城市轨道交通电工电子技术 第2版 课件 项目一 直流电路

项目一直流电路课题一电路的基本物理量课题二电路中电位的计算学习导入随着科学技术的快速发展，电工技术已广泛用于生产、生活的各个方面。尽管目前使用的电气设备种类繁多，但基本上都是由各式各样的基本电路组成的，因此，掌握电路的基本知识十分重要。各种电气设备、电子仪器要工作和运行、都得依靠各种不同的电路来实现，而了解电路的组成是分析和设计电路的基础。学习目标1、知识目标理解电路的基本物理量。掌握基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南定理的内容。掌握电位的计算、电压源与电流源等效变换的方法。掌握支路电流法的应用。学习目标2、能力目标能测量基本电器元件。能对基尔霍夫定理进行验证。能对叠加定理进行验证。能对戴维南定理进行验证。一、电路的组成电路有三种状态：通路、开路（断路）、短路。二、电流1.定义电荷有规则的定向移动形成电流。电流的大小是指单位时间内通过导体横截面的电荷。i=dq/dt2.方向参考方向是任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。电流参考方向的有两种表示方法。一种是用箭头表示，另一种是用双下标表示。010203三、电压、电位和电动势电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点的电压，用Uab表示。规定正电荷在电场力作用下移动的方向为电压的实际方向。电压的参考方向有三种表示方法，分别是用箭头表示，箭头的指向为电压的参考方向；用正负极性表示；用双下标表示。1.电压2.电位电路中某点与参考点之间的电压称为该点的电位。选定参考点电位为零，电位的单位也是伏特（V）。电压与电位的关系：电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位差，即Uab=Va−Vb3.电动势（1）定义在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功。（2）方向电动势的方向为由电源内部由负极指向正极。（1）定义单位时间内电场力做的功即电功率。（2）方向u,i取关联参考方向，P=ui，表示元件吸收的功率；u,i取非关联参考方向，P=-ui表示元件发出的功率，P>0吸收功率，或消耗电能，P<0输出功率，或释放电能。4.电动率5.电能W=Pt=UIt

1kW*h=1000W*3600s=3.6*106J四、电位1.零电位是指计算电位的起点，V＝02.电路中的零电位点规定以后，电路中任意点于零电位点间的电压（电位差）就是该点电位。3.电位参考点的选择方法是：1)在工程中常选大地作为电位参考点。2)在电子线路中,常选一条特定的公共线或机壳作为电位参考点。五、电位的计算

1.电位的计算步骤1）任选电路中某一点为参考点，设其电位为0V。2）计算电路中的电流，确定电路中的电流方向和各元件两端电压的方向。3）确定从被求点到零电位点（参考点）的路径。4）则该点的电位即等于此路径上全部电压降的代数和。2.确定各元件两端电压的正负1）电阻元件电压降，写成±RI形式。2）电源两端电压降方向是高电位（正极）指向低电位（负极）写成±E形式01203例1-2-1E1=45V,E2=12V,R1=5Ω，R2=4Ω，求A,B,C,D,E各点的电位。谢谢观赏！项目一直流电路课题三电压源与电流源等效变换学习导入电路的正常工作离不开电源。实际电源可以用两种不同的电路模型来表示：一种是用电压形式来表示的，称为电压源；另一种是用电流形式来表示的，称为电流源。一、电压源理想电压源(恒压源)是指电源内阻为零，并能提供一个恒定不变的电压。恒压源的两个特点：（1）提供给负载的电压恒定不变；

（2）提供给负载的电流可任意。实际电压源：可以用一个电阻（相当于内阻）与一个理想的电压源串联来等效。它提供的端电压受负载影响。010203二、电流源理想电流源（恒流源）：电源的内阻为无穷大，并能提供一个恒定不变的电源。恒流源的两个特点：（1）提供给负载的电流是恒定不变的；（2）提供给负载的电压是任意的。实际电流源：实际上电源的内阻不可能为无穷大，可以把理想电流源与一个内阻并联的组合等效为一个电流源。三、两种电源模型的等效变换对外电路，只要负载上的电压与流过的电流是相等的，则两个不同的电源等效。1）电压源等效为电流源的条件：

IS=E/R0Rs=R0

2）电流源等效为电压源的条件：E=ISRsR0=Rs例1-3-1如图所示电路，U1＝10V，IS＝2A，R1＝1Ω，R＝1Ω。求电阻R中的电流I。解：由电源的性质及电源的等效变换可得：I1=U1/R1=10/1A=10AI=(I1+IS)/2=(10+2)/2A=6A谢谢观赏！项目一直流电路课题四基尔霍夫定律课题五支路电流法学习导入基尔霍夫定律可分为基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。其中，基尔霍夫电流定律主要应用于节点；基尔霍夫电压定律主要应用于回路。一、常用电路名词支路：电路中具有两个端子且通过同一电流的无分支电路。

如图电路中的ED、AB、FC均为支路，该电路的支路数目为b=3。节点：3个或3个以上元件的连接点称为节点。。

如图电路的为A、B两点为节点，该电路的节点数目为n=2。回路：电路中任一闭合的路径。

如图电路中的CDEFC、AFCBA、EABDE路径均为回路，该电路的回路数目为l=3。网孔：不含有分支的闭合回路。

如图电路中的AFCBA、EABDE回路均为网孔，该电路的网孔数目为m=2。网络：在电路分析范围内网指包含较多元件的电路。010203二、基尔霍夫电流定律(节点电流定律)1．电流定律(KCL)电流定律的第一种表述：在任何时刻，电路中流入任一节点中的电流之和，恒等于从该节点流出的电流之和，即：

ΣI流入=ΣI流出

例1如图电路，列出节点A的电流方程I1

I3

=I2

I4

I5

根据基尔霍夫电流定律ΣI流入=ΣI流出

电流定律的第二种表述：在任何时刻，电路中任一节点上的各支路电流代数和恒等于零，即：

ΣI＝0一般可在流入节点的电流前面取“+”号，在流出节点的电流前面取“

”号，反之亦可。二、基尔霍夫电流定律(节点电流定律)1．电流定律(KCL)例1如图电路，列出节点A的电流方程根据基尔霍夫电流定律ΣI=0

在节点A上：I1

I2+I3

I4

I5=0。2.在使用电流定律时，注意事项：1）对于含有n个节点的电路，只能列出(n

1)个独立的电流方程。2）列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。为分析电路的方便，通常需要在所研究的一段电路中事先选定(即假定)电流流动的方向，叫做电流的参考方向，通常用“→”号表示。电流的实际方向可根据数值的正、负来判断，当I>0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当I<0时，则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。3．KCL的应用1）对于电路中任意假设的封闭面来说，电流定律仍然成立。2)对于网络(电路)之间的电流关系，仍然可由电流定律判定。3)若两个网络之间只有一根导线相连，那么这根导线中一定没有电流通过。4)若一个网络只有一根导线与地相连，那么这根导线中一定没有电流通过。三、基夫尔霍电压定律(回路电压定律)

1.电压定律(KVL)内容在任何时刻，沿着电路中的任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零，即：

ΣU＝02．列回路电压方程的原则1）标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着反时针方向绕行)；2）电阻元件的端电压为±RI，当电流I的参考方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号；3）电源电动势为±E，当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号。例如图电路，列出回路电压方程解：沿着回路abcdea绕行方向，有Uac

=Uab

+Ubc

=R1I1+E1，Uce

=Ucd

+Ude

=

R2I2

E2，Uea

=R3I3

，则

Uac

+Uce

+Uea

=0

即R1I1+E1

R2I2

E2+R3I3=0上式也可写成R1I1

R2I2+R3I3

=

E1+E2

。四、支路电流法以支路电流为未知数，应用基尔霍夫电压和电流定律对结点和回路列出必要的方程组，解方程组可求得各支路电流，这种方法称支路电流法。它是求解复杂电路基本方法。支路电流法解题的步骤为，确定电路中的支路数b和节点数n,标注各支路电流的参考方向；应用KCL定律，列(n-1)个方程；应用KVL定律，列出b-(n-1)个方程；联立方程求解，得出b个支路电流。010203例1-5-1如图所示电路中，已知E1=E2=17V，R1=2Ω，R2=1Ω，R3=5Ω，用支路电流法求各支路的电流。解：1）先假设各支路电流的方向和回路方向，并标出各电阻元件上的正负极。2）用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程式。节点a：I1+I2=I33）用基尔霍夫电压定律列出回路电压方程式。

-E1+I1R1+I3R3=0-I3R3-I2R2+E2=0

4）代入已知数，解联立方程式，求出各支路电流。I1+I2=I3

①-17+I1×2+I3×5=0

②-I3×5-I2×1+17=0

③解得I1=1AI2=2AI3=3A5）确定各支路电流的实际方向。I1、I2、I3为正值，表示电流的实际方向与参考方向相同。谢谢观赏！项目一直流电路课题六叠加定理课题七戴维南定理学习导入对于无源元件，如果其参数不随其端电压或通过电流的变化而变化，则这种元件称为线性元件。由线性元件和电源组成的电路称为线性电路。一、叠加定理

在线性电路中，任一支路的电压与电流，都是各个独立源单独作用下，在该支路中产生的电压与电流的代数之和。或在线性电路中，任一处的电压（电流）响应，恒等于各个独立电源单独作用时在该处产生响应的叠加。单电源作用时，其他电源去掉（置零），电压源应视其短路，电流源应视其开路。应注意：叠加定理只能用于计算线性电路（即电路中的元件均为线性元件）的支路电流或电压，不能直接进行功率的叠加计算，因为功率与电压或电流是平方关系,而不是线性关系。电压源不作用时应视为短路，电流源不作用时应视为断路；电路中的所有线性元件包括电阻、电感和电容都不予更动，叠加时要注意电流或电压的参考方向，正确选取各分量的正负号。电路中包含电容的叠加定理计算问题线性的正弦稳态电路也满足叠加定理。叠加定理只适用于电压与电流，不适用与计算功率。01203例1-6-1如图1-12电路若已知E1＝E2＝17V，R1＝1

，R2＝5

，R3＝2

，用叠加定理求I3。

[分析]电路中含有两个电源。我们依据叠加定理的内容可知，我们要把两个电源分成一个一个单独的电源，每个电源作一个分图，共两个分图。每个分电路中，只含有一个电源，电路变成了简单的直流电路。所以可以运用简单直流电路求解的方法来求解每个分电路解：(1)E1单独作用时，电路为图1-13。

(2)E2单独作用时，电路为图1-14。二、戴维南定理

任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0

串联的电源来等效代替。戴维南定理的解题步骤：1)把电路划分为待求支路和有源二端网络两部分。2)断开待求支路，形成有源二端网络（要画图），求有源二端网络的开路电压UOC。3)将有源二端网络内的电源置零，保留其内阻（要画图），求网络的入端等效电阻Rab。4)画出有源二端网络的等效电压源，其电压源电压US=UOC（此时要注意电源的极性），内阻R0=Rab。

5)将待求支路接到等效电压源上，利用欧姆定律求电流。010203例1-7-1电路如图1-16所示，已知U1=40V，U2=20V，R1=R2=4W，R3=13W，试用戴维宁定理求电流I3。解：1)断开待求支路求开路电压UOC。回路电流为：开路电压为：2)求等效电阻R0。将所有独立电源置零（理想电压源用短路代替，理想电