块 EDA技术将在实验课上进行学习。,课程要求,1.课堂认真听讲,掌握要点,课后要复习巩固;2.关键在课后练习,举一反三；3.作业要求认真独立完成。,青岛大学自动化工程学院,第一章电路的基本定律与分析方法,1.1 电路的基本概念1.2 电路的基本定律1.3 电路的分析方法,青岛大学自动化工程学院,1.1 电路的基本概念,1.1.1 电路的组成及

2、作用1.1.2 电流和电压的参考方向1.1.3 电路的功率1.1.4 电源的工作状态1.1.5 电路模型及理想电路元件,青岛大学自动化工程学院,1.1.1 电路的组成及作用,电路是各种电气设备或元件按一定方式连接起来组成的总体。,青岛大学自动化工程学院,电源：提供电能（或信号）的部分，如蓄电池、发电机和信号源等；,负载：吸收或转换电能的部分，如电动机、照明灯和电炉等；,中间环节：连接和控制电源和负载的部分；最简单的可为两根导线，复杂的可以是一个庞大的控制系统。,青岛大学自动化工程学院,电路的作用,传输与转换电能（如电力系统）进行信号的传递和处理（如电视机电路等）,青岛大学自动化工程学院,1.1

3、.2 电流和电压的参考方向,电流和电压的正方向：,实际正方向：,物理中对电量规定的方向。,青岛大学自动化工程学院,SI基本架构图,例如：50mA，50毫安，五十毫安均为SI的表示方法。其中50、五十为数值 m：分数的代号（代表10-3或千分之一）A：代表单位（安培）的代号毫：代表分数的名称安：代表单位的名称,青岛大学自动化工程学院,国际单位制的基本单位,青岛大学自动化工程学院,用于构成十进倍数和分数单位的词头,所表示的因数词头名称词头符号的次方艾（可萨）E(exa)的次方拍（它）P(peta)的次方太（拉）T(tera)的次方吉（咖）G(giga)的次方兆M(miga)的次方千k(kilo)的

4、次方百h(hecto)的次方十da(deca)的次方分d(deci)的次方厘c(centi)的次方毫m(milli)的次方微u(micro)的次方纳（诺）n(nano)的次方皮（可）p(pico)的次方飞（母托）f(femto)的次方阿（托）a(atto),青岛大学自动化工程学院,物理量正方向的表示方法,正负号,Uab（高电位在前，低电位在后）,双下标,箭 头,1,2,3,青岛大学自动化工程学院,假设正方向（参考方向）,在分析计算时，对电量人为规定的方向。,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？,问题的提出,青岛大学自动化工程学院,(1)在解题前先任意设定一个正方向，作为参

5、考方向；,(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；,(3)根据计算结果确定实际方向：,假设正方向（参考方向）的应用,结论！,若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。,青岛大学自动化工程学院,(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，称为关联参考方向,(1)方程式U/I=R 仅适用于U,I参考方向一致的情况,(2)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”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。

6、缺少“参考方向”的物理量是无意义的,青岛大学自动化工程学院,已知：E=2V,R=1求：当U 分别为 3V 和 1V 时，求IR的大小和方向?,(2)列电路方程：,E,R,a,b,U,+,-,(3)数值 计算,（实际方向与参考方向一致）,（实际方向与参考方向相反）,青岛大学自动化工程学院,（关联参考方向）,青岛大学自动化工程学院,1.1.3 电路的功率,设电路任意两点间的电压为 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:,P=U I,功率的概念,单位:W,kW,mW,负载,若元件上的电压为 U 和电流为 I的实际方向一致,则该元件吸收功率,为负载;,电源,若元件上的电压为 U 和

7、电流为 I的实际方向相反,则该元件发出功率,为电源。,青岛大学自动化工程学院,元件的电路性质,电路中，有的电路设备起电源作用，是电源性质，发出功率。有的电路设备起负载作用，是负载性质，吸收功率。,注：电路符号为电源在电路中不一定起电源的作用，电路符号为负载在电路中不一定起负载的作用。,青岛大学自动化工程学院,在 U、I 为关联参考方向的前提下：,则吸收功率为负载,若 P=UI 0,若 P=UI 0,根据能量守衡关系,P（吸收）=P（发出）,则发出功率为电源,青岛大学自动化工程学院,根据 电压和电流的实际方向判断器件的性质，或是电源，或是负载。,当元件上的U、I 的实际方向一致，则此元件消耗电功

8、率，为负载。实际方向相反，则此元件发出电功率，为电源。,实际方向根据参考方向和计算结果的正、负得到。,结 论,青岛大学自动化工程学院,根据 P 的+或-可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。,在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。,当P 0 时,说明 U，I 实际方向一致，电路消耗电功率，为负载。P 0 时,说明 U、I 实际方向相反，电路发出电功率，为电源。,青岛大学自动化工程学院,已知，U=5v，在I=1A和I=-1A时，问：元件A是吸收或发出功率？判断电路性质？,（1）I=1A:P=UI=5w，P0,U、I采用关联参考方向：,A吸收功率，是负载,（2）I=-1A:P=UI=-

9、5w，P0,A发出功率，是电源,青岛大学自动化工程学院,若：电压表和电流表均正偏，判断A、B谁是电源，谁是负载,A：电压和电流的实际方向相反，是电源,B：电压和电流的实际方向相同，是负载,青岛大学自动化工程学院,电源在不同的工作条件下，会有不同的状态，具有不同的特点。下面以直流电路为例，分别讨论电源的三种工作状态。,电源的工作状态,1.有载工作状态,当电源与负载接通，电路中有电流流动，电路的此种状态称为通路，电源的此种状态称为有载状态。,青岛大学自动化工程学院,负载电阻,电源电动势,电源内阻,电路电流:,电源端电压:,电源外特性:,电源端电压U和输出电流I的关系,电源外特性的斜率与R0有关，R

10、0越小，斜率越小。,R0 RL时，U 随负载的变动很小，受负载的影响很小，电源带负载能力强,青岛大学自动化工程学院,电路功率:,功率平衡,电路产生的总功率等于消耗的总功率，可知,青岛大学自动化工程学院,额定值：,各种电气设备在工作时的电压、电流、功率都有一定的限额，这些限额是用来表示它们的正常工作条件和工作能力的，称为额定值。分别用UN，IN，PN来表示。,对负载来讲：,额定值指负载正常工作时的条件及消耗的功率限额。,青岛大学自动化工程学院,对电源来讲：额定值指电源向负载提供的 电流、电压和功率的限额。通常在铭牌或说明书中标出 注意使用时不要超过额定值。,以电压源为例：,负载增加，I总、P总增

11、加,电源输出的电流、功率取决于负载的大小。,青岛大学自动化工程学院,结论：,在一定条件下，电源输出的功率取决于负载的大小，所以电源不一定处于额定工作状态，但是一般不应该超过额定值。因此：电源的额定状态与负载是有区别的，负载一般要额定工作。电源的输出功率取决于负载。,青岛大学自动化工程学院,2.电源开路,I=0,U=U0=E,P=0,3.电源短路,U=0,（空载，RL=）,外电路被短路（RL=0）,电源短路容易烧坏电源，因此电源使用中通常接入熔断器,P=0（输出功率）PE=I2 R0（电源消耗的功率）,青岛大学自动化工程学院,思考：,(1)R00，S闭合后 I1变化？,不变,(2)R00，S闭合

12、后 I1变化？,减小,(3)电源的额定功率为125kw、220v，接220v、60w的电灯时，电灯会不会烧毁？,不会，电源输出的功率为60w,青岛大学自动化工程学院,电路模型与理想电路元件,实际电路由实际元器件构成，其电磁特性较为复杂，为便于分析研究，在一定条件下突出其主要电磁特性，忽略次要因素，就建立了实际元器件的模型：,青岛大学自动化工程学院,1.理想电压源:,特点:（1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即 Uab E；,（2）电源中的电流由外电路决定。,两端电压可按某种规律变化，而与通过它的电流无关的元件。,青岛大学自动化工程学院,恒压源中的电流由 决定?,设:E=10V，根据不同外电路

13、求I？,当R1 R2 同时接入时：I=10A,I=5A,则当R1接入时：,恒压源：理想电压源的电压恒等于常数。,青岛大学自动化工程学院,2、理想电流源:,特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS；,IS,伏安特性,（2）输出电压由外电路决定。,通过元件电流可按某种规律变化，而与其两端电压无关的元件。,青岛大学自动化工程学院,恒流源两端电压由 决定?,设:IS=1 A，根据R求U？,R=10 时，U=10 V,U=1 V,则R=1 时:,恒流源：理想电流源的电流恒等于常数。,青岛大学自动化工程学院,恒压源与恒流源特性比较,Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。,

14、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,青岛大学自动化工程学院,原则：Is不能变，E 不能变。,恒压源中的电流 I=IS,恒流源两端的电压,Uab=-E,与理想电压源并联的电路（器件），其两端电压等于理想电压源的电压；与理想电流源串联的电路（器件），其电流等于理想电流源的电流。,青岛大学自动化工程学院,伏-安特性,3.电阻 R,（常用单位：、k、M）,线性电阻,非线性电阻,由消耗电能的物理过程抽象出来的理想电路元件。,青岛大学自动化工程学院,消耗能量,吸收功率,电阻元件是耗

15、能元件,（W）,单位：P（W），t（s），W（J）P（kW），t（h），W（kWh）,青岛大学自动化工程学院,4.电感 L,线圈是典型的电感元件，忽略其电阻可以认为是一个理想的电感元件。,由磁能储存的物理过程抽象出来的理想电路元件。,青岛大学自动化工程学院,（单位：H,mH,H）,当电流I通过线圈时，线圈中就会有磁通，若线圈匝数为N，则线圈的电感定义为单位电流产生的磁链，即,线圈匝数,即：L i=N,电感是表征线圈产生磁通能力的物理量。,青岛大学自动化工程学院,线圈面积,线圈长度,磁导率,电感和结构参数的关系,线圈匝数,青岛大学自动化工程学院,电感中的感应电动势e,e 的方向：,e 的大小：,

16、当线圈中的电流发生变化时，它产生的磁通也变化，根据电磁感应定律，在线圈两端将有感应电动势产生。,青岛大学自动化工程学院,电感中电流、电压的关系,所以,在直流电路中电感相当于短路。,直流电路中，电感中的电流是否为0？,青岛大学自动化工程学院,电感是一种储能元件,储存的磁场能量为：,电感的储能,？,电感中的电流是直流时,储存的磁场能量是否为0？,否！,青岛大学自动化工程学院,5.电容 C,在电容元件两端，即两极板间加电压u，电容即被充电，建立电场。电容定义为单位电压下存储的电荷。,（单位：F,F,pF）,电容符号,有极性,无极性,q=Cu,由电能储存的物理过程抽象出来的理想电路元件。,青岛大学自动

17、化工程学院,极板面积,板间距离,介电常数,电容和结构参数的关系,青岛大学自动化工程学院,电容上电流、电压的关系,所以,在直流电路中电容相当于开路。,q=Cu,直流电路中，电容两端的电压是否为0？,青岛大学自动化工程学院,电容是一种储能元件,储存的电场能量为：,电容的储能,电容两端的电压是直流时,储存的电场能量是否为0？,否！,青岛大学自动化工程学院,云母电容器,薄膜电容器,瓷片电容器,青岛大学自动化工程学院,电解电容器,青岛大学自动化工程学院,无源元件小结,青岛大学自动化工程学院,当U为直流电压时，计算电感和电容的电压、电流和储能。,，,，,，,，,青岛大学自动化工程学院,6、理想受控源,在电

18、路中起电源作用，但其电压或电流受电路其他部分控制的电源。,受控源,压控电压源：VCVS,流控电压源：VCCS,压控电流源：CCVS,流控电流源：CCCS,青岛大学自动化工程学院,理想受控源的分类,青岛大学自动化工程学院,独立源和受控源的异同,相同点：两者性质都属电源，均可向电路 提供电压或电流。,不同点：独立电源的电动势或电流是由非电能量提供的，其大小、方向和电路中的电压、电流无关；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。,青岛大学自动化工程学院,实际元件的特性可以用若干理想元件来表示：,参数的影响和电路的工作条件有关。在一定条件

19、下可忽略次要参数的影响。,青岛大学自动化工程学院,1.2.1 欧姆定律1.2.2 基尔霍夫定律,1.2 电路的基本定律,基尔霍夫电流定律（KCL）,基尔霍夫电压定律（KVL）,青岛大学自动化工程学院,注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明正方向。,1.2.1 欧姆定律,反映线性电阻元件上电压与电流的关系。,青岛大学自动化工程学院,基尔霍夫（18241887）Kirchhoff，Gustav Robert,德国物理学家。1845年，21岁发表了基尔霍夫定律。1859年，出了关于热辐射的定律。1862年他又进一步得出绝对黑体的概念。他的热辐射定律和绝对黑体概念是开辟20世纪物理学新纪元的关键

20、之一。1900年M.普朗克的量子论就发轫于此。光谱化学分析法。他发现了元素铯和铷,青岛大学自动化工程学院,1.2.2 基尔霍夫定律,名词解释：,节点：三个或三个以上支路的联结点,支路：电路中每一个分支,回路：电路中任一闭合路径,网孔：回路中无支路时称网孔,描述电路中节点上的电流和回路中的电压所满足的普遍规律，其中包括电流和电压两个定律，又称节点电流定律与回路电压定律。,青岛大学自动化工程学院,支路：ab、ad、.（共6条）,回路：abda、bcdb、.（共7个）,节点：a、b、.(共4个）,网孔：abda、bcdb、adca（共3个）,青岛大学自动化工程学院,1.基尔霍夫电流定律(KCL),对

21、任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流总和等于由该节点流出的电流总和。即在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。,I=0,即：,对a节点：,或：,设流入节点取“+”，流出节点取“-”。,在含有N个节点的电路中，只能列出N-1个独立的KCL方程。,青岛大学自动化工程学院,KCL还适用于电路中任意假设的封闭面，即任一瞬间，通过任意封闭面电流的代数和为0。,I1+I2+I3=0,基尔霍夫电流定律的扩展,证明：,a:,b:,c:,青岛大学自动化工程学院,I=0,I=?,计算图示电路中的未知电流 I。,解：,2-3-4-I=0,I=2-3-4=-5 A,利用扩展的KCL列方程：,青岛大学自动化工程学院,

22、2.基尔霍夫电压定律(KVL),任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，各部分电压的代数和恒等于0，即任一瞬间，任一回路中，其电位升（电动势）的代数和等于电位降（电压）的代数和。,回路 a-d-b-c-a,即：,或：,青岛大学自动化工程学院,列写KVL方程的步骤：,1.标出回路中各段电压和电流的参考方向；选定一个回路方向；,2.沿回路巡行一周，若电压（电流）与回路方向一致，取正；相反，取负；,回路 a-b-c-a,回路 a-b-d-a,青岛大学自动化工程学院,KVL也适合于开口电路。,基尔霍夫电压定律的扩展,青岛大学自动化工程学院,求：I1、I2、I3 能否很快说出结果,青岛大学自动化工程学院,1.

23、3 电路的分析方法,电路分析通常是已知电路的结构和参数，求解电路中的基本物理量。分析的依据是电路的基本定律。,对于简单电路，通过串、并联关系即可求解。如,青岛大学自动化工程学院,对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联很难求解，必须经过一定的解题方法，才能算出结果。,青岛大学自动化工程学院,1.3 电路的分析方法,1.3.1 支路电流法1.3.2 电源等效变换法1.3.3 叠加原理1.3.4 等效电源定理,青岛大学自动化工程学院,未知：各支路电流,解题思路：根据电路的基本定律，列节点电流和回路电压方程，然后联立求解。,1.3.1 支路电流法,已知：电路结构和参数,青岛大学自动化工程学院,关于独立方

24、程式的讨论,问题：在用基尔霍夫电流定律或电压定律列方程时，可以列出多少个独立的KCL、KVL方程？,3条支路；2个节点；3个回路，2个网孔,KCL方程：,节点a：,节点b：,KVL方程：,独立方程只有 1 个,#1：,#2：,#3：,独立方程只有 2 个,青岛大学自动化工程学院,设：电路中有N个节点，B个支路,N=2、B=3,小 结,青岛大学自动化工程学院,用支路电流法解题步骤,1.对每一支路假设一未知电流（I1IB）；,4.解联立方程组，得 I1IB。,2.列N-1个节点电流方程；,3.列 B-（N-1）个回路（取网孔）电压方程；,设：电路中有N个节点，B个支路,青岛大学自动化工程学院,节点

25、a：,列3个独立KCL方程,节点c：,节点b：,节点数 N=4支路数 B=6,列3个独立KVL方程（网孔）,E4,E3,-,+,R3,R6,R4,R5,R1,R2,I2,I5,I6,I1,I4,I3,+,_,电压、电流方程联立求得：I1I6,青岛大学自动化工程学院,N=2 B=3,支路电流未知数少一个：,支路中含有恒流源的情况,I1+6=I,解得：I=4A I1=-2A,2I1+4 I=12,青岛大学自动化工程学院,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KCL、KVL、欧 姆定律列方程，就能得出结果。,缺点：电路中支路数较多时，所需方程的个 数较多，求解不

26、方便。,手算时，适用于支路数较少的电路。,青岛大学自动化工程学院,1.电压源与电流源的等效变换,伏安特性,实际电压源模型,E,1.3.2 电源等效变换法,内阻,E/RO,开路点,短路点,I U,青岛大学自动化工程学院,实际电流源模型,伏安特性,IS,ISRO,开路点,短路点,I U,内阻,青岛大学自动化工程学院,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：外特性一致,青岛大学自动化工程学院,青岛大学自动化工程学院,等效变换的注意事项,（1）“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏-安特性一致），对内不等效。,RO中不消耗能量,RO中则消耗能量,对内

27、不等效,对外等效,青岛大学自动化工程学院,(2)注意转换前后 E 与 Is 的方向,E与IS方向一致！,青岛大学自动化工程学院,(3)恒压源和恒流源不能等效互换,恒压源和恒流源伏安特性不同！,(4)在进行等效变换时，与恒压源串联的电阻和与恒流源并联的电阻可以作为其内阻处理。,青岛大学自动化工程学院,(5)串联的恒压源可以合并，并联的恒流源可以合并。（根据基尔霍夫定律）,青岛大学自动化工程学院,利用电源的等效变换分析电路,变换,合并,简化电路,1、所求支路不得参与变换；,2、与恒压源并联的元件、与恒流源串联的元件对外电路不起作用。,青岛大学自动化工程学院,求 I=？,青岛大学自动化工程学院,R1

28、,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,青岛大学自动化工程学院,IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,青岛大学自动化工程学院,青岛大学自动化工程学院,试求I，I1，Us；并判断20V的理想电压源和5A的理想电流源是电源还是负载？,解：,先求I,将8 的电阻看作外电路，两个10的电阻对求I 没有影响，先将其除去，简化电路图。,而后将电流源（5A，2)等效为电压源（10V，2)。,由此求得：,方法一：应用电源等效变换来求I：,青岛大学自动化工程学院,求I1，Us 时，两个10的电阻应保留。,I1=I+I2=1+20/10=3A,理想电压源的电压和电流的实际方向相反，所以是电源

29、。,Us=8I-20-105=-62V,理想电流源的电压和电流的实际方向相反，所以是电源。,青岛大学自动化工程学院,1.3.3 叠加原理,在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，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：电路中不含有任何非线性元件,电源的单独作用：电路中每次只保留一个电源作用，其余电源均置零。电压源置零指把理想电压源短路，电流源置零指把理想电流源断路，但是要保留各自的内阻。,青岛大学自动化工程学院,+,青岛大学自动化工程学院,+,I1=,青岛大学自动化工程学院,青岛大学自动化工程学院,证明：,利用支路电流法求解,解得：,青岛大学自动化工

30、程学院,I=2A,I=-1A,I=I+I=1A,电路如图所示，用叠加原理求I=？,青岛大学自动化工程学院,应用叠加定理要注意的问题,1.叠加定理只适用于线性电路中电压电流的计算，不能计算功率；,青岛大学自动化工程学院,分量与总量参考方向一致取正，否则取负。,青岛大学自动化工程学院,如图所示电路，已知：,E=12V，IS=10A,R1=R2=R3=R4=1,用叠加原理计算U=？,解：,原图化为：,+,U=101/21=5V,U=12/4=3V,U=U+U=8V,青岛大学自动化工程学院,名词解释,无源二端网络：二端网络中没有电源,有源二端网络：二端网络中含有电源,1.3.4 等效电源定理,青岛大学

31、自动化工程学院,等效电源定理,有源二端网络用电源模型替代，便为等效 电源定理。,青岛大学自动化工程学院,戴维南定理,注意：“等效”是指对端口外（R）等效,有源二端网络用电压源模型等效。,定义：对外电路来说，任一线性有源二端网络 都可以用一个等效的电压源来替代。,青岛大学自动化工程学院,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：恒压源短路，恒流源开路）,等效电压源的电动势（E）等于有源二端网络的开端电压U0,青岛大学自动化工程学院,等效电压源的方向：,根据U0的参考方向和代数值确定电压源的极性：U0是正，电压源的方向与U0的参考方向相同，U0为负，

32、电压源的方向与U0的参考方向相反。（等效电压源中理想电压源的方向与开路电压的实际方向相同）,青岛大学自动化工程学院,戴维南定理的证明,=,原图（a）用叠加原理计算，得,从（a）图的戴维南等效电路（b）中计算，得,等效！,青岛大学自动化工程学院,戴维南定理的应用,应用戴维南定理分析电路的步骤：,1,将待求支路画出，其余部分就是一个有源二端网络；,2,求有源二端网络的开路电压；,3,求有源二端网络的等效内阻；,4,画出有源二端网络的等效电路；,5,将（1）中画出的支路接入有源二端网络，由此电路计算待求量；,青岛大学自动化工程学院,等效电源定理中开路电压的求解方法,开路电压的计算方法可根据电路 的实

33、际情况，适当地选用所学的电阻性电路分析的方法及电源等效变换、叠加原理等进行。,如：,青岛大学自动化工程学院,等效电源定理中等效电阻的求解方法,求简单二端网络的等效内阻时，用串、并联的方法即可求出。如前例：,青岛大学自动化工程学院,不能用简单 串/并联方法 求解，怎么办？,求某些二端网络的等效内阻时，用串、并联的方法则不行。如下图：,A,Ro,C,R1,R3,R2,R4,B,D,R0,青岛大学自动化工程学院,求 开端电压 Uo 与 短路电流 Is,开路、短路法,青岛大学自动化工程学院,已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 E=10V求：当 R5=10 时，I5=?,等效电路,青岛

34、大学自动化工程学院,1）求开端电压UO,2）求输入电阻 RO,青岛大学自动化工程学院,3）画等效电路,4）求未知电流 I5,R5=10,青岛大学自动化工程学院,求：U=?,青岛大学自动化工程学院,1）求开路电压Uo,此值是所求结果吗？,青岛大学自动化工程学院,2）求输入电阻 Ro,青岛大学自动化工程学院,3）画等效电路,4）求解未知电压,青岛大学自动化工程学院,诺顿定理：,定义：对外电路来说，任一线性有源二端网络 都可以用一个等效的电流源来替代。,青岛大学自动化工程学院,电位的概念：,1.3.5 电位的计算,青岛大学自动化工程学院,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

35、变；电路中两点间的电压值是绝对的，不会因参考点的不同而改变。,电位和电压的区别,注意,青岛大学自动化工程学院,电路如图示：,1、若选A为参考点，则各点电位如下,2、若选B为参考点，则各点电位如下,3、不论A或B为参考点，则各两点间的电压是不改变的。,VA=0,VB=UBA=-60V，VC=UCA=80V，VD=UDA=30V,VB=0,VA=UAB=60V，VC=UCB=140V，VD=UDB=90V,UAB=VA-VB=60V,UCB=VC-VB=140V,UDB=VD-VB=60V,青岛大学自动化工程学院,电位的计算,1、选定参考点；,青岛大学自动化工程学院,电位在电路中的表示法,用电位表

36、示电路,青岛大学自动化工程学院,参考电位在哪里？,青岛大学自动化工程学院,计算图示电路中的VA。,解：,A,将用电位表示的电路还原为原电路形式；,A点为开路点，不能与参考点连接！,计算A点电位，即计算A=B点到参考点的电压。,B,=2V,青岛大学自动化工程学院,小结,一、电流电压的参考方向,在作电路分析之前，必须指明各物理量的参考方向,关联参考方向:,二、电源与负载的判定,1、电压和电流的实际方向,2、功率P的正负（注意参考方向的取向）,功率的平衡方程：P发=P吸,青岛大学自动化工程学院,三、理想电路元件,电阻R：,电感L：,在直流电路中，电感元件相当于短路,电容C：,在直流电路中，电容元件相

37、当于断路,理想电压源：U=E I取决于外电路,理想电压源的置零相当于短路,理想电流源：I=IS U取决于外电路,理想电流源的置零相当于断路,青岛大学自动化工程学院,四、电路基本定律,欧姆定律：U=IR,基尔霍夫定律：,KCL:I=0（应用于结点或封闭面）,KVL:U=0（应用于回路或部分回路）,五、电路的分析方法,1、支路电流法,解题思路：对电路中的N个结点，B条支路，列出(N-1)独立的KCL方程，B-(N-1)独立KVL方程，联立求解支路电流I1IB。,青岛大学自动化工程学院,理想电流源的电流方向与电压源电动势的方向一致,2、电源等效变换法,1、等效对外电路而言，对电源内部不等效；,2、理想电源之间不能进行等效变换；,所求的支路不能参与变换；,注意,青岛大学自动化工程学院,3、叠加原理,1、电源的单独作用：理想电源置零，保留电源的内阻,2、分量叠加求总量，注意分量的代数值:分量与总量参考方向一致，为正；相反，为负,4、戴维南定理,等效电压源的参数：,E,大小：有源二端网络的开路电压U0,方向：与开路电压U0的实际方向一致,R0 有源二端网络中的电源置零后，从两个 出线端(A、B)看进去的电阻。,青岛大学自动化工程学院,六、电位的概念：,要确定电路中各点的电位必须首先设定参考点。,用电位表示电路图,电路图的还原,电位的大小与参考点的选择有关,电压的大小与参考点的选择无关,小结,