電工基礎(chǔ)勞動(dòng)第五版第三章PPT課件

1、第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析31 基爾霍夫定律32 電壓源與電流源的等效變換33 戴維南定理34 疊加原理第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析1.了解復(fù)雜電路和簡(jiǎn)單電路的區(qū)別,了解復(fù)雜電路的基本術(shù)語(yǔ)。2.掌握基爾霍夫第一定律的內(nèi)容,并了解其應(yīng)用。3.掌握基爾霍夫第二定律的內(nèi)容,并了解其應(yīng)用。3131基爾霍夫定律基爾霍夫定律第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析不能用電阻串、并聯(lián)化簡(jiǎn)求解的電路稱為復(fù)雜電路復(fù)雜電路。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 3條或3條以上連接有電氣元件的導(dǎo)線的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。一、復(fù)雜電路的基本概念一、復(fù)雜電路的基本概念圖31 復(fù)雜電路示例第三章第三

2、章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析支路支路 電路中相鄰節(jié)點(diǎn)間的分支稱為支路。它由一個(gè)或幾個(gè)相互串聯(lián)的電氣元件所構(gòu)成,且每條支路中除了兩個(gè)端點(diǎn)外不再有其他節(jié)點(diǎn)。其中含有電源的支路稱為有有源支路源支路,不含電源的支路稱為無(wú)源支路無(wú)源支路?；芈泛途W(wǎng)孔回路和網(wǎng)孔 電路中任一閉合路徑都稱為回路。一個(gè)回路可能只含一條支路,也可能包含幾條支路。其中,在電路圖中不被其他支路所分割的最簡(jiǎn)單的回路又稱獨(dú)立獨(dú)立回路回路或網(wǎng)孔網(wǎng)孔。網(wǎng)孔一定是回路,但回路不一定是網(wǎng)孔。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律節(jié)點(diǎn)電流定律。它指出:在任一瞬間,流進(jìn)某一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流

3、出該節(jié)點(diǎn)的電流之和,即對(duì)任一節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō),流入(或流出)該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。二、基爾霍夫第一定律二、基爾霍夫第一定律流入總電流=流出總電流 流入總水量=流出總水量基爾霍夫第一定律第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析在應(yīng)用基爾霍夫第一定律求解未知電流時(shí),可先任意假設(shè)支路電流的參考方向,列出節(jié)點(diǎn)電流方程。通?？蓪⒘鬟M(jìn)節(jié)點(diǎn)的電流取正,流出節(jié)點(diǎn)的電流取負(fù),再根據(jù)計(jì)算值的正負(fù)來(lái)確定未知電流的實(shí)際方向。有些支路的電流可能是負(fù)的,這是由于所假設(shè)的電流方向與實(shí)際方向相反。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 圖示電路中,i1=2a,i2=-3a,i3=-2a,求電流i4。

4、解:由基爾霍夫第一定律可知代入已知值可得第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 電路如圖所示,求電流i3。解:對(duì)a節(jié)點(diǎn)因?yàn)閕1=i2,所以i3=0。同理,對(duì)b節(jié)點(diǎn)因?yàn)閕4=i5,也得i3=0。由此可知,沒(méi)有構(gòu)成回路的單支路電流為零。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析基爾霍夫第一定律可以推廣應(yīng)用于任一假設(shè)的閉合閉合面面(廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn))。 或流入此閉合面的電流恒等于流出該閉合面的電流。廣義節(jié)點(diǎn)第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 下圖所示電路中,若電流ia=1a,ib=-5a,ica=2a,求電流ic、iab和ibc。解:由可得第三章第三章

5、 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析三、基爾霍夫第二定律三、基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律又稱回路電壓定律回路電壓定律。它指出:在任一回路中,各段電路電壓降的代數(shù)和恒等于零。用公式表示為電源電動(dòng)勢(shì)之和=電路電壓降之和 攀登總高度=下降總高度基爾霍夫第二定律第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析基爾霍夫第二定律的另一種表示形式:在任一回路循環(huán)方向上,回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于電阻上電壓降的代數(shù)和。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析在用式u =0時(shí),凡電流的參考方向與回路循環(huán)方向一致者,該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓降取正,反之取負(fù)。電動(dòng)勢(shì)也作為電壓來(lái)處理,即從電源的正

6、極到負(fù)極電壓取正,反之取負(fù)。在用式e = ir 時(shí),電阻上電壓的規(guī)定與用式u =0時(shí)相同,而電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)號(hào)則恰好相反,也就是當(dāng)循環(huán)方向與電動(dòng)勢(shì)的方向(即由電源負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部指向正極)一致時(shí),該電動(dòng)勢(shì)取正,反之取負(fù)。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析四、支路電流法四、支路電流法【例】 下圖所示電路,e1=18v,e2=9v,r1=r2=1,r3=4,求各支路電流。解:(1)標(biāo)出各支路電流參考方向和獨(dú)立回路的循環(huán)方向,應(yīng)用基爾霍夫第一定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程(2)應(yīng)用基爾霍夫第二定律列出回路電壓方程對(duì)于回路1有對(duì)于回路2有第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析整理得聯(lián)立方

7、程(3)解聯(lián)立方程得電流方向都和假設(shè)方向相同。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析這種以支路電流為未知量,依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程,然后聯(lián)立求解的方法稱為支路電支路電流法流法。支路電流參考方向和獨(dú)立回路循環(huán)方向可以任意假設(shè),繞行方向一般取與電動(dòng)勢(shì)方向一致,對(duì)具有兩個(gè)以上電動(dòng)勢(shì)的回路,則取較大電動(dòng)勢(shì)的為循環(huán)方向。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析在上例電路中,雖然有三條支路,但只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn),求解這一類電路時(shí),可以先求出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的電壓,然后再求各支路電流。節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析1.理解電壓源和電流

8、源的特點(diǎn)。2.能正確進(jìn)行電壓源和電流源之間的等效變換。3232電壓源與電流源的等效變換電壓源與電流源的等效變換第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析通常把內(nèi)阻為零的電源稱為理想電壓源理想電壓源,又稱恒壓源恒壓源,其符號(hào)如圖所示。理想電壓源在實(shí)際中并不存在,電源都會(huì)有一定的內(nèi)阻,在分析電路時(shí),可以把一個(gè)實(shí)際電源用一個(gè)恒壓源和內(nèi)阻串聯(lián)表示,稱為電壓源模型電壓源模型,簡(jiǎn)稱電壓源電壓源。一、電壓源一、電壓源理想電壓源(恒壓源) 電壓源模型 第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析二、電流源二、電流源通常把內(nèi)阻無(wú)窮大的電源稱為理想電流源理想電流源,又稱恒恒流源流源。實(shí)際中理想電流源

9、并不存在,在分析電路時(shí),可以把一個(gè)實(shí)際電源用一個(gè)恒流源和內(nèi)阻并聯(lián)表示,稱為電流源模型電流源模型,簡(jiǎn)稱電流源電流源。理想電流源(恒流源)電流源模型第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析三、電壓源與電流源的等效變換三、電壓源與電流源的等效變換同一電源的兩種電源模型應(yīng)對(duì)外等效,那么它們對(duì)相同的電阻r應(yīng)產(chǎn)生相同的作用效果,即負(fù)載電阻應(yīng)得到相同的電壓u 和電流il,并且電源的內(nèi)阻r也應(yīng)相等。電壓源與電流源的等效變換第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 將圖a中的電壓源轉(zhuǎn)換為電流源,將圖b中的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析電壓源與電流

10、源等效變換時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1.電壓源正負(fù)極參考方向與電流源電流的參考方向在變換前后應(yīng)保持一致。2.兩種實(shí)際電源等效變換是指外部等效,對(duì)外部電路各部分的計(jì)算是等效的,但對(duì)電源內(nèi)部的計(jì)算是不等效的。3.理想電壓源與理想電流源不能進(jìn)行等效變換。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 電路如圖a所示,用電源變換的方法求r3支路的電流。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析受控源受控源前面所討論的電源都是獨(dú)立電源,簡(jiǎn)稱獨(dú)立源,獨(dú)立源所提供的電壓或電流都是由電源本身決定的,與電源之外的其他電路無(wú)關(guān),而受控源的電壓或電流則要受其他電路的電壓或電流的控制。為了與獨(dú)立源相區(qū)別,

11、受控源的圖形符號(hào)用菱形表示。受控電壓源 受控電流源受控源的圖形符號(hào)第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析受控源是一種四端元件,一對(duì)是輸入端,另一對(duì)是輸出端,輸出受輸入的控制。因此,輸入量稱為控制量,輸出量稱為受控量。根據(jù)控制量是電壓還是電流,受控源是電壓源還是電流源,受控源可分為四種類型:電壓控制電壓源(vcvs);電壓控制電流源(vccs); 電流控制電壓源(ccvs);電流控制電流源(cccs)。晶體三極管及其等效的受控源模型第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析1.理解戴維南定理,并能應(yīng)用于分析計(jì)算電路。2.理解負(fù)載獲得最大功率的條件和功率匹配的概念。3333戴維

12、南定理戴維南定理第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析一、戴維南定理一、戴維南定理如果一個(gè)復(fù)雜電路,并不需要求所有支路的電流,而只要求某一支路的電流,在這種情況下,可以先把待求支路移開(kāi),而把其余部分等效為一個(gè)電壓源,這樣計(jì)算就很簡(jiǎn)便了。戴維南定理所給出的正是這種方法,所以戴維南定理又稱等效電壓源定理等效電壓源定理。這種等效電壓源電路也稱戴維南等效戴維南等效電路電路。等效電路第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析任何具有兩個(gè)引出端的電路(也稱網(wǎng)絡(luò))都可稱為二端二端網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。若在這部分電路中含有電源,就稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò),否則就稱為無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)。有源二

13、端網(wǎng)絡(luò) 無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析利用戴維南定理求解的步驟如下:第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析1.戴維南定理只適用于線性有源二端網(wǎng)絡(luò),若有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有非線性電阻,則不能應(yīng)用戴維南定理。2.在畫等效電路時(shí)電壓源參考方向應(yīng)與選定的有源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓參考方向一致。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 電橋電路如圖a所示,已知r1=10，r2=2.5，r3=5，r4=20，e=12.5v (內(nèi)阻不計(jì)),r5=69，求電阻r5上通過(guò)的電流。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析解:(1)先移開(kāi)r5支路,求開(kāi)路電

14、壓uab,如圖b所示。(2)再求等效電阻rab (注意要將電源除去,視為短路),如圖c所示。(3)畫出等效電路,并將r5接入,如圖d所示,則第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析二、電源向負(fù)載輸出的功率二、電源向負(fù)載輸出的功率負(fù)載獲得最大功率的條件是:負(fù)載電阻與電源的內(nèi)阻相等,即r=r,這時(shí)負(fù)載獲得的最大功率為由于負(fù)載獲得最大功率也就是電源輸出最大功率,因而這一條件也是電源輸出最大功率的條件。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析當(dāng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均為恒定時(shí),負(fù)載功率p 隨負(fù)載電阻r變化的關(guān)系曲線如圖所示。負(fù)載獲得最大功率的條件結(jié)論并不僅限于實(shí)際電源,它同樣適用于有源二端網(wǎng)

15、絡(luò)變換而來(lái)的等效電壓源。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析【例】 圖a所示電路中,電源電動(dòng)勢(shì)e=6v，內(nèi)阻r=10,電阻r1=10,要使r2獲得最大功率，r2的阻值應(yīng)為多大? 這時(shí)r2獲得的功率是多少?解:(1)移開(kāi)r2支路,將左邊電路看成有源二端網(wǎng)絡(luò)(圖b)。(2)將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效變換成電壓源(圖c)。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析(3)r2=r0=5時(shí),r2可獲得最大功率(圖d)。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析當(dāng)負(fù)載電阻與電源內(nèi)阻相等時(shí),稱為負(fù)載與電源匹配匹配。這時(shí)負(fù)載上和電源內(nèi)阻上消耗的功率相等,電源的效率即負(fù)載功率與電源輸出總功

16、率之比只有50%。在電子電路中,因?yàn)樾盘?hào)一般很弱,常要求從信號(hào)源獲得最大功率,因而必須滿足匹配條件。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析在負(fù)載電阻與信號(hào)源內(nèi)阻不等的情況下,為了實(shí)現(xiàn)匹配,往往要在負(fù)載之前接入變換器。未接變換器前輸出功率小 接入變換器后輸出功率大變換器的作用第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析1.了解疊加原理的內(nèi)容和適用條件。2.能正確使用疊加原理分析計(jì)算電路。3434疊加原理疊加原理第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析實(shí)際電路 設(shè)e1單獨(dú)作用 設(shè)e2單獨(dú)作用疊加原理解含有幾個(gè)獨(dú)立源的復(fù)雜電路時(shí),可將其分解為幾個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用的簡(jiǎn)單電路來(lái)

17、研究,然后將計(jì)算結(jié)果疊加,求得原電路的實(shí)際電流、電壓,這一原理稱為疊加原理疊加原理。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析應(yīng)用疊加原理解題步驟如下:計(jì)算功率不能采用疊加原理直接疊加。計(jì)算功率不能采用疊加原理直接疊加。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析(1)疊加原理只適用于線性電路。(2)計(jì)算某一獨(dú)立電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電流(或電壓)時(shí),應(yīng)將電路中其他獨(dú)立恒壓源視為短路(即令us=0),其他獨(dú)立恒流源視為開(kāi)路(即令is=0),所有獨(dú)立源的內(nèi)阻都應(yīng)保留不變。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析(3)在進(jìn)行疊加時(shí),要注意各個(gè)分量在電路圖中所標(biāo)出的參考方向,若

18、所求分量的參考方向與圖中總量的參考方向一致,疊加時(shí)取正號(hào),相反時(shí)取負(fù)號(hào)。(4)疊加原理只能用來(lái)計(jì)算線性電路中的電流或電壓,但功率p 不能用疊加原理計(jì)算,因?yàn)楣β逝c電流(或電壓)之間不是線性關(guān)系。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析本章小結(jié)本章小結(jié)1.基爾霍夫第一定律,反映了節(jié)點(diǎn)上各支路電流之間的關(guān)系。其表達(dá)式為:i進(jìn)=i出。2.基爾霍夫第二定律,反映了回路中各元件電壓之間的關(guān)系。其表達(dá)式為: e =ir。3.支路電流法是以支路電流為未知量,依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程,然后聯(lián)立方程, 求出各支路電流。如果電路有m 條支路、n 個(gè)節(jié)點(diǎn), 即可列出(n-1)個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)電流方程和m- (n-1)個(gè)獨(dú)立回路電壓方程。第三章第三章 復(fù)雜直流電路的分析復(fù)雜直流電路的分析4.電