電路概念及分析方法課程課件

歡迎學(xué)習(xí)《電工技術(shù)》1.掌握電路的基本原理及分析方法,為學(xué)習(xí)電子技術(shù)打下基礎(chǔ)。2.學(xué)習(xí)交流電路的基本原理，掌握正確及安全用電方法，培養(yǎng)工作技能。3.學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的基本原理和控制技術(shù)。4.通過實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)各種實(shí)驗(yàn)室常規(guī)電子儀器的使用方法,鍛煉電工方面的動(dòng)手能力。電路的基本概念、定律和分析方法

第一章

電路的基本概念與定律

1.1.1電路中的物理量1.1.2電路元件1.1.３基爾霍夫定律§1.1§1.2

電路的分析方法

1.2.1支路電流法

本課作業(yè)1-1(C)1-2(a)(b)1-61-8(a)1-10用電源模型的等效互換原理1-12用支路電流法英1題1.1.1電路中的物理量電池?zé)襞蓦娏麟妷弘妱?dòng)勢EIRU+_電源負(fù)載電路中物理量的正方向物理量的正方向：實(shí)際正方向假設(shè)正方向?qū)嶋H正方向：物理中對電量規(guī)定的方向。假設(shè)正方向（參考正方向）：在分析計(jì)算時(shí)，對電量人為規(guī)定的方向。物理量的實(shí)際正方向物理量正方向的表示方法電池?zé)襞軺ab_+正負(fù)號abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標(biāo)箭頭Uabab電壓+-IR電流：從高電位指向低電位。IRUabE+_abU+_物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_電壓的正方向箭頭和正負(fù)號是等價(jià)的,只用其中之一.IRUababU電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？U1ABRU2IR(1)在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；規(guī)定定正正方方向向的的情情況況下下歐歐姆姆定定律律的的寫寫法法I與U的方方向向一一致致U=IRaIRUbI與U的方方向向相相反反U=––IRaIRUb規(guī)定定正正方方向向的的情情況況下下電電功功率率的的寫寫法法功率率的的概概念念：設(shè)設(shè)電電路路任任意意兩兩點(diǎn)點(diǎn)間間的的電電壓壓為為U,流入入此此部分分電電路路的的電電流流為為I，則這這部部分分電電路路消消耗耗的的功功率率為為:IUP=如果UI方向不一致寫法如何？電壓壓電電流流正正方方向向一一致致aIRUb規(guī)定定正正方方向向的的情情況況下下電電功功率率的的寫寫法法aIRUb電壓電流流正方向向相反P=––UI功率有正負(fù)？吸收功率率或消耗耗功率（（起負(fù)載載作用））若P0輸出功率率（起電電源作用用）若P0電阻消耗耗功率肯肯定為正正電源的功功率可能能為正（（吸收功功率），，也可能能為負(fù)（（輸出功功率）功率有正正負(fù)電源的功功率IUab+-P=UIP=––UIIUab+-電壓電流流正方向向不一致致電壓電流流正方向向一致含源網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的功率率IU+-含源網(wǎng)絡(luò)P=UI電壓電流正方向一致P=–UI電壓電流正方向不一致IU+-含源網(wǎng)絡(luò)當(dāng)計(jì)算算的P>0時(shí),則說明U、I的實(shí)際方方向一致致，此部部分電路路消耗電電功率，，為負(fù)載。所以，從從P的+或-可以區(qū)分分器件的的性質(zhì)，，或是電源源，或是是負(fù)載。。結(jié)論論在進(jìn)行功功率計(jì)算算時(shí)，如果假設(shè)設(shè)U、I正方向一一致。當(dāng)計(jì)算的的P<0時(shí),則說明U、I的實(shí)際方方向相反反，此部部分電路路發(fā)出電電功率，，為電源。伏-安特性性iuRiuui線性電阻阻非線性電電阻(一)無源元件件1.電阻R（常用單位：、k、M）1.1.2電路元件件2.電感L：ui（單位：：H,mH,H）單位電流流產(chǎn)生的的磁鏈線圈匝數(shù)磁通電感中電電流、電電壓的關(guān)關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),所以,在直流電路中電感相當(dāng)于短路.uei++––3.電容C單位電壓壓下存儲儲的電荷荷（單位：：F,F,pF）++++----+q-qui電容符號號有極性無極性+_電容上電電流、電電壓的關(guān)關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),所以,在直流電路中電容相當(dāng)于斷路（開路）uiC無源元件件小結(jié)理想元件件的特性性（u與i的關(guān)系））LCRUR1R2LCR1UR2U為直流電電壓時(shí),以上電路路等效為為注意L、C在不同電電路中的的作用1.電壓源(二)有源元件件主要講有有源元件件中的兩兩種電源源：電壓壓源和電電流源。。理想電壓壓源（（恒壓源源）IUS+_abUab伏安特性IUabUS特點(diǎn)：(1）無論負(fù)負(fù)載電阻阻如何變變化，輸輸出電壓不變變（2）電源源中的的電流流由外外電路路決定定，輸輸出功功率可以無無窮大大恒壓源源中的的電流流由外外電路路決定定設(shè):U=10VIU+_abUab2R1當(dāng)R1、R2同時(shí)接接入時(shí)時(shí)：I=10AR22例當(dāng)R1接入時(shí)：I=5A則：RS越大斜率越越大電壓源源模型型伏安特特性IUUSUIRS+-USRLU=US–IRS當(dāng)RS=0時(shí)，電壓源源模型就就變成成恒壓源源模型由理想想電壓壓源串串聯(lián)一一個(gè)電電阻組組成RS稱為電電源的的內(nèi)阻阻或輸輸出電電阻理想電電流源源（恒流流源)特點(diǎn)：（1）輸出出電流流不變變，其其值恒恒等于于電流源電電流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）輸出出電壓壓由外外電路路決定定。2.電流源源恒流源源兩端端電壓壓由外外電路路決定定IUIsR設(shè):IS=1AR=10時(shí)，U=10

VR=1時(shí)，U=1

V則:例ISRSabUabIIsUabI外特性

電流源源模型型RSRS越大特性越陡I=IS–Uab/RS由理想想電流流源并并聯(lián)一一個(gè)電電阻組組成當(dāng)內(nèi)內(nèi)阻RS=時(shí)，電流源源模型就就變成成恒流源源模型恒壓源源與恒恒流源源特性性比較較恒壓源恒流源不變量變化量U+_abIUabUab=U

（常數(shù)）Uab的大小、、方向向均為為恒定定，外電路路負(fù)載載對Uab無影響。。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I的大小小、方方向均均為恒恒定，，外電路路負(fù)載載對I無影響響。輸出電流I可變-----I的大小小、方方向均均由外電電路決決定端電壓壓Uab可變-----Uab的大小、、方向向均由外外電路路決定定3.兩種電電源模模型的的等效效互換換等效互互換的的條件件：當(dāng)當(dāng)接有有同樣樣的負(fù)負(fù)載時(shí)時(shí)，對外的的電壓壓電流流相等等。I=I'Uab=Uab'即：IRS+-UbaUabISabUab'I'RS'等效互互換公公式IRS+-UbaUab()'RI''RI'RI'I'USSsSsab-=-=I=I'Uab=Uab'若Uab=U––IRS則U–IRS='RI''RISSs-U=ISRS′RS=RS′Uab'ISabI'RS'例：電壓源源與電流源源的等效互換舉舉例I2+-10VbaUab5AabI'10V/2=5A25A2=10VU=ISRS′RS=RS′IS=U/RS等效變換的的注意事項(xiàng)項(xiàng)“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏--安特性一致），對內(nèi)不等效。(1)IsaRS'bUab'I'RLaUS+-bIUabRSRLIS=US/RSRS′=RS注意轉(zhuǎn)換前前后US與Is的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRS'bI'aIsRS'bI'(3)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaUS+-bI(4)進(jìn)行電路計(jì)計(jì)算時(shí)，恒恒壓源串電電阻和恒電電流源并電電阻兩者之之間均可等等效變換。。RS和RS'不一定是電電源內(nèi)阻。。111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I應(yīng)用舉例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I454RRRUUIdd++-=+RdUd+R4U4R5I--(接上頁)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3()()4432132131////////RIERRRRRRRIIUSdd==+=-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入數(shù)值計(jì)計(jì)算已知：U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5，IS=3A解得：I=–0.2A(負(fù)號表示實(shí)實(shí)際方向與與假設(shè)方向向相反)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+–計(jì)算功率I4=IS+I=3+(-0.2)=2.8AUR4=I4R4=2.8××4=11.2VP=IUR4=(-0.2)××11.2=-2.24W負(fù)號表示輸輸出功率R4=4IS=3AI=–0.2A恒流源IS的功率如何計(jì)算?PIS=-33.6W10V+-2A2I討論題哪個(gè)答案對???1.1.3基爾霍夫定定律（克希荷夫夫定律，克克氏定律））用來描述電電路中各部部分電壓或或各部分電電流間的關(guān)關(guān)系,其中包括克氏電流定定律和克氏電壓定定律兩個(gè)定律。。名詞注釋：：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑支路：共3條回路：共3個(gè)節(jié)點(diǎn)：a、b(共2個(gè)）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？？條回路：共？？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共？？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：：？個(gè)3個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)眼眼就有幾個(gè)個(gè)獨(dú)立回路路(一)克氏電流定定律對任何節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，在任一一瞬間，流流入節(jié)點(diǎn)的的電流之和和等于由節(jié)節(jié)點(diǎn)流出的的電流之和和。或者說說，在任一一瞬間，一一個(gè)節(jié)點(diǎn)上上電流的代代數(shù)和為0。I1I2I3I4克氏電流定定律的依據(jù)：電流的連連續(xù)性I=0即：例或：流入為正流出為負(fù)電流定律還還可以擴(kuò)展展到電路的的任意封閉閉面。例I1+I2=I3例I=0克氏電流定定律的擴(kuò)展展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)(二)克氏電壓定定律對電路中的的任一回路路，沿任意意循行方向向轉(zhuǎn)一周，，其電位降降等于電位位升?；颍?，電壓的代代數(shù)和為0。例如：回路#113311URIRI=+電位降電位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1對回路#2：#223322URIRI=+電位升電位降對回路#3：12211URIRI=++U2電位降電位升#3第3個(gè)方程不獨(dú)獨(dú)立電位降為正正電位升為負(fù)負(fù)關(guān)于獨(dú)立方方程式的討討論問題的提出出：在用克克氏電流定定律或電壓壓定律列方方程時(shí)，究究竟可以列列出多少個(gè)個(gè)獨(dú)立的方方程？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下電電路中應(yīng)列列幾個(gè)電流流方程？幾幾個(gè)電壓方程？？克氏電流方方程：節(jié)點(diǎn)a：節(jié)點(diǎn)b：獨(dú)立方程只只有1個(gè)個(gè)克氏電壓方方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=獨(dú)立方程只只有2個(gè)個(gè)aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1設(shè)：：電電路路中中有有N個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，，B個(gè)支支路路N=2、、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小結(jié)結(jié)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程有

(N-1)個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程有

(B-N+1)個(gè)則：（一般為網(wǎng)孔個(gè)數(shù)）獨(dú)立電流方程：１個(gè)獨(dú)立電壓方程：２個(gè)未知知數(shù)數(shù)：各各支支路路電電流流解題題思思路路：：根據(jù)據(jù)克克氏氏定定律律，，列列節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)電電流流和回回路路電電壓壓方方程程，，然然后后聯(lián)聯(lián)立立求求解解。。支路電流法2.1.1§2.1電路的分析方法解題題步步驟驟：：1.對每每一一支支路路假假設(shè)設(shè)一一未未知電電流流（I1--I6）4.解解聯(lián)聯(lián)立立方方程程組組對每個(gè)節(jié)點(diǎn)有2.列電流方程對每個(gè)獨(dú)立回路有0U=S3.列電壓方程節(jié)點(diǎn)數(shù)N=4支路數(shù)B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例1節(jié)點(diǎn)a：列電電流流方方程程節(jié)點(diǎn)c：節(jié)點(diǎn)b：節(jié)點(diǎn)d：bacd（取其其中中三三個(gè)個(gè)方方程程））節(jié)點(diǎn)數(shù)N=4支路數(shù)B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_列電電壓壓方方程程電壓、電流方程聯(lián)立求得：bacd33435544

:RIUURIRIadca+=++1144664

:RIRIRIUabda+=+U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_結(jié)果果可可能能有有正正負(fù)負(fù)是否否能