电工电子技术与技能课件：直流电路

直流电路分析

【学习目标】理解部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律的概念，掌握串、并联电路的概念和特点。【能力目标】能够分析和计算简单的串、并联电路。模块一分析欧姆定律及电阻连接应用

一、部分电路欧姆定律

所谓全电路是指含有电源的闭合回路。如图2-2所示电路为全电路，其中，r表示电源内部的电阻，称为内电阻，简称内阻，与电源构成内电路，如图2-2中虚线框内所示。内电阻也可以不单独画出，只需在电源旁边予以注明。电源外部的电路称为外电路，外电路中的电阻称为外电阻。

图2-2

全电路二、全电路欧姆定律

（一）电阻串联电路的概念、特点假设有n个电阻R1、R2、R3、R4、…、Rn顺序相连，如图2-4所示的连接方式，称为电阻的串联。a）电阻的串联电路

b）等效电路

图2-4电阻的串联三、电阻串联

等效是电路理论中非常重要的一个概念。在分析计算时，为了使计算得到简化，通常用等效电路代替原电路。所谓等效，是指结构、元件完全不同的两个电路其端电压、电流关系相同，则相互等效的两部分电路可以相互代换，代换前的电路与代换后的电路与外电路相连时，外电路的电流、电压等都是相等的。例如图2-5所示电路图中，由于负载A与负载B的端电压和电流关系相同，因此，A与B可以相互代换，代换后对外电路不造成影响。

图2-5

等效电路

（二）电阻串联电路的应用电阻串联的应用非常广泛。在实际应用中，可以将几个电阻串联构成分压器。也可以利用串联电阻扩大电压表的量程。

（一）电阻并联电路的概念、特点生活中，我们使用的电灯、电冰箱、电视机、空调、洗衣机等家用电器，可以通过开关独自控制，互不影响（如图2-7所示）。像这种把多个元件并列的连接起来，由同一电压供电的电路称为并联电路。图2-7

家用电器的并联四、电阻并联如图2-8（a）所示电路图即为由两个电阻组成的并联电路，图2-8（b）所示为其等效电路。a）电阻的并联电路

b）等效电路图2-8电阻的并联

（二）电阻并联电路的应用电阻并联电路的应用也十分广泛。额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式，这样每个负载都形成一个独立的控制回路，任何一个负载不能正常工作时都不影响其他负载。在电工测量中，经常在电流表两端并联分流电阻，从而扩大电流表的量程。

五、电阻的混联在一个电路中，既存在相互串联的电阻，又存在相互并联的电阻，这样的电路称为混联电路。对于混联电路的计算，只需根据电阻的串、并联规律逐步求解，但对于某些较为复杂的电阻混联电路，由于很难直接判断电阻之间的连接关系，比较有效的方法就是画出其等效电路图，即把原电路整理成直观的串、并联关系的电路图。例2-6

如图2-9所示电路中，已知R1=R2=R3=4Ω，R4=R5=8Ω，求A、B间的等效电阻RAB。（a）

(b)(c)图2-9解:(1)为了方便分析各电阻间的连接关系，在原电路中标出点C，如图2-9（b）图所示。(2)将A、B、C三点沿水平方向依次排列，根据各电阻之间的连接关系将R1-R5依次填入适当的位置。如R1与R2串联后接在A、C之间，R3在B、C之间，R4连在A、B之间，R5在A、C之间，根据各电阻间的连接关系可画出等效电路图，如图2-16（c）所示。

学习目标1）理解电压源和电流源的概念。能力目标1）能够进行电压源和电流源之间的等效变换。模块二探究电压源和电流源的等效变换、电压源实际电压源如图2-13所示由电动势

E和内阻

r串联的电源电路模型为实际电压源。如图2-14所示，电源接上负载后，输出电压的大小U=E-Ir，若输出电流相同，则电源内阻越小，输出电源越大。即电压源的内阻越小，它对外供电就越稳定。故电压源的内阻越小越好。

图2-13

实际电压源

图2-14

连接负载的电压源一、电压源到电流源的等效变换2.理想电压源如图2-15所示电路中，若r=0，则输出电压U=E，与输出电流的大小无关。通常把这种内阻为零的电压源成为理想电压源，也成恒压源。实际上，电压源都会有内阻，所以理想电压源并不是实际存在的，并且理想电压源不允许短路，否则电源的输出电流将很大，容易造成电源的损坏。

2.理想电流源通常把内阻无穷大的电流源称为理想电流源，又称恒流源。其符号如图2-18所示。它对外供电电流稳定不变，对外供电电流的大小取决于负载电阻的大小。实际上，理想电流源并不存在，在分析电路时，可以把用一个恒流源和内阻并联表示实际电源。

图2-15理想电压源

图2-18

理想电流源

图2-19

电压源到电流源的等效变换

二、电流源到电压源的等效变换图2-20电流源到电压源的等效变换例2-7将图2-21（a）中的电压源转换为电流源，将2-21（b）中的电流源转换成电压源

（a）

（b）图2-21

学习目标1）理解节点、支路、回路、网孔的概念，熟练掌握基尔霍夫第一定律和第二定律。能力目标1）能够很好的运用基尔霍夫定律，能够熟练运用支路电流法和节点电压法分析较复杂的电路。模块三分析基尔霍夫定律及其应用复杂电路的基本术语所谓复杂电路，即两个以上含有电源的支路组成的多回路电路，不能运用电阻的串、并联分析方法简化成一个简单回路的电路。为了解决这个问题，基尔霍夫给出了分析这类复杂电路的方法，称为基尔霍夫定律。关于复杂电路有几个基本概念。

a)

简单电路

b)

复杂电路图2-25一、基尔霍夫定律节点：有3条及以上连接有电气元件的导线的连接点称为节点。如图2-25(b)所示电路中A、B都是节点。支路：电路中相邻节点间的分支称为支路。每个支路由一个或几个相互串联的电气元件构成，且每条支路中除了两个端点外不会有其他任何节点。如图3-1(b)所示电路中共有3条支路，即E1和R1串联构成一条支路，E2和R2串联构成一条支路，R3单独构成另一条支路。其中如E1-R1支路、E2-R2支路这种含有电源的支路称为有源支路，如R3支路这种不含电源的支路称为无源支路。回路：电路中从任一点出发，沿支路经一定路径又回到该点形成的闭合路径。如图2-25（a）中有3个回路：A—E1—R1—R2—E2—A，A—R3—R2—E2—A，A—R3—B—R1—E1—A。网孔：在电路图中不被其他支路所分割的最简单的回路称为网孔或者独立回路。如图2-25（b）中有2个网孔，分别是A—E1—R1—R2—E2—A，A—R3—R2—E2—A。

因此可得到基尔霍夫第一定律的第二种表述：在任何时刻，电路中流过任一节点的电流的代数和恒等于零。需要注意列方程时，若规定流入节点的电流前面取“

”号，则流出该节点的电流前面取“

”号，反之亦可。

二、基尔霍夫定律的应用（一）支路电流法定义：支路电流法就是以各支路电流为未知量，根据基尔霍夫定律列出联立方程组以求解各支路电流的方法。支路电流法求解支路电流的一般步骤为：首先找出复杂电路的支路数m、节点数n和网孔数，然后任意假设各支路电流的参考方向和网孔的绕行方向。根据KCL列出n-1个独立的节点电流方程。根据KVL列出m-(n-1)个独立的回路电压方程。代入数据，联立方程组求各支路电流。在确定各支路电流的实际方向时应注意：如果计算结果为正，则电流的实际方向和参考方向相同；如果计算结果为负，则电流的实际方向和参考方向相反。例2-9

如图2-29所示电路中，E1=E2=20V，R1=2Ω，R2=2Ω，R3=4Ω，求各支路电流。图2-29

节点电压法求解复杂直流电路的一般步骤为：选定节点电压的参考方向。根据节点电压计算公式求出节点电压。标定各支路电流的参考方向，应用一段含源电路的欧姆定律求得各支路电流。例2-10

如图2-30所示电路中，R1=2Ω，R2=2Ω，R3=4Ω，E1=20V，E2=20V用节点电压法求各支路的电流I1、I2、I3。图2-30

学习目标理解二端网络的概念，掌握戴维南定理的定义及解题步骤。能力目标能够运用戴维南定理分析电路。模块四分析戴维南定律及应用端口由一对端钮组成，且能够满足端口条件：即从端口的一个端钮流入的电流等于从该端口的另一个端钮流出的电流，这样的网络称为二端网络。其中，内有独立电源的二端网络称为有源二端网络。内部没有独立电源的二端网络称为无源二端网络。

（a）有源二端网络

（b）无源二端网络图2-34

二端网络一、二端网络二、戴维南定理任意一个线性含源二端网络，对外电路而言，都可以用一个电压源与电阻相串联的等效电源代替。其电压源的电压等于该有源二端网络的开路电压UOC，串联电阻Ro等于该有源二端网络中所有独立源为零（电压源短路，电流源开路）时的等效电阻。戴维南定理的解题步骤为：将待求解支路移开，形成有源二端网络。求出有源二端网络的开路电压Uoc；