电工电子技术（第三版）课件：直流电路

电工电子技术（第三版）

直流电路【知识目标】1）掌握电路的组成和作用；2）掌握电阻的连接、欧姆定律的内容及应用；3）了解额定值的概念和电路的三种工作状态；4）掌握电压源、电流源的特点及两种电源之间的等效变换；5）掌握基尔霍夫定律的内容及应用；6）了解电位的定义及计算；7）掌握支路电流法、叠加原理和戴维南定理解题的方法。【能力目标】1）掌握用万用表测量基本物理量的方法；2）掌握叠加原理和戴维南定理的验证方法。【素质目标】遵守实验实训室守则，熟知实验实训室6S管理制度。

1.1电路的组成及基本物理量

1.2电阻元件和欧姆定律

1.3电路的三种状态

1.4电压源和电流源及其等效变换

1.5基尔霍夫定律

1.6电路中电位的计算

1.7支路电流法

1.8叠加原理和戴维南定理

1.1

电路的组成及基本物理量1.电路的组成:

电路就是电流通过的闭合路径，它是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体。最简单的电路如图所示的手电筒电路。

2.电路模型

三种理想电路元件符号:

a）电阻元件R

b）电感元件Lc）电容元件C3.电路的作用:（1）实现电能的传输、分配和转换。（2）实现信号的传递和处理。

电路的基本物理量:

电流是指单位时间内通过导体横截面的电荷量。有交、直流之分，分别用I、i表示。单位为A（安[培]），还有kA（千安）、mA（毫安）、μA（微安）等。

或

电流的方向：

b)I<0a)I>01.电流习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。2.电压

电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点之间的电压，用Uab表示。电压的单位为V（伏[特]），还有kV（千伏）、mV（毫伏）、μV（微伏）等。

电压的实际方向由高电位指向低电位。3.电动势

电源力克服电场力把正电荷从负极移动到正极所做的功，用物理量电动势来衡量。电动势在数值上等于电源力把单位正电荷从b点经电源内部移回到a点所做的功，用E表示，其单位与电压单位相同。

电动势的实际方向规定为在电源内部由负极指向正极。4.功率

单位时间内电场力所做的功称为电功率。

功率的单位是W（瓦[特]）。对于大功率，采用kW（千瓦）或MW（兆瓦）作单位，对于小功率则采用mW（毫瓦）或μW（微瓦）作单位。

电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。

R为电阻值，单位为Ω（欧[姆]）

，常用的单位还有KΩ（千欧）、MΩ（兆欧），它们之间的换算关系是：1KΩ=103

Ω

、1MΩ=106

Ω

。电阻定律表达式为：1.2

电阻元件和欧姆定律1.电阻元件

a)U、I参考方向一致

b)U、I参考方向不一致

流过电阻的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻值R成反比。

2.欧姆定律

1）部分电路欧姆定律

2）全电路欧姆定律

在一个闭合回路中，电流I与电源的电动势E成正比，与电路中的内电阻和外负载电阻之和（R0+RL)成反比，称为全电路欧姆定律。其表达式为:

（a）用电压电流的实际方向判断当U、I实际方向一致时，说明该元件是负载；当U、I实际方向不一致时，说明该元件是电源。

（b）用电压电流的参考方向判断当U、I参考方向一致时，功率的公式P=UI；当U、I参考方向不一致时，功率的公式P=﹣UI。

计算中，若求得P>0，则判定该元件为负载；反之，则判定该元件为电源。

3）电源和负载的判断

3.电阻的连接1）电阻的串联

几个电阻依次相串，中间无分支的连接方式，称为电阻的串联，如图所示。

串联电路的特点如下：

（1）等效电阻为：（2）流经各电阻的电流相等（3）串联总电压等于各电阻上电压之和

（4）分压关系为：

2）电阻的并联

将几个电阻元件都接在两个公共端点之间的连接方式，称为电阻的并联，如图所示。（1）等效电阻：

（2）各电阻电压相等。

（3）并联总电流等于各电阻上电流之和，即：（4）分流关系为：

并联电路的特点为:3）电阻的混联

既有串联又有并联的电路称为混联。混联电路形式多种多样，但可以利用电阻串、并联关系进行逐步化简。如下图化简过程。1.3

电路的三种状态1.电源的有载工作电压与电流的关系为：

负载电压为：

当R0=0

时：

U=E

PE=P+△P功率平衡关系为电源产生的功率等于电源输出的功率与内阻上损耗的功率之和。2.电源的开路其特点为：I=0，U=U0=E

负载上的电流、电压和功率均为零。

3.电源的短路

其特点是：被短路元件两端电压为0。电路中电流称为短路电流,

且有：

短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。1.4

电压源和电流源及其等效代换

1.电压源对外提供电压的电源称为电压源。1）理想电压源（恒压源）

如图所示为理想电压源E与负载RL连接的电路，U=E，输出电流：电源输出恒定的电压，电压的大小与电流无关，电流大小由负载决定。2）实际电压源

一个实际电压源可等效成一个理想电压源E与内阻R0串联的模型。电路中，负载RL上的电压和电流的关系为U=E-R0I

电压源伏安特性如图示。U<E，内阻R0越小，则直线越平。

2.电流源对外提供电流的电源称为电流源。1）理想电流源（恒流源）

如图所示为理想电流源IS与负载RL连接的电路，电路中电I=IS

,其端电压:U=RLIS

。电源输出恒定的电流，输出电流的大小与端电压无关，端电压大小由负载决定。2）实际电流源

一个实际电流源可等效成一个理想电流源IS与内阻R0并联的模型。电路中，负载上的电压和电流的关系为:

电流源伏安特性如图所示。I<IS,内阻R0越小，则直线越陡。

3）电压源和电流源的等效变换

两种电源模型外接相同的负载电阻，且输出电流和端电压都相同时，对外电路而言，电压源和电流源这两种电源是完全等效的。

1.5

基尔霍夫定律几个基本术语：（1）支路：由一个或几个元件串联成无分支的一段电路称为支路。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。图示电路中有3条支路。（2）节点：三条或三条以上支路的联接点叫节点。图中共有2个节点。（3）回路：电路中任意由支路组成的闭合路径叫回路。图中共有3个回路。（4）网孔：中间无支路穿过的最简单回路叫网孔。图中共有2个网孔。1.5

基尔霍夫定律

1.基尔霍夫电流定律

基尔霍夫电流定律（简称KCL）又称节点电流定律。其内容是：对于电路的任意一个节点，任意时刻流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。表达式为：另一种表述：对于电路的任意一个节点，任何时刻流入（或流出）节点的电流代数和恒等于零。符号的规定，流入节点的电流取“＋”号；流出节点的电流取“－”号。表达式为：

基尔霍夫电流定律通常应用于电路节点上，但也可以推广应用于任一假想的闭合面。1.5

基尔霍夫定律

2.基尔霍夫电压定律

基尔霍夫电压定律（KVL）又称回路电压定律。其内容是：对于电路中的任意一个回路，任何时刻，沿回路循环方向各部分电压的代数和等于零。符号的规定：U的方向与循环方向一致，取“＋”号；U的方向与循环方向不一致，取“-”号。表达式为：

另一种表示形式：对于电路的任意一个回路，沿回路循环方向，电阻上的电压降（IR）恒等于电源电动势（E）的代数和。符号的规定：E（电位升）的方向与循环方向一致，取“＋”号，反之，取“-”号；I的参考方向与循环方向一致，电压降IR取“＋”号，反之，电压降IR取“-”号。不仅适用于实际元件构成的回路，也适用于假想的回路。1.6

电路中电位的计算

电压就是电位的差值，即Uab=Va-Vb，或者说电路中某一点的电位等于该点到参考点之间的电压。

在一个较复杂的电路中计算电位时可以根据定义来计算，其方法归纳为以下几点：

（1）选好参考点，即零电位点。（2）选择待求电位点到零电位点最简捷的绕行路径，用欧姆定律计算电路电流和各电阻上的电压降。（3）列出选定路径上各元件电压代数和的方程，即可求出该点的电位。1.7

支路电流法

以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，解出各支路电流，从而可确定各支路（或元件）的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。支路电流法解题步骤如下：（1）审题，确定电路中节点个数和支路条数各为多少；（2）以支路电流为变量，选取电流参考方向，应用KCL列（n-1）个独立的节点电流方程。（3）选回路绕行方向，应用KVL列（b-n+1）个独立的回路电压方程。注意：对网孔列方程即可。当含有电流源时，适当选取回路，可以少列一个回路方程。（4）代入数据，解联立方程，求解各支路电流。（5）根据题意要求，再求电压和功率。1.8

叠加原理和戴维南定理

1.叠加原理

所谓叠加原理就是指在由多个电源组成的线性电路中，任何一条支路中的电流（或电压）等于每个电源单独作用时，在该支路所产生电流（或电压）的代数和。如图所示。对不起作用的电源应做零值处理，即恒压源短路，恒流源开路。a）E1、E2共同作用b）E1单独作用c）E2单独作用应用叠加原理时，应注意以下几点：（1）只适用于线性电路，不适用非线性电路。（2）只适用于计算电压和电流，不适用于计算功率。即，功率和能量的计算不能用叠加原理（因为它们是电源的平方关系）（3）叠加时注意电压、电流的参考方向。若电压、电流分量的参考方向与原电压、电流参考方向一致时取“＋”号，相反时取“－”号。（4）根据具体情况，电源有时也可以分组作用。（5）叠加时，电路的连接结构不变。某个电源单独作用时，其余电源全为零值，恒压源用“短路”替代，恒流源用“断路”替代。

1.戴维南定理1）二端网络

在分析电路时，凡是具有两个引出端的部分电路