直流电路课件

电工学电工学讲授电路的基本概念、定律、分析方法从直流稳态引出几个重要定律交流电的分析、计算（相量法）变压器电动机供电照明本课程的任务易转换输送经济、分配方便控制测量迅速而准确能以电磁波的形式在空间传播目的：要求：带着思考听课、看书、写作业、做笔记电能的优点§1.1电路组成及物理量电路：电流的通路实际电路：由电气元件组成，并进行着能量形式转换，电能的传输和分配过程。电路模型：（简称电路）用于分析计算的电路图形。由理想电路元件构成的模型。忽略次要因数，突出其主要因数的元件电池灯泡负载电源ER图1.1-3实际电感元件在不同应用条件下之模型二、电路中的主要物理量1、电流I：

电荷有规则的定向运动，形成传导电流。一段金属导体内含有大量自由电子，这些自由电子在作无规则的热运动，由于电荷运动杂乱无规则，因而形不成电流。如果在金属导体的两端接上电源，那么带负电荷的自由电子就要作规则的定向运动，于是就形成传导电流。

单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为电流强度，用i(t)表示，即2、电压

两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力做功概念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另一点电场力做功的大小，即为参考方向：人为规定的方向，只有设定了参考方向电压、电流才有正负之分。

电压的方向：是电位降低的方向电流的方向：就是正电荷移动的方向参考方向关联：电压的参考方向和电流的方向相同。反之，非关联参考方向二、参考方向：IU元件元件元件元件IUIIUU问题：参考方向不同会不会使得结果不同呢？REIU设E=4V，R=2Ω，求U、I？可知R上电压大小为4V，流过电流大小为2AREIUI+-UI+-UU=4V、I=-2AU=-4、I=2A关联参考方向非关联参考方向习惯取法：负载取关联参考方向、电源取非关联参考方向

结论：(1)电路中电流数值的正与负与参考方向密切相关，参考方向设的不同，计算结果仅差一负号。(2)电路中各点电位数值随所选参考点的不同而改变，但参考点一经选定，那么各点电位数值就是唯一的，这就是电位的相对性与单值存在性。(3)电路中任意两点之间的电压数值不因所选参考点的不同而改变。一、能量：t0~t时间内，电场力将单位正电荷从A点移动到B点所做的功二、功率：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:

电功率和能量一、线性电阻元件：Riu电阻单位：欧姆、Ω定义：电导G=1/RG单位：西门子、SGiu欧姆定律：1.u、i取关联参考方向

u=Rii=Gu2.u、i取非关联参考方向

u=－Rii=－Guui伏安特性开路R∞，G0短路R0，G∞

电路元件二、线性电容元件：iuC电容单位：法拉、F

uq库伏特性1.电流电压关系：（1）直流：电容相当于开路（2）交流：时域中的表达式注意：此关系是在关联参考方向下得到的如为非关联参考方向结论：电容的电压是由电流和其初始值共同决定2.电容有功功率、能量：所以电容是一储能元件结论：电感的电流是由电压和其初始值共同决定2.电感有功功率、能量：所以电感是一储能元件1-2电器设备的额定值和电路的几种工作状态额定值：根据电器设备生产时所用材料的耐压、容许温升等情况，都有一个长期连续运行的电流、电压，这个值称额定值二、电路的几种状态1、空载（开路）2、负载：负载的大小是指实际电功率的大小3、短路：2.独立电流源：+–UIS理想电流源特点：（1）任何时候，电流源的电流始终不变（大小、方向）（2）电流源的两端电压随外电路改变而改变，其大小由电流源电电流和外电路共同决定iu理想电流源伏安特性ISiu实际电流源伏安特性IS+–uiR实际电流源iS§1.4基尔霍夫定律名词：1、支路：电路中流过同一电流的分支。结点（节点）：连接三条以上支路的点。3.回路电路中由几个支路组成的闭合路径，且除起点、终点外，其它所经过的点不允许重复。E1ABRE2CD①

②

0参考电位点（参考结点）一、基尔霍夫电流定律：（KCL）在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有支路电流的代数和恒等于零：假如规定：i

流出结点为正＋

流入结点为负－在集总电路中任何时刻，流入任意结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。i1i2i3i4重要实质：电流的连续性二、基尔霍夫电压定律：（KVL）在集总电路中，任何时刻，沿任一回路循行一周，回路中各段电压的代数和等于零：过程：给定回路绕向规定：与回路绕向一致为正＋与回路绕向相反为负－i1i2i3i4i5i6+–u1+–u6+–u2R1R2R6实质：电位的单值性基尔霍夫电压定律(KVL)推广：广义回路（开口电路）+–uSiRuiu实际电压源伏安特性US例2如图，已知u1=u3=1V，u2=4V，u4=u5=2V，求ux、u6。+–ux+–u5+–u6+–u1+–u4+–u2+–u3解：ⅠⅡ对Ⅰ回路有：对Ⅱ回路有：补充例：求图中I、US、RI+-us12A1235AR115A6AIRuRI1解：I=6-5=1AIR=15-1=14AI1=12+6=18AI3I3=18-15=3AUS-3I1-12I3=0US=90VUS-3I1–15*1-

UR=0UR=21VR=1.5例1.2-2图1.2-9所示电路，已知i=1A,u1=3V,u2=7V,u3=10V,求ab、bc、ca三部分电路上各吸收的功率p1,p2,p3。解对ab段、bc段，电压电流参考方向关联，所以吸收功率由此例可以看出：p1+p2+p3=0,即对一完整的电路来说，它产生的功率与消耗的功率总是相等的，这称为功率平衡。对ca段电路，电压电流参考方向非关联，所以这段电路吸收功率实际上ca这段电路产生功率为10W。支路电流法：

一个有n个节点、b条支路的电路，以支路电流作未知变量，对n-1个节点列出KCL方程，对b-（n-1）个回路列出KVL方程。求解b个未知量，即支路电流法简单电路——可以用串并联、欧姆定律求解的（或：只有一个回路或经化简后成为一个回路的）复杂电路——不可以用串并联、欧姆定律求解的（或：不能化简后成为一个回路的有分支的电路）

1-5支路电流法例3如图所示电路中，R1=1Ω，R2=2Ω，R3=3Ω，US1=3V，US2=1V。求电阻R1两端的电压U1。+–US2+–U1+–US1R1R2R3+–U2+–U3I1I3I2ⅠⅡ①②解：对①结点有：对Ⅰ回路有：对Ⅱ回路有：叠加定理：在多个电源同时作用的线性电路(由线性元件组成的电路)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用时所得结果的代数和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2单独作用+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1单独作用I2'I1'AI2''I1''I2I1AA+BR1E1R2E2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3'R3R1R2BE2I3''R3+_例+-10I4A20V1010用迭加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I´4A1010+-10I"20V1010解：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。2.迭加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。令各电源分别作用，暂不作用的恒压源应予以短路，即令E=0；暂不作用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。原电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电流的代数和。=+EIsIsE4.迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率。如：5.运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。设：则：I3R3=+§1-8戴维宁定理（法国电报工程师）R2R4R1R32A+-418V？R0无源一端口：有源一端口一、问题引入+_电池模型、实际电压源、戴维宁等效电路BA+-名词解释：无源线性一端口：

不含独立电源、但含有线性电阻或受控源。有源线性一端口：含有独立电源、线性电阻或受控源的一端口。一端口：若一个电路只通过一个口(两个输出端）与外电路相联，则该电路称为“一端口”（二端网络、

单口网络）。（Oneport=Two-terminals）ABN0NS一、问题引入二、戴维宁定理（法国电报工程师，1883年发表的论著）图中：Uoc为NS开路电压，（open-circuit)R0为对应的N0的输入电阻。

定理内容：任何一个有源线性一端口，对外电路来说，总可以用一个电压源和一个电阻的串联支路来等效;此电压源的电压等于一端口的开路电压，电阻等于一端口除源后的输入电阻，这就是戴维宁定理。有源一端口UOC+-R0UOC+-IUU=

Uoc

–

R0

I重点外特性输出特性伏安特性一、问题引入二、戴维宁定理三、戴维宁定理的证明ab+–u'NS+abN0i+–u''R0u'=

uoc

u"=-

R0i得：u=u'+u"=

uoc

–iR0

叠加替代iab+–uNS第一步：用替代定理;第二步：用叠加定理证明：abNSi+–uRi-u+R0uOC+-RUOC-+解（1）将未知支路移去，构造有源一端口，（3）求Uoc:注明UOC方向。UOC=4×2-18=-10V例题1:电路如图，试用戴维宁定理求电流I。

（2）画出戴维宁等效电路--实际电压源的模型（4）求R0：R0=4（5）将未知支路移进，求得：I=-1AabUOC+R0-42A+-18VabUoc和R0的求法462AI+-18VabI64-5例题2：电路如图所示，R为可变电阻，调节R使电流表的读数为零，求此时的R。A-++-12V6V2