电工基础(第五版)第二章课件.ppt

第二章 简单直流电路的分析 21 全电路欧姆定律 22 电阻的连接 23 直流电桥 第二章 简单直流电路的分析 1.掌握全电路欧姆定律。 2.能用全电路欧姆定律分析电路的三种工作状态。 3.掌握测量电源电动势 和内阻的方法。 21 全电路欧姆定律 第二章 简单直流电路的分析 欧姆定律的内容是：导体中的电流与导体两端的电压 成正比，与导体的电阻成反比，其公式为 实际上，以上定律中所涉及的这段电路并不包括电源 。这种只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路 。这一定律应称为部分电路欧姆定律。 一、部分电路欧姆定律 第二章 简单直流电路的分析 电压和电流方向相同 电压和电流方向相反 部分电路参考方向的选取 第二章 简单直流电路的分析 如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，可画出电阻的U/I 关系曲线，称为伏安特性曲线。伏安特性曲线是直线的电阻元 件，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。不是直线 的，则称为非线性电阻。 线性电阻的伏安特性曲线 非线性电阻的伏安特性曲线 第二章 简单直流电路的分析 与部分电路相对应,含有电源的闭合电路称为全电路 。电源内部的电路称为内电路，如发电机的线圈、电池内 的溶液等。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源 外部的电路称为外电路，外电路中的电阻称为外电阻。 二、全电路欧姆定律 简单的全电路 第二章 简单直流电路的分析 全电路欧姆定律的内容是：闭合电路中的电流与电 源的电动势成正比，与电路的总电阻(内电阻与外电阻 之和)成反比，公式为 由上式可得 第二章 简单直流电路的分析 式中U内为内电路的电压降，U外为外电路的电压降，也 是电源两端的电压。这样，全电路欧姆定律又可表述为： 在一个闭合回路中，电源电动势等于外电路电压降与内电 路电压降之和。 在一个闭合回路中，电源电动势发出的功率，等于 负载电阻消耗的功率和电源内阻消耗的功率之和。这 种关系称为电路中的功率平衡。 第二章 简单直流电路的分析 由全电路欧姆定律可知,电源端电压U 与电源电动势E 的关系为 当电源电动势E 和内阻r 一定时,电源端电压U 将随负 载电流I 的变化而变化。 电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特 性,其关系特性曲线称为电源的外特性曲线。 三、电路的三种状态 电源的外特性曲线 第二章 简单直流电路的分析 1.通路 开关SA 接到位置1时,电路处于通路状态。电流从电源 的正极沿着导线经过负载最终回到电源的负极,电流形成闭 合路径,所以也称闭路。这是电路的正常工作状态。 电路的三种状态 第二章 简单直流电路的分析 电路中电流为 端电压与输出电流的关系为 当电源电动势和内阻一定时,端电压随输出电流的增 大而下降。通常把通过大电流的负载称为大负载,把通过 小电流的负载称为小负载。 第二章 简单直流电路的分析 2.开路(断路) 开关SA 接到位置2时,电路处于开路状态,相当于负载电 阻R或电路中某处连接导线断开。此时电路中电流为零, 内阻压降也为零,U 外=E-Ir =E,即电源的开路电压等于电源 的电动势。 电路的三种状态 第二章 简单直流电路的分析 开关SA 接到位置3时,相当于电源两极被导线直接相连 ,电路处于短路状态。电路中短路电流I短=E/r。由于电源 内阻一般都很小,所以短路电流极大。此时电源对外输出 电压U =E-I短r=0。 电源短路是严重的故障状态,必须避免发生。 3.短路 电路的三种状态 第二章 简单直流电路的分析 【例】 在图示电路中,设电阻R1=14,R2=9。当 开关SA 接到位置1时,由电流表测得I1=0.2A;接到位置2 时,测得I2=0.3A。求电源电动势E 和内电阻r。 解:根据全电路欧姆定律,可列出联立方程: 消去E，解得 把r 值代入E=I1R1+I1r 或E=I2R2+I2r,可得 第二章 简单直流电路的分析 1.掌握电阻串、并联电 路的特点及其应用。 2.能综合运用欧姆定律和电阻串、并联关系分析 计算简单电 路。 22 电阻的连接 第二章 简单直流电路的分析 一、电阻的串联 像这样把多个元件逐个顺次连接起来,就组成了 串联电路。 串联而成的装饰小彩灯电路 第二章 简单直流电路的分析 电阻的串联电路 等效电路 电阻的串联 第二章 简单直流电路的分析 电阻串联电路具有以下特点: (1)电路中流过每个电阻的电流都相等。 (2)电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和,即 (3)电路的等效电阻(即总电阻)等于各串联电阻之和,即 (4)电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比,即 第二章 简单直流电路的分析 两个电阻串联 第二章 简单直流电路的分析 二、电阻串联电路的应用 第二章 简单直流电路的分析 【例】 有一只微安表,表头等效内阻Ra=10k,满刻度电 流(即允许通过的最大电流)Ia=50A,如改装成量程为10V 的 电压表,应串联多大的电阻? 解:按题意,当表头满刻度时,表头两端电压Ua 为 设量程扩大到10V 需要串入的电阻为Rx,则 第二章 简单直流电路的分析 把多个元件并列地连接起来,由同一电压供电,就 组成了并联电路。 三、电阻的并联 家庭用电器的并联 第二章 简单直流电路的分析 电阻的并联电路 等效电路 电阻的并联 第二章 简单直流电路的分析 电阻并联电路具有以下特点: (1)电路中各电阻两端的电压相等,且等于电路两端的电压 。 (2)电路的总电流等于流过各电阻的电流之和,即 (3)电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联电阻的倒 数之和,即 (4)电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比,即 第二章 简单直流电路的分析 两个电阻并联电路 第二章 简单直流电路的分析 1. 凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方 式。这样每个负载都是一个可独立控制的回路,任一负载的 正常启动或关断都不影响其他负载的使用。 2. 获得较小阻值的电阻。 3. 扩大电流表的量程。 四、电阻并联电路的应用 第二章 简单直流电路的分析 1.n 个相同的电阻并联,总电阻是一个电阻的1/n。 2.若干个不同的电阻并联,总电阻小于其中最小的 电阻。 第二章 简单直流电路的分析 电路中元件既有串联又有并联的连接方式称为混联。 对于电阻混联电路的计算,只需根据电阻串、并联的规律 逐步求解即可,但对于某些较为复杂的电阻混联电路,一下 子难以判别出各电阻之间的连接关系时,比较有效的方法 就是画出等效电路图,即把原电路整理成较为直观的串、 并联关系的电路图,然后计算其等效电阻。 五、电阻的混联 第二章 简单直流电路的分析 【例】 图示电路中R1=R2=R3=2,R4=R5=4，求A、B间的 等效电阻RAB。 解:(1)为了便于看清各电阻之间的连接关系,在原电路 中标出点C,如图b所示。 第二章 简单直流电路的分析 (2)将A、B、C各点沿水平方向排列,并将R1R5依次填 入相应的字母之间。R1与R2串联在A、C之间,R3在B、C之 间,R4在A、B之间,R5在A、C之间,即可画出等效电路图,如 图所示。 (3)由等效电路可求出A、B之间的等效电阻,即: 第二章 简单直流电路的分析 等效变换方法并不是求解等效电阻的唯一方法。其他常用 的方法还有利用电流的流向及电流的分、合画出等效电路图, 利用电路中各等电位点分析电路画出等效电路图等。 混联电路的功率关系是:电路中的总功率等于各电阻上的 功率之和。这一规律同样适用于串联电路和并联电路。 第二章 简单直流电路的分析 【例】 灯泡A的额定电压U1=6V,额定电流I1 =0.5A;灯泡B的 额定电压U2=5V,额定电流I2 =1A。现有的电源电压U=12V,如何 接入电阻可使两个灯泡都能正常工作? 解:利用电阻串联的分压特点,将两个灯泡分别串上R3与R4再 予以并联,然后接上电源。下面分别求出使两个灯泡正常工作 时R3与R4的额定值。 第二章 简单直流电路的分析 (1)R3两端电压为:U3=U -U1=12-6=6V R3的阻值为: R3的额定功率为:P3=U3I1=60.5=3W 所以,R3应选12/3W 的电阻。 (2)R4两端电压为:U4=U -U2=12-5=7V R4的阻值为: R4的额定功率为:P4=U4I2=71=7W 所以,R4应选7/7W 的电阻。 第二章 简单直流电路的分析 电池的连接 1.电池的串联 当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时,可以将多 个电池串联起来使用,称为串联电池组。 串联电池组 等效电路 第二章 简单直流电路的分析 2.电池的并联 有些用电器需要电池能输出较大的电流,这时可使用并联 电池组。 并联电池组 等效电路 第二章 简单直流电路的分析 1.掌握直流电桥 的平衡条件和用直流电桥测 量电 阻的方法。 2.了解不平衡直流电桥 的应用。 3.能用直流电桥 正确测量电阻。 23 直流电桥 第二章 简单直流电路的分析 电桥是测量技术中常用的一种电路形式。本节只介绍直 流电桥。图中的四个电阻都称为桥臂,Rx 是待测电阻。B、D 间接入检流计G。 调整R1、R2、R三个已知电阻,直至检流计读数为零,这 时称为电桥平衡。电桥平衡时B、D两点电位相等,即 一、直流电桥的平衡条件及其应用 直流电桥电路 第二章 简单直流电路的分析 UAB =UAD UBC =UDC 因此 R1I1=RxI2 R2I1=RI2 可得 R1R=R2Rx 上式说明电桥的平衡条件是:电桥对臂电阻的乘积相等。利 用直流电桥平衡条件可求出待测电阻Rx 的值。 第二章 简单直流电路的分析 直流电桥实物图 第二章 简单直流电路的分析 电桥的另一种用法是:当Rx 为某一定值时将电桥调至平衡 ,使检流计指零。当Rx 有微小变化时,电桥失去平衡,根据检流 计的指示值及其与Rx 间的对应关系间接测知Rx 的变化情况。 同时它还可将Rx 的变化转换成电压的变化,这在测量和控制技 术中有着广泛的应用。 二、不平衡直流电桥的应用 第二章 简单直流电路的分析 1. 利用电桥测量温度 把铂(或铜)电阻置于被测点,当温度变化时,电阻值也随之改 变,用电桥测出电阻值的变化量,即可间接得知温度的变化量。 2. 利用电桥测量质量 把电阻应变片紧贴在承重的部位,当受到力的作用时,电阻应 变片的电阻就会发生变化,通过电桥电路可以把电阻的变化量转换 成电压的变化量,经过电压放大器放大和处理后,最后显示出物体 的质量。 第二章 简单直流电路的分析 利用电桥测量质量 第二章 简单直流电路的分析 本章小结 1. 部分电路欧姆定律:导体中的电流与导体两端