电路概念及分析方法课程课件

1、欢迎学习电工技术1. 掌握电路的基本原理及分析方法, 为学习电子技术打下基础。2. 学习交流电路的基本原理，掌握正确及 安全用电方法，培养工作技能。 3. 学习电动机的基本原理和控制技术。4. 通过实验, 学习各种实验室常规电子仪器 的使用方法, 锻炼电工方面的动手能力。电路的基本概念、定律和分析方法 第一章 电路的基本概念与定律 1.1.1 电路中的物理量 1.1.2 电路元件1.1. 基尔霍夫定律 1.1 1.2 电路的分析方法 1.2.1 支路电流法 本课作业1-1(C)1-2(a)(b)1-61-8(a)1-10 用电源模型的等效互换原理1-12 用支路电流法英1题1.1.1 电路中的

2、物理量电池灯泡电流电压电动势EIRU+_电源负载电路中物理量的正方向物理量的正方向：实际正方向假设正方向实际正方向： 物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。物理量的实际正方向物理量正方向的表示方法电池灯泡Uab_+正负号abUab（高电位在前， 低电位在后） 双下标箭 头Uabab电压+-IR电流：从高电位 指向低电位。IRUabE+_abU+_物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭头和正负号是等价的,只用其中之一.IRUababU电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，

3、电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？U1ABRU2IR(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；解决方法(3) 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 系的代数表达式；规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与U的方向一致U = IRaIRUbI与U的方向相反U = IRaIRUb规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入此 部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:IUP=如果U I方向不一致写法如何？电压电流正方向一致

4、aIRUb规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反P = UI功率有正负？吸收功率或消耗功率（起负载作用）若 P 0输出功率（起电源作用）若 P 0电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）功率有正负电源的功率IUab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流正方向不一致电压电流正方向一致含源网络的功率IU+-含源网络P = UI电压电流正方向一致P = UI电压电流正方向不一致IU+-含源网络 当 计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。 所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是

5、电源，或是负载。结 论在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。 当计算的 P 0 时, 则说明 U、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。伏 - 安 特性iuRiuui线性电阻非线性电阻(一) 无源元件1. 电阻 R（常用单位：、k、M ）1.1.2 电路元件2.电感 L：ui（单位：H, mH, H）单位电流产生的磁链线圈匝数磁通电感中电流、电压的关系当 (直流) 时,所以,在直流电路中电感相当于短路.uei+3.电容 C单位电压下存储的电荷（单位：F, F, pF）+ +- - - -+q-qui电容符号有极性无极性+_电容上电流、电压的关系当 (直流) 时,所以,在直

6、流电路中电容相当于断路（开路）uiC无源元件小结 理想元件的特性 （u 与 i 的关系）LCRUR1R2LCR1UR2U为直流电压时,以上电路等效为注意 L、C 在不同电路中的作用1.电压源(二) 有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想电压源 （恒压源）IUS+_abUab伏安特性IUabUS特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变 （2）电源中的电流由外电路决定，输出功率 可以无穷大恒压源中的电流由外电路决定设: U=10VIU+_abUab2R1当R1 、R2 同时接入时： I=10AR22例 当R1接入时 ： I=5A则：RS越大斜率越大电压源模型伏安特性IUU

7、SUIRS+-USRLU = US IRS当RS = 0 时，电压源模型就变成恒压源模型由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻理想电流源 （恒流源)特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS； abIUabIsIUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。2. 电流源恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设: IS=1 A R=10 时， U =10 V R=1 时， U =1 V则:例ISRSabUabIIsUabI外特性 电流源模型RSRS越大特性越陡I = IS Uab / RS由理想电流源并联一个电阻组成当 内阻RS = 时，电流源模型就变成恒流源模型恒压

8、源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 量U+_abIUabUab = U （常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI = Is （常数）I 的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I 无影响。输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均由外电路决定端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向均由外电路决定3.两种电源模型的等效互换 等效互换的条件：当接有同样的负载时， 对外的电压电流相等。I = I Uab = Uab即：IRS+-UbaUabISabUabI RS等效互换公式IRS+-UbaUab()RIRIRIIUSSsSsab-=-=I = I

9、 Uab = Uab若Uab = U IRS 则U IRS = RIRISSs-U = ISRSRS = RS UabISabIRS例：电压源与电流源的等效互换举例I2+-10VbaUab5AabI10V / 2 = 5A25A 2 = 10VU = ISRSRS = RS IS = U / RS等效变换的注意事项“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏-安特性一致），对内不等效。(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS = US / RSRS = RS 注意转换前后 US 与 Is 的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI(3)

10、恒压源和恒流源不能等效互换abIUabIsaUS+-bI(4) 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换。RS和 RS不一定是电源内阻。111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3(接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I454RRRUUIdd+-=+RdUd+R4U4R5I-(接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131/RIERRRRRRRIIUSdd=+=-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算已知：U

11、1=12V， U3=16V， R1=2， R2=4， R3=4， R4=4， R5=5， IS=3A解得：I= 0.2A (负号表示实际方向与假设方向相反)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+计算 功率I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8AUR4 = I4 R4 =2.84=11.2VP = I UR4 =(-0.2) 11.2= - 2.24W负号表示输出功率R4=4 IS=3AI= 0.2A恒流源 IS 的功率如何计算 ?PIS= - 33.6W10V+-2A2I讨论题哪个答案对?1.1.3 基尔霍夫定律 （克希荷夫定律，克氏定律） 用来描述电路中各部分电压或

12、各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。名词注释：节点：三个或三个以上支路的联结点支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合路径支路：共3条回路：共3个节点：a、 b (共2个）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共 ？条回路：共 ？个节点：共 ？个6条4个独立回路：？个3个有几个网眼就有几个独立回路(一) 克氏电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。 I1I2I3I4克氏电流定律的

13、依据：电流的连续性 I =0即：例或：流入为正流出为负电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0克氏电流定律的扩展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点(二) 克氏电压定律 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为 0。例如： 回路#1 13311URIRI=+电位降电位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1对回路#2： #223322URIRI=+电位升电位降对回路#3： 12211URIRI=+U2电位降电位升#3第3个方程不独立电位降为正电位升为负关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用克氏

14、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？例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？克氏电流方程：节点a：节点b：独立方程只有 1 个克氏电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=独立方程只有 2 个aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1设：电路中有N个节点，B个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小 结独立的节点电流方程有 (N -1) 个独立的回路电压方程有 (B -N+1)个则：（一般为网孔个数）独立电流方程：个独立电压方

15、程：个未知数：各支路电流解题思路：根据克氏定律，列节点电流 和回路电压方程，然后联立求解。支路电流法2.1.12.1 电路的分析方法解题步骤：1. 对每一支路假设一未 知电流（I1-I6）4. 解联立方程组对每个节点有2. 列电流方程对每个独立回路有0U=S3. 列电压方程节点数 N=4支路数 B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例1节点a：列电流方程节点c：节点b：节点d：bacd（取其中三个方程）节点数 N=4支路数 B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_列电压方程电压、电流方程联立求得：bacd33435544 :RIUURIRIadca+=+1144664 :RIRIRIUabda+=+U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_结果可能有正负是否能少列一个方程?N=4 B=6R6aI3sI3dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1Ux例2电流方程支路电流未知数共5个，I3为已知：支路中含有恒流源的情况电压方程：1552211 :URIRIRIabda=+N=4 B=6dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxaI3s此方程不要支路电流法小结解题步骤结论与引申12对每一支路假设一未知电流1. 假设未知数时，正方向