电工学课件第一章

1、电工技术电工技术教学课件教学课件武汉大学东湖分校工学院武汉大学东湖分校工学院绪论绪论l 电工学课程简介及要求电工学课程简介及要求l 电工电子技术的发展概况电工电子技术的发展概况l 教学安排及考核教学安排及考核l 实验说明实验说明课程简介课程简介l电工学是电工学是50年代学习前苏联而设置的课程，随着年代学习前苏联而设置的课程，随着科学技术的发展，非电类专业对这门课程的要求越科学技术的发展，非电类专业对这门课程的要求越来越高，导致该课程的内容越来越多。来越高，导致该课程的内容越来越多。l电工电工学学是非电理工类专业教学计划中一门重要的是非电理工类专业教学计划中一门重要的技术基础课，技术基础课，与其

2、它专业课的学科交叉，使本课程与其它专业课的学科交叉，使本课程与专业课有机融合为一体，对后续课程的学习有很与专业课有机融合为一体，对后续课程的学习有很大的影响。大的影响。l其意义在于启发和培养在自身专业领域中应用电其意义在于启发和培养在自身专业领域中应用电类科技的意识和兴趣类科技的意识和兴趣, ,增强学生知识的广度与深度。增强学生知识的广度与深度。课程要求课程要求 l要求具备一定的分析和处理与电工、电子和相关要求具备一定的分析和处理与电工、电子和相关技术的实际能力，从而获得与电类工程技术人员交技术的实际能力，从而获得与电类工程技术人员交流沟通的流沟通的“共同语言共同语言”，使双方能够分工合作，协

3、，使双方能够分工合作，协同完成任务。同完成任务。l要求掌握和运用电工技术、电子技术和现代电气要求掌握和运用电工技术、电子技术和现代电气传动及其控制技术的基本理论、基本知识和基本技传动及其控制技术的基本理论、基本知识和基本技能，了解该领域的新技术和新知识。能，了解该领域的新技术和新知识。发展概况发展概况l我国在我国在1111世纪发明指南针，直到世纪发明指南针，直到1212世纪才传入欧洲。世纪才传入欧洲。l1818世纪末和世纪末和1919世纪初，电磁方面的研究发展很快。法世纪初，电磁方面的研究发展很快。法拉第发现的电磁感应现象对电磁现象研究有着特殊贡献，拉第发现的电磁感应现象对电磁现象研究有着特殊

4、贡献，并成为电工技术的重要理论基础。在电磁现象的实用研并成为电工技术的重要理论基础。在电磁现象的实用研究上楞次发挥了巨大作用。在法拉第的研究基础上，麦究上楞次发挥了巨大作用。在法拉第的研究基础上，麦克斯韦提出了电磁波理论，为无线电技术的发展奠定了克斯韦提出了电磁波理论，为无线电技术的发展奠定了理论基础。理论基础。l1919世纪末和世纪末和2020世纪初，先后研制了电子二极管，电子世纪初，先后研制了电子二极管，电子三极管，晶体管，集成电路。数字控制机床从三极管，晶体管，集成电路。数字控制机床从19521952年研年研制出后发展很快，目前已普遍应用。制出后发展很快，目前已普遍应用。l随着电子技术和

5、计算机技术的发展，以电子电路计随着电子技术和计算机技术的发展，以电子电路计算机辅助设计为基础的电子设计自动化技术算机辅助设计为基础的电子设计自动化技术(EDA)(EDA)已已成为电子技术领域的重要设计手段。成为电子技术领域的重要设计手段。2020世纪世纪9090年代年代推出的一种新型设计软件推出的一种新型设计软件EWBEWB具有界面直观，操作方具有界面直观，操作方便等优点。便等优点。l从从2020世纪世纪8080年代来，可编程逻辑器件（年代来，可编程逻辑器件（PLDPLD）发展迅）发展迅速，可编程控制器速，可编程控制器PLCPLC是以是以CPUCPU为核心综合了计算机和为核心综合了计算机和自动

6、控制技术发展起来的一种工业控制器，目前已被自动控制技术发展起来的一种工业控制器，目前已被广泛应用于控制领域，其应用的深度显示了工业先进广泛应用于控制领域，其应用的深度显示了工业先进水平。水平。发展概况发展概况教学安排教学安排 电工电子技术课程分电工技术和电子技术两电工电子技术课程分电工技术和电子技术两大块，分别占大块，分别占3 3个学分。个学分。 由于由于电工电子技术课程电工电子技术课程是一门有较强实践性是一门有较强实践性的课程，对工程能力培养很有意义，所以实验教的课程，对工程能力培养很有意义，所以实验教学在学在电工电子技术电工电子技术教学中占有非常重要的地教学中占有非常重要的地位。位。 电工

7、技术共电工技术共5454课时，包括课时，包括8 8个实验课时，理个实验课时，理论课时论课时4646个课时。个课时。实验项目安排实验项目安排l 基尔霍夫定律与叠加l 戴维南定理l 交流参数测量l 变压器l 电机1.1 电路的作用和组成电路的作用和组成1.2 电路的状态电路的状态1.3 电路中的参考点电路中的参考点1.4 电路中的参考方向电路中的参考方向1.5 理想电路元件理想电路元件1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.7 支路电流法支路电流法1.8 叠加原理叠加原理1.9 等效电源定理等效电源定理1.10 非线性电阻电路非线性电阻电路第第1章章 直直 流流 电电 路路1.11.1电路的作用和组成

8、电路的作用和组成下一页上一页下一节u什么是电路？什么是电路？电路电路电路是按一定方式把一些电气设备或元件按其所要完成的电路是按一定方式把一些电气设备或元件按其所要完成的功能连接而成的电流通路。功能连接而成的电流通路。通俗一点，可把电路理解成电流所走的路线通俗一点，可把电路理解成电流所走的路线, ,即电流流通的即电流流通的路径。路径。实际的公路可无限延伸，而电路和实际生活中的公路不同，实际的公路可无限延伸，而电路和实际生活中的公路不同，它是一个闭合的回路，这样电流才能流通。它是一个闭合的回路，这样电流才能流通。 u电路是否无限延伸？电路是否无限延伸？（一（一) )电路的作用电路的作用下一页上一页

9、下一节实现能量的传输、分配与转换；实现能量的传输、分配与转换；实现信号的传递、处理和运算。实现信号的传递、处理和运算。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒（二（二) )电路的组成电路的组成通常由电源、用电设备（也称为负载）和中间环节通常由电源、用电设备（也称为负载）和中间环节（含开关、导线、熔断器等）三部分组成。（含开关、导线、熔断器等）三部分组成。下一页上一页下一节电源：将非电形态的能量转化电源：将非电形态的能量转化为电能的供电设备。为电能的供电设备。负载：将电能转化为非电形态的负载：将电能转化为非电形

10、态的能量的用电设备。能量的用电设备。中间环节：沟通电路、输送电能。中间环节：沟通电路、输送电能。E E直流电源直流电源: 提供能源提供能源负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。由激励所产生的电压和电流称为响应。信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等例：扬声器电路例：扬声器电路（三（三) )电路模型电路模型 为了便于分析电路为了便于分析电路, ,一般要将实际电路模型化，用足以一般要将实际电路模型化，用足以反映其

11、电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。由电池、灯泡、开关由电池、灯泡、开关、导线组成。导线组成。+R0R开关开关EI灯泡灯泡+U干电池干电池 导线导线10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡模模型型化化电池电池是电源元件，其参数为电动是电源元件，其参数为电动势势 E 和内阻和内阻Ro；灯泡灯泡主要具有消耗电能的性质，主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻是电阻元件，其参数为电阻R；导线导线用来连接电池和灯泡，

12、其用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计。电阻忽略不计。开关开关用来控制电路的通断。用来控制电路的通断。电路模型是由理想电路元件（及其组合）构成的。而理电路模型是由理想电路元件（及其组合）构成的。而理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。源元件等。+R0R开关开关EI灯泡灯泡+U干电池干电池 导线导线1.2 电路的状态电路的状态返回下一页上一页下一节上一节电路有空载、短路和有载三种工作状态：电路有空载、短路和有载三种工作状态：当当S S断开即空载断开即空载状态；当输出端短接时为短路状态；当开关状态；当输出端短接时为短路状态；当开关

13、S S闭合即有载工作闭合即有载工作状态。状态。U1U1表示电源端电压表示电源端电压U2U2表示负载的端电压表示负载的端电压R0UsR+U1+U2S电源电源负载负载I（一）空载（一）空载返回下一页上一页下一节上一节 当某部分电路与电源断开，该部分电路中没当某部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路的有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路的状态称为状态称为空载空载。S2S1I0有有源源电电路路U视电视电路而定路而定开路的特点开路的特点电路中电流为电路中电流为0，即，即I=0；电源端电压等于理想电压源电压，即电源端电压等于理想电压源电压，即U1=Us，此电压称为空

14、，此电压称为空载电压或开路电压，用载电压或开路电压，用UOC表示，记为表示，记为UOC=US；电源输出功率和负载吸收功率均为电源输出功率和负载吸收功率均为0。空载状态又称断路或开路，此时外电路电阻可视为无穷空载状态又称断路或开路，此时外电路电阻可视为无穷大，电路特征为：大，电路特征为：（二（二) )有载有载 EUSUL+_IS将开关将开关S闭合，电源为有闭合，电源为有载工作状态，整个电路为通路载工作状态，整个电路为通路状态，此时电路特征为：状态，此时电路特征为：当当US、R0一定时，电路中电流一定时，电路中电流I=US/（R0+R）由负载电阻）由负载电阻R的的大小决定；大小决定；电源端电压电源

15、端电压U1=US-IR0，负载端电压，负载端电压U2=RI；电源输出功率为理想电压源发出的功率减去内阻消耗功率，电源输出功率为理想电压源发出的功率减去内阻消耗功率，即即P1=U1I=（US-R0I）I=USI-R0I2，可见：整个电路的功率是，可见：整个电路的功率是平衡的，电源发出的功率等于电路各部分消耗的功率之和。平衡的，电源发出的功率等于电路各部分消耗的功率之和。（三（三) )短路短路返回下一页上一页下一节上一节 当某部分电路的两端用电阻可以忽略不计的当某部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所

16、旁路，这部分电路的状态称全部被导线或开关所旁路，这部分电路的状态称为为短路短路。I视电路而定视电路而定有有源源电电路路U 0短路的特点短路的特点S2S1电源短路电源短路当电源的两输出端被短接时，会造成电源短路，当电源的两输出端被短接时，会造成电源短路，此时，外电阻可视为此时，外电阻可视为0 0。此时电路的特征为：。此时电路的特征为：流经电源电流最大，外电路输出电流为流经电源电流最大，外电路输出电流为0 0。此时。此时电流记为短路电流电流记为短路电流ISC=US/R0；电源和负载端电压均为电源和负载端电压均为0，即，即U1=U2=0，此时此时US=R0ISC，电源的电压全部降落在电源内阻上，电源

17、的电压全部降落在电源内阻上，无输出电压；无输出电压；电源对外输出功率和负载吸收功率均为电源对外输出功率和负载吸收功率均为0。短路时，电源发出的功率全部消耗在内阻上，大小为短路时，电源发出的功率全部消耗在内阻上，大小为PS=USISC=US2/R0=ISC2R0。R0UsR+U1+U2SI注：注：电源短路是一种严重事故，可使电源温度迅速上升，以电源短路是一种严重事故，可使电源温度迅速上升，以致烧毁电源或其他设备，故要采取保护措施避免电源短路。致烧毁电源或其他设备，故要采取保护措施避免电源短路。 短路分为电源短路和用电器短路两种情况。用一根导短路分为电源短路和用电器短路两种情况。用一根导线将电源的

18、两极直接连接起来，叫做电源短路。用导线把线将电源的两极直接连接起来，叫做电源短路。用导线把用电器的两端直接连接起来，叫做用电器短路。用电器的两端直接连接起来，叫做用电器短路。 电源短路时电路中的电流很大，会把电源烧坏，因此电源短路时电路中的电流很大，会把电源烧坏，因此必须避免电源短路的情况发生。用电器短路时，电流不通必须避免电源短路的情况发生。用电器短路时，电流不通过用电器而直接从短路导线中通过。用电器短路的情况，过用电器而直接从短路导线中通过。用电器短路的情况，有时可加以利用。有时可加以利用。 说明说明例例某直流电源的额定功率是某直流电源的额定功率是200W，额定电，额定电压为压为50V，内

19、阻为，内阻为0.5，负载电阻可以，负载电阻可以调节，如左图所示。试求：调节，如左图所示。试求：（1）额定状态下的电流，负载电阻以及）额定状态下的电流，负载电阻以及理想电压源理想电压源Us的大小；的大小；（2）空载状态下的电压；）空载状态下的电压；（3）短路状态下的电流。）短路状态下的电流。解解 （1）额定电流）额定电流IN=PN/UN=200W/5V=4A 负载电阻负载电阻RN=UN/IN=50V/4A=12.5理想电压源理想电压源US=（R0+RN）IN=（0.5+12.5）4=52V（2）空载电压）空载电压U=US=52V（3）短路电流）短路电流ISC=US/R0=52V/0.5=104A

20、可见，短路电流是额定电流的可见，短路电流是额定电流的26倍倍(ISC/IN=104/4=26），），一旦发生短路后，电源有可能会烧毁。一旦发生短路后，电源有可能会烧毁。UsR0R+I+U1.3 电路中的参考点电路中的参考点返回下一页上一页下一节上一节电路中其它任何一点电路中其它任何一点与参考点之间的电压与参考点之间的电压便是该点的便是该点的电位电位。bac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d将电路中的某一点选作将电路中的某一点选作参考点参考点，并规定其电位，并规定其电位为为零零。+90V20 5 +140V6 cd例例求图示电路中各点求图示电路中各点的电位的电位: :V V

21、a a、V Vb b、V Vc c、V Vd d 。解：解：设设 a为参考点，为参考点， 即即Va=0V设设 b为参考点，即为参考点，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d结论结论电位计算步骤电位计算步骤任选电路中某一点为参考点，并设其电位为任选电路中某一点为参考点，并设其电位为0 0；标出各电流参考方向并计算；标出各电流参考方向并计算；计算出各点到参考点间的电压即为该点电位。计算出各点到参考点间的电压即为该点电位。l 参考点一经选定，电路中各点电位值就是唯一的；参考点一经选定，电路中各点电位值就是唯一的；l 电路中各点的电位是相对参考点而言的，选择不同的电

22、电路中各点的电位是相对参考点而言的，选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间的电压保持不变；的电压保持不变；l 某点电位为正表明该点电位比参考点高，为负则表示比某点电位为正表明该点电位比参考点高，为负则表示比参考点低。在实际应用中，常取大地为参考点。参考点低。在实际应用中，常取大地为参考点。例例AB+-2V1k1k选择点为参考点。有：选择点为参考点。有：V=0，VA=VA+V=1V，VB=VB+V=-1V，UAB=VA-VB=2V选择选择A点为参考点，有：点为参考点，有：VA=0，VB=VB-VA=-2V，UAB=VA-VB=

23、2V选择选择B点为参考点，有：点为参考点，有：VB=0，VA=VA-VB=2V，UAB=VA-VB=2V例例已知：已知：4C正电荷由正电荷由a点均匀移动至点均匀移动至b点电点电场力做功场力做功8J，由，由b点移动到点移动到c点电场力做点电场力做功为功为12J，(1) 若以若以b点为参考点，求点为参考点，求a、b、c点的电点的电位和电压位和电压Uacb解解VqWVaba 2480bVVqWqWVbccbc 3412VVVUbaab 202VVVUcbbc 3)3(0（1）以）以b点为电位参考点点为电位参考点VqWVaca 541280cVVqWVbcb 3412VVVUbaab 235VVVUc

24、bbc 303（2）以）以c点为电位参考点点为电位参考点acb返回下一页上一页下一节上一节US+_ISR1R2I I 在复杂的直流电路中，电压和电流的实际方向往往是无在复杂的直流电路中，电压和电流的实际方向往往是无法预知的。这时只能给它们假定一个方向作为电路分析和计法预知的。这时只能给它们假定一个方向作为电路分析和计算时的参考，这些假定的方向称为算时的参考，这些假定的方向称为参考方向或正方向参考方向或正方向。 1.4 电路中的参考方向电路中的参考方向对于简单电路：对于简单电路：AB+-UR1R2R3R4I1I2I I1 1、I I2 2的实际电流方向如图的实际电流方向如图中所示。中所示。对于复

25、杂电路：对于复杂电路：AB+-UR1R2R3R4I1I2R5I I1 1、I I2 2的电流方向容易判定，的电流方向容易判定，但但R R5 5上的电流不容易确定。上的电流不容易确定。当电路很复杂或者电流方向随时间变化时，很难事先判当电路很复杂或者电流方向随时间变化时，很难事先判断电流的实际方向，引入参考方向这个概念。断电流的实际方向，引入参考方向这个概念。（一）电流参考方向（一）电流参考方向电流参考方向电流参考方向在电流的两个可能流动方向中任选一个在电流的两个可能流动方向中任选一个方向作为参考方向，并用箭头表示。方向作为参考方向，并用箭头表示。i 参考方向参考方向AB电流的参考方向与实际方向的

26、关系：电流的参考方向与实际方向的关系：参考方向是假定的方向，电流的参考方向可以任意选定，参考方向是假定的方向，电流的参考方向可以任意选定，所选电流参考方向不一定就是电流实际方向。当两者一致时电所选电流参考方向不一定就是电流实际方向。当两者一致时电流为正值，反之则为负值。通过电流的正负值及其参考方向可流为正值，反之则为负值。通过电流的正负值及其参考方向可以判断出电流的实际方向。以判断出电流的实际方向。i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0u 0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0，此时此时p0，电容吸收功率。，电容吸收功率

27、。(2)当电容放电，当电容放电，u的绝对值减小的绝对值减小， u d u/d t0，此时此时p0，此时，此时 p0，电感吸收功率。电感吸收功率。(2)当当i绝对值减小时绝对值减小时， i d i/d t0，此时此时p0，电感发出功率。电感发出功率。电感的功率电感的功率说明说明 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。u、 i 取关取关联参考方

28、向联参考方向电感的储能只与当时的电流值有关，与电压无关。电感的储能只与当时的电流值有关，与电压无关。从从t t0 0到到 t t 电感储能的变化量：电感储能的变化量：)(21)(21022tLitLiWL电感的储能电感的储能说明说明对对p p积分，可得电感元件储存的磁场能量。积分，可得电感元件储存的磁场能量。2021LiLidtWiL电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；() C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件, 、q等称为对偶元

29、素。等称为对偶元素。222121 LLiWtiLuLiL dd结论结论222121ddqCCuWtuCiCuqC 下图中各元件的电流及参考方向已给定，计算支下图中各元件的电流及参考方向已给定，计算支路电流或电压，以及吸收功率路电流或电压，以及吸收功率例例+-u mH5wtAsin5-+iF10wtVsin5(a)(a)(b)(b)(a)(a)wtVwwtwdtwtddtdiLucos025. 0cos5105)sin5(10533wtWwtwwtwtwdtdiLiuipcossin125.0sin5cos025.0(b)(b)wtAwdtwtddtduCicos105)sin5(101056w

30、tWwtwwtwwtdtduCuuipcossin1025cos105sin555解解特点特点下一页上一页17（二）理想电源元件（二）理想电源元件1 1、理想电压源（恒压源）、理想电压源（恒压源）本身功耗忽略不计，本身功耗忽略不计，只起产生电能的作用只起产生电能的作用特点特点下一页上一页17输出电压输出电压是由它本身确定是由它本身确定的的定值定值，与输出，与输出电流和外电路情电流和外电路情况无关。况无关。输出电流输出电流不是定值，与输不是定值，与输出电流和外电路出电流和外电路情况有关。情况有关。（二）理想电源元件（二）理想电源元件1 1、理想电压源（恒压源）、理想电压源（恒压源）理想电压源的串

31、联和并联理想电压源的串联和并联( (了解了解) )相同的电压相同的电压源才能并联源才能并联, ,电源中的电电源中的电流不确定。流不确定。串联串联sksssuuuu21等效电路等效电路注意参考方向注意参考方向等效电路等效电路并联并联uS1+_+_IuS221sssuuu uS2+_+_uS1uS+_uS+_+_+_uS_iuRuS2_uS1+_+_iuR1R2 电压源与支路的串、并联等效电压源与支路的串、并联等效RiuiRRuuiRuiRuuSSSss)()(21212211IuS+_任意任意元件元件u+_RuS+_Iu+_对外等效！对外等效！电源的电压源模型由理想电压源与一电阻元件串联组成。电

32、源的电压源模型由理想电压源与一电阻元件串联组成。+-+IUSRSUUI0US电压源模型电压源模型伏安特性曲线伏安特性曲线一个好的电压源一个好的电压源要求要求RS0电压源输出电压与输出电流的关系式为：电压源输出电压与输出电流的关系式为：U=US-IRS。 式中式中U表示电源输出电压，表示电源输出电压，RS为电源内阻，反映电源有电为电源内阻，反映电源有电流输出时电源内部的损耗。流输出时电源内部的损耗。由表达式还可分析出：电压源输出电压的大小与内阻有关由表达式还可分析出：电压源输出电压的大小与内阻有关，内阻越小输出电压就越大。，内阻越小输出电压就越大。当内阻当内阻RS=0时，时，U=US，电压源输出

33、的电压恒定不变，等于，电压源输出的电压恒定不变，等于理想电压源电压，与通过它的电流无关。理想电压源电压，与通过它的电流无关。在实际应用中在实际应用中RS=0是不太可能的，当电源的内阻远远小于是不太可能的，当电源的内阻远远小于负载电阻时，即负载电阻时，即RSRL时，内阻压降时，内阻压降IRSRL时，时，IIS电流源输出电流基本恒定，此时可电流源输出电流基本恒定，此时可认为电流源是恒流源。认为电流源是恒流源。解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ (c)a+-2V5VU+-b2 + (b)aU 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ 例例3 3、理想电源

34、元件的两种工作状态、理想电源元件的两种工作状态下一页上一页例题：在图示直流电路中已知理想电压源的电压例题：在图示直流电路中已知理想电压源的电压US3V，理想，理想电流源的电流电流源的电流IS=3A，电阻，电阻R=3。求（。求（1 1）理想电压源的电压和）理想电压源的电压和理想电流源的电流；（理想电流源的电流；（2 2）讨论电路的功率平衡关系。）讨论电路的功率平衡关系。下一页上一页下一页上一页. .实际电源的模型实际电源的模型利用电源转换简化电路计算。利用电源转换简化电路计算。例例I=0.5A+_U55 2A6AU=20V例例5A3 4 7 2AI？+_15v_+8v7 7 IU=?6A+_U5

35、 5 10V10V+_+_84例例如图所示电压源，已如图所示电压源，已U US S=10V,R=10V,RS S=100=100. .求等效电流源的求等效电流源的I IS S和和R R0 0之值。之值。RSUsRL+I+U解解等效电流源的理想电流源的电流等效电流源的理想电流源的电流 I IS S=U=US S/R/RS S=10V/100=10V/100=0.1A=0.1A并联电阻并联电阻R R0 0=R=RS S=100=100ISR0I0I+-URL等效电流源中的理想电流源的参考方等效电流源中的理想电流源的参考方向如右图所示，使该电流源输出电压向如右图所示，使该电流源输出电压和电流的参考方

36、向与上图一致。和电流的参考方向与上图一致。85例例如图所示电流源，已知如图所示电流源，已知I IS S=0.5A,R=0.5A,R0 0=100=100. .电源外部负电源外部负载载R RL L=400=400。（1 1）求负载电阻）求负载电阻R RL L的电流的电流I I及电压及电压U U；（2 2）求电流源内阻）求电流源内阻R R0 0的电流及功率；的电流及功率；（3 3）求所示电流源的等效电压源模型的）求所示电流源的等效电压源模型的U US S及及R RS S；解解（1 1）由已知）由已知I IS S，R R0 0, ,负载电流负载电流I=II=IS SR R0 0/(R/(R0 0+R

37、+RL L)=0.1A,)=0.1A,电压电压U=IRU=IRL L=40V=40V（4 4）根据（）根据（3 3）得到的电压源模型再求）得到的电压源模型再求R RL L的电压、的电压、电流及电压源内部电阻电流及电压源内部电阻R RS S所消耗的功率。所消耗的功率。（2 2）已知）已知R R0 0，R RL L, ,电源内部电阻电源内部电阻R R0 0的电流的电流I I0 0=0.4A,R=0.4A,R0 0消耗的功率消耗的功率P=RP=R0 0I I0 02 2=16W.=16W.（3 3）等效电压源模型中的）等效电压源模型中的U US S=R=R0 0I IS S=50V,=50V,内阻内

38、阻R RS S=R=R0 0=100=100；ISR0I0I+-URL86由此例也可看出：等效变换前后对外作用效果完全相同，对电由此例也可看出：等效变换前后对外作用效果完全相同，对电源模型内部一般是不同的。上例中电压源内部损耗为源模型内部一般是不同的。上例中电压源内部损耗为1W,1W,而电流而电流源为源为16W16W。（4 4）将）将R RL L=400=400负载接入如图所示电压源，负载接入如图所示电压源，得得I=UI=US S/ /（R R0 0+R+RL L）=0.1A=0.1A，U=RU=RL LI=40VI=40V，与电流源供电时效果一致。而等效电压与电流源供电时效果一致。而等效电压

39、源内阻源内阻R RS S消耗功率消耗功率P PS S=R=RS SI I2 2=1W=1W，与电流，与电流源内阻消耗功率不同。源内阻消耗功率不同。RSUsRL+I+U注意事项注意事项1. 变换后的理想电流源变换后的理想电流源IS（或理想电压源（或理想电压源US）的参考方向要根）的参考方向要根据变换前的电压源据变换前的电压源US（或电流源（或电流源IS）的参考方向决定，要保）的参考方向决定，要保证等效后的输出电压、输出电流的参考方向保持不变。证等效后的输出电压、输出电流的参考方向保持不变。2. 等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。表现在：等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。表现在

40、：电压源开路时，电路中电流电压源开路时，电路中电流I=0,I=0,内阻内阻R RS S无损耗；而电流源开无损耗；而电流源开路时，电源内部仍有电流，内阻路时，电源内部仍有电流，内阻R R0 0有损耗；有损耗；电压源短路时，电源内部有电流，内部有损耗电压源短路时，电源内部有电流，内部有损耗；电流源短路；电流源短路时，并联电阻中无电流，无内损。时，并联电阻中无电流，无内损。3. 理想电压源与理想电流源不能等效变换。理想电压源与理想电流源不能等效变换。思考思考: :根据理想电流源的特点分析图示电根据理想电流源的特点分析图示电路：当路：当R变化时，对其余电路（虚变化时，对其余电路（虚线方框内的电路）的电

41、压和电流有线方框内的电路）的电压和电流有无影响？无影响？R变化时所造成的影响是变化时所造成的影响是什么？什么？ISR任任何何电电路路（b）解：解：因为凡与理想电流源串联的元件其电流均等于理想电流源的电流，因为凡与理想电流源串联的元件其电流均等于理想电流源的电流，故改变故改变R不会影响虚线部分电路的电流，而虚线部分电路结构一定，不会影响虚线部分电路的电流，而虚线部分电路结构一定，故亦不会影响其电压。故亦不会影响其电压。R的变化仅影响其本身的电压及理想电流源的的变化仅影响其本身的电压及理想电流源的电压。电压。ISR任任何何电电路路下一题上一题思考思考: :凡是与理想电压源并联的理想电流源其电压是一

42、定的，因凡是与理想电压源并联的理想电流源其电压是一定的，因而后者在电路中不起作用；凡是与理想电流源串联的理想而后者在电路中不起作用；凡是与理想电流源串联的理想电压源其电流是一定的，因而后者在电路中也不起作用。电压源其电流是一定的，因而后者在电路中也不起作用。这种观点是否正确这种观点是否正确? ?答：这种观点不正确。与理想电压源并联的答：这种观点不正确。与理想电压源并联的理想电流源理想电流源不影响电路其余部分的电压和电流，但会影响理想电压不影响电路其余部分的电压和电流，但会影响理想电压源的电流；源的电流；与理想电流源串联的与理想电流源串联的理想电压源也不影响电理想电压源也不影响电路其余部分的电压

43、和电流，但会影响理想电流源的电压路其余部分的电压和电流，但会影响理想电流源的电压。下一题上一题分析分析: :S断开时，断开时，I2=IS=2A选取由选取由US、R2和和S组成的回路，利用组成的回路，利用KVL求得求得U=US R2 I2 4VS闭合时，闭合时， R2 右端电位与右端电位与US 下端电位相同，下端电位相同， R2 两端电压等于两端电压等于US ，故故I2=USR2 =6A选取右上结点，利用选取右上结点，利用KCL求得求得I=I2 IS 4A 在图示电路中，已知在图示电路中，已知US6 6V ，IS2 2A ， R12 2 ， R21 1 。求开关求开关S断断开时开关两端的电压开时

44、开关两端的电压U和开关和开关S闭合时通闭合时通过开关的电流过开关的电流I（不必用支路电流法）。（不必用支路电流法）。US+_ISR1R2U+_IS解：解：设通过设通过R2的电流为的电流为I2，如图。，如图。I2下一题上一题1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律，又基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律，又分为：基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。它分为：基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。律，是分析集总参数电路的基本定律。下一页上一页 184

45、7 1847年，德国物理学家基尔年，德国物理学家基尔霍夫霍夫(Gustav Robert Kirchhoff, (Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887) 1824-1887) 提出电流定律和电压提出电流定律和电压定律。以他对光谱分析，光学和定律。以他对光谱分析，光学和电学的研究著名。电学的研究著名。支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径。内部不含支路的回路。内部不含支路的回路。I1

46、I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1E1概念：概念：由电路元件组成的由电路元件组成的闭合路径称为回路，闭合路径称为回路，例例:acbda, adba, acba.概念概念回路回路未被其他支路分割的未被其他支路分割的单孔回路称为网孔，单孔回路称为网孔，例例:acbda, adba.概念概念网孔网孔例：例：adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1 实质实质: : 电流连续性的体现。电流连续性的体现。或或: = 0对结点对结点 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba E2R2 R3R1E1I1I2I3（一）基尔霍夫电流定律（一）基尔霍夫电流定律（KCL）下

47、一页上一页RCICRBIBIEbceUCC电路中任何一个电路中任何一个假定的闭合面。假定的闭合面。广义结点广义结点IC+ IBIE0令流出为令流出为“+”+”，有：，有：1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 推广推广I =?例例:I = 0IA + IB + IC = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12VIAIBIABIBCICAACBIC广义结点广义结点例题：图示的部分电路中，已知例题：图示的部分电路中，已知I13A，I45A，I58A，试求试求I2、I3和和I6。下一页上一页先应设定出相关支路电流的参考方向，先应设定出相关支路电流的参考方向，再设定电流方向

48、与结点关系，即设流入结再设定电流方向与结点关系，即设流入结点的电流为正，还是流出结点的电流为正。点的电流为正，还是流出结点的电流为正。写结点电流关系式：写结点电流关系式：明确明确（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意节点是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意节点 处的反映；处的反映；（2） KCL是对支路电流的约束，与支路上接的是什么元是对支路电流的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；件无关，与电路是线性还是非线性无关；（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。无关。即：即： U = 0在任一瞬间，

49、从回路中任一点出发，沿回路循行一在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路对回路1 1：对回路对回路2 2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 1 12 2I1I2I3ba E2R2 R3R1E1（二）基尔霍夫电压定律（二）基尔霍夫电压定律（KVL）下一页上一页E或或US+_R+_UabI可将可将KVLKVL推广应用于推广应用于任何一个假想闭合的任何一个假想闭合的一段电路一段电路 R

50、IUE 或或 RIUUs 0aUsb_-+U2U1SabUUUU 21例例1列方程前标注回路循行方向；列方程前标注回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 US2 =U + I2R2 U = 0 I2R2 US2 + U = 02应用应用 U = 0项前符号的确定：项前符号的确定： 3. 开口电压可按回路处理开口电压可按回路处理 注意：注意：1对回路对回路1：US1U+R1+US2R2I2_说明说明:（1） KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律的实质反映了电路遵从能量守恒定律;（2） KVL是对回路电压的约束，与回路各支路上接的是是对回路电压的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与

51、电路是线性还是非线性无关；什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；（3）KVL方程是按电压参考方向列写方程是按电压参考方向列写, 但电压的实际方向但电压的实际方向也满足也满足KVL方程。方程。对网孔对网孔abdaabda：对网孔对网孔acbaacba：对网孔对网孔bcdbbcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 acbdaacbda，沿顺时针方向循行，沿顺时针方向循行：I2 R2 I4 R4 I3 R3 + I1 R1 = 0应用应用 U U = 0 = 0列方程列方程对回路对回路

52、cdaccdac，沿顺时针方向循行，沿顺时针方向循行： E + I1 R1 + I2 R2 = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3Iadbc例题：在图示回路中，已知例题：在图示回路中，已知E120V，E210V，Uab4V，Ucd=-6V，Uef5V，试求试求Ued和和Uad。下一页上一页31+-4V5Vi =?3.3.+-4V5V1A+-u =?4.4.3 3 A31.A2 3 3 5 4? i 1Ai523 )(2. V20 V10 ? u V5Vu1552010 Aii3543 Vu1275 解解10V+-1A-10VI =?10 5.4V+-10AU =?2 6.+-3

53、AI解解I10)10(10101 IAI21 AII31211 AI7310 024 IUVIU1041442 在已知电路结构和元件参数的条件下，确定各部分在已知电路结构和元件参数的条件下，确定各部分电压与电流之间的关系。电压与电流之间的关系。 对于复杂电路来说，必须寻找分析和计算的简便方法，对于复杂电路来说，必须寻找分析和计算的简便方法，下面主要介绍支路电流法、叠加原理、戴维宁定理和诺顿下面主要介绍支路电流法、叠加原理、戴维宁定理和诺顿定理。定理。电路元件的电压、电流约束关系电路元件的电压、电流约束关系 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 前面学习分析与计算简单电路的基本工具有：前面学习分析与计算简单

54、电路的基本工具有：电路分析方法电路分析方法（1 1）从电路的）从电路的n n个结点中任意选择个结点中任意选择n-1n-1个结点列写个结点列写KCLKCL方程；方程；（2 2）选择基本回路（网孔）列写）选择基本回路（网孔）列写b-(n-1)b-(n-1)个个KVLKVL方程。方程。1.7 支路电流法支路电流法下一页上一页R2E2E1+_R1R3+_（1 1）确定支路数，选择各支）确定支路数，选择各支路电流的参考方向；路电流的参考方向；R3E1+_R1+_R2E2支路数为支路数为3 3I1I3I2（2 2）确定结点数，应用）确定结点数，应用 KCL KCL 对结点列独立的结点对结点列独立的结点电流

55、方程式；电流方程式；ab结点结点a a：I I1 1+ +I I2 2- -I I3 3=0=0结点结点b b：- -I I1 1I I2 2+ +I I3 3=0=0 I I1 1+ +I I2 2- -I I3 3=0=0结点数为结点数为n n, ,则可列出则可列出n-1n-1个独立的结点方程式。个独立的结点方程式。（3 3）对选定的回路标出回路循行方向，应用）对选定的回路标出回路循行方向，应用 KVL KVL 对回路列对回路列回路电压方程式回路电压方程式( (通常可取网孔列出通常可取网孔列出) )； 左网孔：左网孔： R R1 1 I I1 1+ +R R3 3I I3 3= = E E

56、1 1 右网孔：右网孔： R R2 2 I I2 2+ +R R3 3I I3 3= = E E2 2（4 4）解联立方程式，求出各支路电流的数值。）解联立方程式，求出各支路电流的数值。支路电流法是电路分析中最基本的支路电流法是电路分析中最基本的方法之一，但当支路数较多时，所方法之一，但当支路数较多时，所需方程的个数较多，求解不方便。需方程的个数较多，求解不方便。adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1支路数支路数b =4b =4，但恒流源，但恒流源支路的电流已知，则未支路的电流已知，则未知电流只有知电流只有3 3个，能否只个，能否只列列3 3个方程？个方程？试求各支路电流试求各支

57、路电流。 (1) (1) 当支路中含有恒流源时，若在列当支路中含有恒流源时，若在列KVLKVL方程时，所选回路方程时，所选回路中中不包含恒流源支路不包含恒流源支路，这时电路中有几条支路含有恒流源，这时电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个则可少列几个KVLKVL方程。方程。 (2) (2) 若所选回路中若所选回路中包含恒流源支路包含恒流源支路, , 因恒流源两端的电压因恒流源两端的电压未知，则有一个恒流源就出现一个未知电压，在此种情况未知，则有一个恒流源就出现一个未知电压，在此种情况下不可少列下不可少列KVLKVL方程。方程。baI2I342V+I112 6 7A3 cd12支路中含有恒流源

58、支路中含有恒流源 因所选回路不包含因所选回路不包含恒流源支路，所以可恒流源支路，所以可以只列以只列2 2个个KVLKVL方程。方程。(1) 应用应用KCL列结点电流方程列结点电流方程支路数支路数b=4, b=4, 且恒流源支路且恒流源支路的电流已知。的电流已知。(2) 应用应用KVL列回路电压方程列回路电压方程(3) 联立解得：联立解得：I1= 2A， I2= 3A， I3=6A （）所选回路中不包含恒流源支路：（）所选回路中不包含恒流源支路：对结点对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路对回路1：12I1 6I2 = 42对回路对回路2：6I2 + 3I3 = 0baI2I342V+

59、I112 6 7A3 cd12(1) 应用应用KCL列结点电流方程列结点电流方程支路数支路数b=4, b=4, 且恒流源支路且恒流源支路 的电流已知。的电流已知。(2) 应用应用KVL列回路电压方程列回路电压方程(3) 联立解得：联立解得：I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 对结点对结点 a： I1 + I2 I3 = 7对回路对回路1：12I1 6I2 = 42对回路对回路2：6I2 + UX = 0123+UX对回路对回路3：UX + 3I3 = 0baI2I342V+I112 6 7Acd3 因所选回路中包含恒因所选回路中包含恒流源支路，而恒流源流源支路，而恒流源两端的电压未知，

60、所两端的电压未知，所以有以有3 3个网孔则要列个网孔则要列3 3个个KVLKVL方程。方程。（）所选回路中包含恒流源支路：（）所选回路中包含恒流源支路：例题：在图示电路中，已知例题：在图示电路中，已知US112V，US212V，R11， R22， R32， R44， 求各支路电流。求各支路电流。下一页上一页1.8 叠加原理叠加原理（一）（一）原理内容原理内容下一页上一页US+_ISR1R2I1I2U2+_U1+_ 在含有在含有多个电多个电源源的线性电路中，的线性电路中，任一支路的电流和任一支路的电流和电压等于电路中各电压等于电路中各个电源个电源分别单独作分别单独作用用时在该支路中产时在该支路中