电工学_张南主编

1、1电工学电工学 一九九九年七月2概 论3主要教学内容主要教学内容电电工工学学 电工技术电工技术电子技术电子技术直流电路、交流电路直流电路、交流电路暂态分析、三相电路暂态分析、三相电路变压器、电动机、工业控制变压器、电动机、工业控制 三极管、放大电路三极管、放大电路 运算放大电路运算放大电路 数字集成电路数字集成电路（上篇）（上篇）（下篇）（下篇）4电工技术电工技术 应用举例应用举例 (1)工工 业业 控控 制制 电机控制电机控制 机床控制机床控制 生产过程自动化控制生产过程自动化控制 楼宇电梯控制楼宇电梯控制 . . . . . . . . . . .电工技术的应用电工技术的应用5电工技术电工

2、技术 应用举例应用举例 (2)信信 号号 检检 测测 压力、温度、水位、压力、温度、水位、流量等的测量与调节流量等的测量与调节 电子仪器电子仪器 医疗仪器医疗仪器 . . . . . .6家家 用用 电电 器器 电灯、电话电灯、电话 广播、电视广播、电视 冰箱、洗衣机冰箱、洗衣机 家庭影院家庭影院 . . . . . .电工技术电工技术 应用举例应用举例 (3)7智能建筑智能建筑电工技术电工技术 应用举例应用举例 (4)8中央空调及加湿器：美国中央空调及加湿器：美国 TEMPSTAR 中央吸尘：加拿大中央吸尘：加拿大 DUO VAC 中央热水炉：美国中央热水炉：美国 A.O.SMITH 小区安

3、防、智能系统小区安防、智能系统 周界双层红外监测防闯入系统，保安电子巡周界双层红外监测防闯入系统，保安电子巡更系统更系统 重要场所、主要路口重要场所、主要路口24小时摄象监视系统小时摄象监视系统 门卫与住户对讲系统门卫与住户对讲系统 车辆自动识别准入系统车辆自动识别准入系统 燃气泄露、烟感探头、紧急求助、非法入室燃气泄露、烟感探头、紧急求助、非法入室自动报警系统自动报警系统 彩屏可视对讲、公共信息发布、家电远程控彩屏可视对讲、公共信息发布、家电远程控制系统制系统 水、电、气三表水、电、气三表 IC 卡远程计量系统卡远程计量系统 所有房间留有电视、电话及数据接口、分户所有房间留有电视、电话及数据

4、接口、分户电话交换机实现内部通话电话交换机实现内部通话 9楼楼 宇宇 电电 梯梯 的的 控控 制制信信号号检检测测供供电电系系统统电机电机(执行机构执行机构)可编程序可编程序控制器控制器ProgrammableLogicController电机控制器电机控制器10汽车电子汽车电子汽汽 车车 电电 子子电源电源发动机控制发动机控制行驶装置行驶装置报警与安全装置报警与安全装置旅居性旅居性仪表仪表娱乐通讯娱乐通讯收音机、汽车电话、业余电台收音机、汽车电话、业余电台点火装置、燃油喷射控制、点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制发动机电子控制车速控制、间歇刮水、车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁除雾

5、装置、车门紧锁.安全带、车灯未关报警、安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊速度报警、安全气囊.空调控制、动力窗控制空调控制、动力窗控制里程表、数字式速度表、里程表、数字式速度表、出租车用仪表出租车用仪表.电工技术电工技术 应用举例应用举例 (5)11EV?Electric Vehicle1221世纪世纪 绿色绿色 环保汽车环保汽车EV安全、舒适、可靠安全、舒适、可靠无废气排放无废气排放( 零零 排放排放)高效率高效率涡轮增压涡轮增压ABS自动巡航自动巡航GPS卫星定位卫星定位68 安全气囊安全气囊1314机机电电 机电一体化EV充电系统充电系统电池管理系统电池管理系统汽车照明、汽车照明、电

6、动转向、空调、电动转向、空调、音响、雨刷、安全音响、雨刷、安全报警、电动门窗报警、电动门窗.电电 子子机械机械驱动控制系统驱动控制系统电机驱动系统电机驱动系统15汽车电子汽车电子强电强电弱电弱电电机驱动电机驱动逆变电源逆变电源电力电子电力电子.电机与电器控制电机与电器控制信号处理（信号处理（DSP）计算机、单片机计算机、单片机.16 课程性质课程性质: :技术基础课技术基础课课程对象课程对象:工科非电专业工科非电专业课程特点：课程特点：内容丰富，内容丰富，技术更新快，技术更新快，紧密联系实际，紧密联系实际，应用非常广泛。应用非常广泛。 本课是非电专业一切电类后续课程（电子技术、本课是非电专业一

7、切电类后续课程（电子技术、计算机原理、自动控制等）的基础。学时少、内容计算机原理、自动控制等）的基础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。影响。17 主要教学环节主要教学环节习题习题独立完成作业独立完成作业 紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧。题方法和技巧。 课堂教学课堂教学实验实验注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。使用方法，验证与探索相结合。18学分：4.5 总学时: 90面授: 70电工技术电工技术

8、30学时，电子技术学时，电子技术35学时学时实验学时：20 基础实验18学时（9个） 综合性实验6学时（1个）19本课程考核由期末书面考试、实验本课程考核由期末书面考试、实验( (含实验报告含实验报告) ) 、平时（考勤、测验等、平时（考勤、测验等）三部分组成。）三部分组成。其中，期末书面书面考试占总成绩的其中，期末书面书面考试占总成绩的70%70%，实验，实验( (含实验报告含实验报告) )占总成绩的占总成绩的20%20%，平时作业占总成绩的，平时作业占总成绩的10%10%。 20教教 材材 及及 参参 考考 书书教材：教材：电电 工学工学 （少学时少学时） （第（第二二版）版）张南张南主编

9、主编 高等教育出版社高等教育出版社电工技术与电子技术电工技术与电子技术 （上册）（上册）王鸿明主编王鸿明主编 清华大学出版社清华大学出版社 参考书：参考书： 电工学电工学（第五版）秦增煌主编（第五版）秦增煌主编 21希望和要求希望和要求:教学形式教学形式: 课堂上，多媒体授课；课堂上，多媒体授课； 课后，复习预习课后，复习预习 。意见要求及时反馈意见要求及时反馈新生事物大家支持新生事物大家支持教师严谨治学教师严谨治学学生积极配合学生积极配合师生共同创造佳绩师生共同创造佳绩建议希望踊跃发表建议希望踊跃发表22第一章电路分析基础23 11 电路的基本概念一一. . 电路的组成电路的组成 电路的基本

10、组成部分是电源、负载和中间环节。电路的基本组成部分是电源、负载和中间环节。EIRU+_电源电源负载负载24电路元件的理想化电路元件的理想化 在一定条件下突出元件主要的电磁性质，在一定条件下突出元件主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。元件。为什么电路元件要理想化为什么电路元件要理想化? ? 便于对实际电路进行分析和用数学描述，便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件理想化（或称模型化将实际元件理想化（或称模型化）。）。二、电路元件和二、电路元件和电路模型电路模型25手电筒的电路模手电筒的电路模型型UI开关开关ER0R干电池干电池

11、电珠电珠261.1.电源有载工作（通路）电源有载工作（通路）开关开关闭合闭合ER0+U-RIabdc通路通路开关开关断开断开开路开路cdcd短接短接短路短路三、电路的工作状态三、电路的工作状态27 电压和电流电压和电流由由欧姆定律欧姆定律可列上图的电流可列上图的电流RREI0负载电阻两端电压负载电阻两端电压RIU IREU0UEOI电源的外特性曲线电源的外特性曲线当当R R0 0R R时时EU 由上两式得由上两式得282、开路、开路 开路就是将电路断开。开路就是将电路断开。 开路时电路中没有电流，负载上也没有电压，开路时电路中没有电流，负载上也没有电压， 开路时电源的端电压称为开路电压或空载电

12、压，用开路时电源的端电压称为开路电压或空载电压，用UoUo表示表示, ,显然，显然，U U0 0E E。 开路时，开关触点开路时，开关触点a a、b b之间的电压之间的电压U UababU Uo oE E。ER0+U-RIabdc特征特征：I0 UU0E P0293、短路、短路可以看出，负载可以看出，负载R R上已没有电压所以负载电流上已没有电压所以负载电流 I IR R0 0 短路后电源回路的电流短路后电源回路的电流 电源的内阻电源的内阻RoRo往往很小，所以短路电流很大往往很小，所以短路电流很大, ,这会这会引起电源或导线绝组的损坏。引起电源或导线绝组的损坏。 短路是一种电路事故。由于操作

13、不当等原因，短路短路是一种电路事故。由于操作不当等原因，短路现象是难以避免的，所以要有保护措施。简单可行的方现象是难以避免的，所以要有保护措施。简单可行的方法是在线路中装设熔断器，使熔断器内的熔丝法是在线路中装设熔断器，使熔断器内的熔丝( (又称保险又称保险丝丝) )与负载串联与负载串联( FU)( FU)。如果负载发生短路，熔丝会很快。如果负载发生短路，熔丝会很快烧断，使电源和供电线路得到保护。烧断，使电源和供电线路得到保护。0SREI IR0R EU0 30 U0 IISER0 PEPR0 I 2 P0短路的特征：短路的特征：31 电路的物理量 及其参考方向电池电池灯泡灯泡电流电流电压电压

14、电动势电动势EIRU+_负载负载电源电源32电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。33物理量的实际正方向物理量的实际正方向 物物理理量量单单位位实实际际正正方方向向电电流流 IA、kA、mA、A正正电电荷荷移移动动的的方方向向电电动动势势 E V、kV、mV、V电电源源驱驱动动正正电电荷荷的的方方向向 (低低电电位位 高高电电位

15、位)电电压压 UV、kV、mV、V电电位位降降落落的的方方向向 (高高电电位位 低低电电位位)34物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池电池灯泡灯泡IRUabE+_abu_+正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前， 低电位在后）低电位在后） 双下标双下标箭箭 头头uab电压电压+-IR电流电流：从高电位：从高电位 指向低电位。指向低电位。35电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量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？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向

16、电流方向BA？E1ABRE2IR36(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法解决方法(3) 根据计算结果确定实际方向：根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；37例例已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E

17、IRRURabU解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR 38(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRE IRRURabU39(4) 为了避免列方程时出错，为了避免列方程时出错，习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设。按相同方向假设。(1) 方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况

18、。(2) “实际方向实际方向”是物理中规定的，而是物理中规定的，而“假设假设 正方向正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要在以后的解题过程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向” (即在图中表明物理量的参考方向即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的. 提示提示40 欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正

19、负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向相同。参考方向相同。U = I R41解：解：对图对图(a)有有, U = IR例：例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A42四四. .电功率和电能电功率和电能aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任

20、意两点间的电压为 U ,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: WIUP功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？43 在在 U、 I 正正方向选择一致的前提下，方向选择一致的前提下， IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率” （负载）（负载）“发出功率发出功率” （电源）（电源）若若 P = UI 0若若 P = UI 0IUab+-根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）= P（发出）（发出）44 IUP功率功率 设电路任意两点间的电压为设电路任意两点间的电压为 U U

21、, ,流入此部分流入此部分电路的电流为电路的电流为 I I， 则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为: :功率平衡：功率平衡：由由UER0I得得 UIEIR0I2PPE P电源输出电源输出的功率的功率电源内阻上电源内阻上损耗功率损耗功率电源产生电源产生的功率的功率W W为瓦为瓦 特特 KWKW为千瓦为千瓦45 当当 计算的计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，方向一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是

22、负载。结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向相反，此部分电路发出电功率，向相反，此部分电路发出电功率，为电源为电源。46解解A273.022060UPI 806273.0220IUR 一个月的用电量一个月的用电量 WPt60(W)30 (h) 5.4kWh来来计计算算和和或或可可用用PURIPR22 已知：已知：有一有一220V 60W的电灯，接在的电灯，接在220V的电源上的电源上，求通过电灯的求通过电灯的电流电流和电灯在和电灯在220V电压下工作时

23、电压下工作时电阻电阻如每晚用如每晚用3 3小时，问一个月消耗小时，问一个月消耗电能电能多少？多少？例题例题 4712 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部分电流用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系间的关系,其中包括克氏电流和克氏电压两个其中包括克氏电流和克氏电压两个定律。定律。名词注释：名词注释：节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径48支路：支路：ab、ad、 . （共（共6条）条）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 个）个）节点：

24、节点：a、 b、 . (共共4个）个）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-49一、一、 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I44231IIII克氏电流定律的克氏电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I =0即：即：例例或或：04231IIII50电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。

25、例例I1+I2=I3例例I=0 电流定律的扩展电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R51二、二、 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向从回路中任意一点出发，沿顺时针方向或逆时针方向循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降循行一周，则在这个方向上的电位升之和等于电位降之和之和. . 或电压的代数和为或电压的代数和为 0。E1I1E2U2I2R2R1abcdU1+-U3U4U1U4U2U3U1 1U2 2U3 3U4 40 0即即 U0 052上式可改写为上式可改写为 E1E2R1I1R2I20 或或 E1E2R1I1R1

26、I1 即即 E （RI）在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路在电阻电路中，在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和 在这里电动势的参考方向与所选回路循行方在这里电动势的参考方向与所选回路循行方向相同者，取正号，一致者则取负号。向相同者，取正号，一致者则取负号。 电压与回路循行方向一致者，取正号，反之电压与回路循行方向一致者，取正号，反之则取负号。则取负号。注注531列方程前列方程前标注标注回路循行方向；回路循行方向； 电位升电位升 = 电位降电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 0

27、2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 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_54基尔霍夫电压定律的基尔霍夫电压定律的推广推广：可应用于回路的部分电路可应用于回路的部分电路+-ABC-UABUAUBER+-+-UI UUAUBUAB或或 UABUAUBEURI0或或 UERI注注列方程时，列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。电动势的参考方向。55+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA解解由由基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律可得可得（1 1

28、）UABUBCUCDUDA=0 即即 UCD2V（2 2）UABUBCUCA0 即即 UCACA1V1V已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意已知：下图为一闭合电路，各支路的元件是任意的，但知的，但知UAB5V，UBC4V，UDA3V试求：（试求：（1 1）UCD：（：（2 2）UCA。例题例题 56UsI1IBRBI2EBUBE+-解解应用基尔霍夫电压定律应用基尔霍夫电压定律列出列出 EB BRB BI2 2UBEBE0 0得得 I2 20.315mA0.315mAEBRBI2R1I1US0得得 I10.57mA应用应用基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律列出列出 I2I1IB0 得得 IB

29、 B0.255mA0.255mA如图：如图：RB B20K20K ， R1 110K10K ，EB B6V6VUS S6V6V，UBEBE0.3V0.3V 试求电流试求电流 IB ，I2 2 及及 I1 1。例题例题 57关于独立方程式的讨论关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？例例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？电压方程？58克氏电流方程克氏电流方程

30、：节点节点a：节点节点b：321III213III独立方程只有独立方程只有 1 个个克氏电压方程克氏电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE159设：电路中有设：电路中有N个节点，个节点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的独立的节点电流方程节点电流方程有有 (N -1) 个个独立的独立的回路电压方程回路电压方程有有 (B -N+1)个个则：则：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）独立电流方程：独立电流方程：个个独立电压方

31、程：独立电压方程：个个60讨论题讨论题A11433I求：求：I1、I2 、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果？1 +-3V4V1 1 +-5VI1I2I3A615432IA7321III61 对于简单电路，通过串、并联关系即可对于简单电路，通过串、并联关系即可求解。如：求解。如：E+-RE+-RRRRRRR62对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联无法求解，对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联无法求解，必须经过一定的解题方法，才能算出结果。必须经过一定的解题方法，才能算出结果。 E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_如：如：63 在电路中，电阻的联接形式是多种在电路

32、中，电阻的联接形式是多种多样的，其中最简单和最常用的是串联多样的，其中最简单和最常用的是串联与并联。具有串、并联关系的电阻电路与并联。具有串、并联关系的电阻电路总可以等效变化成一个电阻。总可以等效变化成一个电阻。所谓等效是指两所谓等效是指两个电路的对外伏个电路的对外伏安关系相同安关系相同等效等效13 电阻串并联联接的等效变换电阻串并联联接的等效变换64 如果电路中有两个或两个以上的电阻串如果电路中有两个或两个以上的电阻串联，这些电阻的串联可以等效为一个电阻。联，这些电阻的串联可以等效为一个电阻。21RRR +-+-+1R2R1U2UUI+IRU一、一、 电阻的串联电阻的串联 RIIRRU21

33、伏安关系伏安关系65 两个串联电阻上的电压分别为两个串联电阻上的电压分别为：+-+-+1R2R1U2UUIURRRIRU21111 URRRIRU21222 66 式中式中G为电导，是电阻的倒数。在国际单位为电导，是电阻的倒数。在国际单位 制中，电导的单位是制中，电导的单位是西门子（西门子（S）。21GGG21111RRR 上式也可写成上式也可写成 两个或两个以上的电阻的并联也可以用两个或两个以上的电阻的并联也可以用一个电阻来等效。一个电阻来等效。+-1R2RUI1I2I+-IUR二、二、 电阻的并联电阻的并联67 两个并联电阻上的电流分别为：两个并联电阻上的电流分别为：+-1R2RUI1I2

34、IIRRRI2121 IRRRI2112 687R3V3I6R 134R2112R12I5I5R67I 计算图中所示电阻电路的等效电阻计算图中所示电阻电路的等效电阻R，并求电流并求电流 I 和和I5 。例题例题 691 14 4 支路电流法支路电流法 凡不能用电阻串并联化简的电路，一般凡不能用电阻串并联化简的电路，一般称为复杂电路。在计算复杂电路的各种方法称为复杂电路。在计算复杂电路的各种方法中，中，支路电流法支路电流法是最基本的。它是应用是最基本的。它是应用基尔基尔霍夫电流定律和电压定律霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路分别对节点和回路列出方程，求出未知量。列出方程，求出未知量。7071

35、72求各支路电流：求各支路电流：1. 对每一支路假设一未对每一支路假设一未 知电流知电流（I1-I6）4. 解联立方程组解联立方程组对每个节点有对每个节点有0I2. 列电流方程列电流方程对每个回路有对每个回路有UE3. 列电压方程列电压方程节点数节点数 N=4支路数支路数 B=6E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例例173节点节点a：143III列电流方程列电流方程节点节点c：352III节点节点b：261III节点节点d：564IIIbacd（取其中三个方程）（取其中三个方程）节点数节点数 N=4支路数支路数 B=6E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I

36、6I1I4I3+_74列电压方程列电压方程电压、电流方程联立求得：电压、电流方程联立求得：61IIbacd55443343RIRIRIEE :adca 665522RIRIRI0 :bcdb 6611444RIRIRIE :abda E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_75N=4 B=6SII33R6aI3sI3dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1Ux例例20 :0 :0 :364542321SSIIIcIIIbIIIa电流方程电流方程支路电流未知数少一个：支路电流未知数少一个：支路中含有恒流源的情况支路中含有恒流源的情况76N=4 B=6电压方程：电压

37、方程：1552211 :ERIRIRIabda结果：结果：5个电流未知数个电流未知数 + 一个电压未知数一个电压未知数 = 6个未知数个未知数 由由6个方程求解。个方程求解。0:556644RIRIRIbcdbXURIRIabca4422:dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxaI3s77支路电流法小结支路电流法小结解题步骤解题步骤结论与引申结论与引申12对每一支路假设对每一支路假设一未知电流一未知电流1. 假设未知数时，正方向可任意选择。假设未知数时，正方向可任意选择。对每个节点有对每个节点有0I1. 未知数未知数=B，4解联立方程组解联立方程组对每个回路有对每个回路有UE#1

38、#2#3根据未知数的正负决定电流的实际方向。根据未知数的正负决定电流的实际方向。3列电流方程：列电流方程：列电压方程：列电压方程：2. 原则上，有原则上，有B个支路就设个支路就设B个未知数个未知数。 （恒流源支路除外）（恒流源支路除外）例外？例外？若电路有若电路有N个节点，个节点，则可以列出则可以列出 ？ 个独立方程。个独立方程。(N-1)I1I2I32. 独立回路的选择：独立回路的选择：已有已有(N-1)个节点方程，个节点方程， 需补足需补足 B -（N -1）个方程。个方程。 一般按网孔选择一般按网孔选择78支路电流法的优缺点支路电流法的优缺点优点：优点：支路电流法是电路分析中最基本的支路

39、电流法是电路分析中最基本的 方法之一。只要根据克氏定律、欧方法之一。只要根据克氏定律、欧 姆定律列方程，就能得出结果。姆定律列方程，就能得出结果。缺点：缺点：电路中支路数多时，所需方程的个电路中支路数多时，所需方程的个 数较多，求解不方便。数较多，求解不方便。支路数支路数 B=4须列须列4个方程式个方程式ab791 15 5 结点电压法结点电压法 当电路中支路较多，结点较少时当电路中支路较多，结点较少时可选其中一个结点作参考点，求出其可选其中一个结点作参考点，求出其他结点的相对于参考点的电压，进而他结点的相对于参考点的电压，进而求出各支路电流。这种方法称为求出各支路电流。这种方法称为结点结点电

40、压（位）法电压（位）法。8081 电位值是相对的电位值是相对的,参考点选得不同，电路参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；中其它各点的电位也将随之改变； 电路中两点间的电压值是固定的，不会因电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。参考点的不同而改变。注意：电位和电压的区别注意：电位和电压的区别82电位在电路中的表示法电位在电路中的表示法E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E283bca20 4A6 10AE290V E1140V5 6A d+90V20 5 +140V6 cd84R1R2+15V-15V 参考电位在哪里参考电位在哪里？R1R215V+-1

41、5V+-85图示电路，计算开关图示电路，计算开关S S 断开和闭合时断开和闭合时A点点 的电位的电位VA解解: (1)当开关当开关S S断开时断开时(2) 当开关闭合时当开关闭合时, ,电路电路 如图（如图（b）电流电流 I2 = 0，电位电位 VA = 0V 。电流电流 I1 = I2 = 0，电位电位 VA = 6V 。电流在闭合电流在闭合路径中流通路径中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)86结点电位的概念结点电位的概念：Va = 5V a 点电位：点电位：ab1 5Aab1 5AVb = -5V b 点电位：点电位：

42、在电路中任选一结点，设其电位为零（用在电路中任选一结点，设其电位为零（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。记为：该结点的电位。记为：“VX”（注意：电位为单下标）。（注意：电位为单下标）。标记），标记）， 87 结点电位法适用于支路数多，节点少的电路。结点电位法适用于支路数多，节点少的电路。 如：如： 共共a、b两个两个结结点，点，b设为设为参考点后，仅剩一个未参考点后，仅剩一个未知数（知数（a点电位点电位Va）。）。abVa结点电位法中的未知数结点电位法中的未知数：节点电位节点电位“VX”。结点电位法解题思路结点电位法解

43、题思路 假设一个参考点，令其电位为零，假设一个参考点，令其电位为零， 求求其它各结点电位，其它各结点电位，求各支路的电流或电压。求各支路的电流或电压。 88结点电压方程的推导：结点电压方程的推导：设：设：Vb = 0 V 结点电压为结点电压为 U，参，参考方向从考方向从 a 指向指向 b。111RIUE 因因为为111RUEI 所所以以2. 应用欧姆定律求各支路电流应用欧姆定律求各支路电流 ：222RUEI 33RUI 1. 用用KCL对结点对结点 a 列方程：列方程： I1 I2 + IS I3 = 0E1+I1R1U+baE2+I2ISI3E1+I1R1R2R3+U因为因为 E2=U-I2

44、R2所以：所以：893211RUIRUERUE S23212211111RRRIREREUS RIREUS1 90RIREU1Sab V18V316112171242 A2 A1218421242ab1 UIA3 A618 6 ab2 UIA6 3183ab3 UI91212S1S2211ab11RRIIREREU V24V312127330250 92 对于含恒流源支路的电路，列节点电位方程对于含恒流源支路的电路，列节点电位方程 时应按时应按以下规则：以下规则：方程左边：方程左边：按原方法编写，但不考虑恒流源支路的电按原方法编写，但不考虑恒流源支路的电 阻。阻。 方程右边：方程右边：写上恒流

45、源的电流。其符号为：电流朝向写上恒流源的电流。其符号为：电流朝向 未知节点时取正号，反之取负号。未知节点时取正号，反之取负号。93515A1VI 5A2VI 10AB3VVI 10B4VI 1565B5VI 941 16 6 叠加原理叠加原理 对于对于线性电路线性电路，任何一条支路中，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中的电流，都可以看成是由电路中各个各个电源（电压源或电流源）单独作用时电源（电压源或电流源）单独作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。在此支路中所产生的电流的代数和。这就是这就是叠加原理叠加原理。95 *所谓电路中各个电源单独作用，所谓电路中各个电源单独作用，就是将电路中

46、其它电源置就是将电路中其它电源置0， 即电压源短路，电流源开路。即电压源短路，电流源开路。 961 16 6 叠加原理叠加原理 在多个电源同时作用的在多个电源同时作用的线性电路线性电路(电路参数不电路参数不随电压、电流的变化而改变随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的电中，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。用时所得结果的代数和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路原电路I2R1I1R2ABE2I3R3+_E2单独作用单独作用 +_AE1BI2R1I1R2I3R3E1单独作用单独作用97I2I1AI

47、2I1III III III333222111 +BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3R3R1R2ABE2I3R3+_ 98例例+-10 I4A20V10 10 迭加原理用求：迭加原理用求：I= ?I=2AI= -1AI = I+ I= 1A+10 I 4A10 10 +-10 I 20V10 10 解：解：99应用迭加定理要注意的问题应用迭加定理要注意的问题1. 迭加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、迭加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、 电流的变化而改变）。电流的变化而改变）。 2. 迭加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。迭加时只将电源分别

48、考虑，电路的结构和参数不变。 暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令E=0； 暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令 Is=0。3. 解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。流的代数和。=+1004. 迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来 求功率。如：求功率。如：5. 运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分运用迭加定理时也可以把电源分

49、组求解，每个分 电路的电源个数可能不止一个。电路的电源个数可能不止一个。 333 I II 设：设：32332332333233)()()(RIR IRI IRIP则：则：I3R3=+101补充补充说明说明齐性定理齐性定理 只有一个电源作用的线性电路中，各支路只有一个电源作用的线性电路中，各支路的电压或电流和电源成正比。如：的电压或电流和电源成正比。如：R2+-E1R3I2I3R1I1若若 E1 增加增加 n 倍，各电流也会增加倍，各电流也会增加 n倍。倍。显而易见：显而易见：102例例 US =1V、IS=1A 时，时， Uo=0V已知：已知：US =10 V、IS=0A 时，时，Uo=1V

50、求：求：US =0 V、IS=10A 时，时， Uo=?US线性无线性无源网络源网络UOIS 解：设解：设S2S1OIKUKU （1）和（）和（ 2）联立求解得：）联立求解得：1 .0K1 .0K21 V1UO 当当 US =1V、IS=1A 时，时，)1(.01K1KU21O 当当 US =10 v、IS=0A 时，时，)2(.10K10KU21O 103A5 . 0A5 . 0A1 222 III所所以以A5 . 01555S3232 IRRRIV5 . 2V55 . 022S RIUV5 . 72.5V5VSSS UUU1041.1.电压源电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型oIR

51、EUIUEUIRO+-ERo越大越大斜率越大斜率越大1 17 7 理想电压源和理想电流源理想电压源和理想电流源主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。105理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: : RO= 0 时的电压源时的电压源.特点特点：( (1）输出电）输出电 压不变，其值恒等于电动势。压不变，其值恒等于电动势。 即即 Uab E； （2）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE106恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设: E=10VIE+_abUab2

52、R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时 ： I=5A则：则：107REI 恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_E恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是_ 的变化。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结EUababR1082. 2. 电流源电流源ISROabUabIoabSRUIIIsUabI外特性外特性 电流源模型电流源模型RORO越大越大特性越陡特性越陡109理想电流源理想电流

53、源 （恒流源（恒流源):): RO= 时的电流源时的电流源. 特点特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（2）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。110恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时，时， U =1 V则则:例例111恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab 的变化。的变化。

54、外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化， 或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向RIUsab 理想恒流源两端理想恒流源两端可否被短路可否被短路？abIUabIsR112恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量E+_abIUabUab = E （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影

55、响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定113 3、理想源的串联和并联：、理想源的串联和并联：(1) 串联：串联： n个电压源的串联可用一个电压源等效代替，且等效个电压源的串联可用一个电压源等效代替，且等效电压源的大小等于电压源的大小等于n个电压源的代数和。个电压源的代数和。uS = uS1 + uS2 + . + uSn+uS1+uS2+uSn12+uS12a.电压源串连电压源串连114b. 电流源的串联电流源的串联? 只有只有大小大小相等、相等

56、、方向方向相同的电流源才允许串联，相同的电流源才允许串联，其等效电流源等于其中任一电流源的电流（其等效电流源等于其中任一电流源的电流（大小大小、方向方向）。）。12iS1iS2iSn2iS1iS = iS1 = iS2 = = isn115c. 电压源和电流源的串连电压源和电流源的串连iS12+uiiS12+uiuS 任任 一一元件元件与电流源串联对外电路来与电流源串联对外电路来说，就等效于这个电流源，串联元件说，就等效于这个电流源，串联元件对外电路不起作用对外电路不起作用。116 （2） 并联：并联： n个电流源的并联可用一个电流源等效代替，个电流源的并联可用一个电流源等效代替，且等效电流源

57、的大小等于且等效电流源的大小等于n个电流源的代数和。个电流源的代数和。iS1iS2iSn12iS12iS = iS1 + iS2 + + iSna.电流源的并联：电流源的并联：117 只有只有大小大小相等、相等、方向方向相同的电压源才允许并联，其等相同的电压源才允许并联，其等效电压源等于其中任一电压源的电压（效电压源等于其中任一电压源的电压（大小、方向大小、方向）。）。uS1uS2uSn+12uS+12uS = uS1 = uS2 = . =uSn b. 电压源的并联电压源的并联？118c、电压源与电流源并联：、电压源与电流源并联：uS+12+ui 任一电流源与电压源并联对外电路来任一电流源与

58、电压源并联对外电路来说，就等效于这个电压源，并联元件对外说，就等效于这个电压源，并联元件对外电路不起作用。电路不起作用。 iSuS+12+ui 1193.3.两种电源的等效互换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。等效互换的条件：对外的电压电流相等。I = I Uab = Uab即：即：IRO+-EbaUabISabUabI RO120等效互换公式等效互换公式oabRIEUIRO+-EbaUabRIRIRIIUoososabISabUabIRO则则oRIERIRIoosRIEosRRooI = I Uab = Uab若若121ooosRRREIRRRIEooosaE+-bIU

59、abRO电压源电压源电流源电流源UabROIsabI 122等效变换的注意事项等效变换的注意事项“等效等效”是指是指“对外对外”等效（等效互换前后对外伏等效（等效互换前后对外伏-安安特性一致），特性一致），对内不等效。对内不等效。(1)LR时时例如：例如：IsaRObUabI RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量中不消耗能量RO中则消耗能量中则消耗能量0IIEUUabab对内不等效对内不等效对外等效对外等效123注意转换前后注意转换前后 E E 与与 I Is s 的方向的方向(2)aE+-bIROE+-bIROaIsaRObIaIsRObI124(3)恒压源和恒流源不能等效互换恒压

60、源和恒流源不能等效互换abIUabIsaE+-bI0EREIoS（不存在不存在）125(4) 进行电路计算时，恒压源串电阻和进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。换。RO和和 RO不一定是电源内阻。不一定是电源内阻。126电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？例例IE R_+abUab=?Is原则原则：I Is s不能变，不能变，E E 不能变。不能变。EIRUab电压源中的电流电压源中的电流 I= IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压127111REI 333REI R1R3