第二章的电路的分析方法精选文档.ppt

1本讲稿第一页，共五十页无源电路的简化无源电路的简化 n不含电压源不含电压源 、电流源的二端网络，称为、电流源的二端网络，称为无源二端网络无源二端网络。在关。在关联参考方向下，其端口电压与电流的比值称为这个网络的联参考方向下，其端口电压与电流的比值称为这个网络的输入输入电阻电阻。n 电阻的串联电阻的串联 本讲稿第二页，共五十页串联电路的特点串联电路的特点 n 电流电流I I相等；相等；n ；n 分压，各电阻上电压的大小与电阻值成正比；分压，各电阻上电压的大小与电阻值成正比；n 串联电阻的总电阻大于电路中的任一个电阻；串联电阻的总电阻大于电路中的任一个电阻；n 串联电路的功率等于各元件功率之和，各电阻元件串联电路的功率等于各元件功率之和，各电阻元件的功率与电阻成正比。的功率与电阻成正比。本讲稿第三页，共五十页电阻的并联 本讲稿第四页，共五十页并联电路的特点：并联电路的特点：n R R小于电路中最小的电阻，电阻值越并越小。小于电路中最小的电阻，电阻值越并越小。n 并联电阻两端的电压相等。并联电阻两端的电压相等。n n 分流，流过各电阻的电流与电阻成反比，以两个电分流，流过各电阻的电流与电阻成反比，以两个电阻并联为例。阻并联为例。n 并联电路的总功率等于各并联电阻功率之和，并联电并联电路的总功率等于各并联电阻功率之和，并联电阻功率与阻功率与R R成反比成反比本讲稿第五页，共五十页电阻的混联电阻的混联 n电路如图所示，求总电流电路如图所示，求总电流I I及及 时，求各档电压。时，求各档电压。本讲稿第六页，共五十页有源电路的简化有源电路的简化 任何一个实际的电源设备，可以用两种不同的电源模型任何一个实际的电源设备，可以用两种不同的电源模型 来来表示，一种叫表示，一种叫电压源模型电压源模型，一种称，一种称电流源模型电流源模型。n电压源模型：电压源模型：U U为电源端电压为电源端电压 I I 是输出电流是输出电流 是理想电压源电压是理想电压源电压 是电源内阻是电源内阻本讲稿第七页，共五十页电压源模型电压源模型电路方程式电路方程式伏安特性曲线伏安特性曲线 本讲稿第八页，共五十页电压源的特性电压源的特性 输出电压随电流变化。输出电压随电流变化。开路：开路：；短路：；短路：（为开路电压，为开路电压，为短路电流）为短路电流）越小，内阻压降越小，越小，内阻压降越小，为理想电，为理想电压源。压源。电压源的内阻越小越好，当电压源的内阻越小越好，当 时，可认为时，可认为电源为理想电压源，输出电压越稳定。电源为理想电压源，输出电压越稳定。本讲稿第九页，共五十页电流源模型电流源模型 理想电流源理想电流源为内阻为内阻U U，I I定义同电压源定义同电压源模型模型本讲稿第十页，共五十页电流源模型电流源模型电路方程式：电路方程式：伏安特性曲线：伏安特性曲线：本讲稿第十一页，共五十页电流源特点电流源特点 输出电流与端电压有关，输出电流与端电压有关，有分流作用。有分流作用。开路：开路：短路：短路：越大，分流越好，曲线越接近理想特性曲线。越大，分流越好，曲线越接近理想特性曲线。为理想电流源。为理想电流源。电流源电阻越大越好，当电流源电阻越大越好，当 时，时，对对 无影响，相无影响，相当于理想电流源。当于理想电流源。本讲稿第十二页，共五十页电压源模型与电流源模型的等效变换电压源模型与电流源模型的等效变换 等效互换的条件：等效互换的条件：保证互换前后，保证互换前后，端电压端电压和和输出电流输出电流对外电路对外电路保持不变。保持不变。与与 电位升的方向一致电位升的方向一致 本讲稿第十三页，共五十页含源支路的串联并联简化方法含源支路的串联并联简化方法 电压源模型串联：电压源模型串联：本讲稿第十四页，共五十页电压源模型并联电压源模型并联本讲稿第十五页，共五十页电源模型电源模型一个电压源与若干个电路元件并联，一个电压源与若干个电路元件并联，对外对外仍等效为一个仍等效为一个电压电压源源。即与电压源并联的元件在等效过程中视为。即与电压源并联的元件在等效过程中视为开路开路。一个电流源与若干个电路元件串联，一个电流源与若干个电路元件串联，对外对外仍等效为一个仍等效为一个电流源电流源。即。即与电流源串联的元件在等效过程中视为与电流源串联的元件在等效过程中视为短路短路。本讲稿第十六页，共五十页注意：注意：化简仅是对化简仅是对外部电路外部电路而言，若计算内部电路功率时，与而言，若计算内部电路功率时，与电压源并联的元件均不能开路，因为他们将改变流过电压源并联的元件均不能开路，因为他们将改变流过电压源的电流，与电流源串联的元件也不能短路，因电压源的电流，与电流源串联的元件也不能短路，因为他们将影响电流源的电压。为他们将影响电流源的电压。变换时，变换时，与与 电位升电位升的方向一致。的方向一致。本讲稿第十七页，共五十页电源模型电源模型练习：练习：理理 想想 电电 压压 源源 和和 理理 想想 电电 流流 源源 间间()()。(a)(a)有有 等等 效效 变变 换换 关关 系系(b)(b)没没 有有 等等 效效 变变 换换 关关 系系(c)(c)有有 条条 件件 下下 的的 等等 效效 变变 换换 关关 系系本讲稿第十八页，共五十页电源模型电源模型练习：练习：图图 示示 电电 路路 中，对中，对 负负 载载 电电 阻阻 RL 而而 言，点言，点 划划 线线 框框 中中 的的 电电 路路 可可 用用 一一 个个 等等 效效 电电 源源 代代 替，该替，该 等等 效效 电电 源源 是是()。(a)理理 想想 电电 压压 源源 (b)理理 想想 电电 流流 源源(c)不不 能能 确确 定定本讲稿第十九页，共五十页电源模型电源模型图图 1 所所 示示 电电 路路 的的 等等 效效 电电 压压 源源 电电 路路 如如 图图 2 所所 示，则示，则 图图 2 中中 的的 US 和和 R0 的的 值值 分分 别别 为为()。(a)18 V，9(b)57 V，2(c)57 V，9 本讲稿第二十页，共五十页 练习：图练习：图 示示 电电 路路 中，已中，已 知：知：US1=100 V，US2=80 V，R2=2 ，I=4 A，I2=2 A，试，试 用用 基基 尔尔 霍霍 夫夫 定定 律律 求求 电电 阻阻 R1 和和 供供 给给 负负 载载 N 的的 功功 率。率。本讲稿第二十一页，共五十页复杂电路分析复杂电路分析 n主要内容主要内容 （1 1）线性电路的一般分析方法（支路电流法、结点电压）线性电路的一般分析方法（支路电流法、结点电压法）法）（2 2）线性电路的基本性质（叠加原理）。）线性电路的基本性质（叠加原理）。（3 3）含源两端网络的基本原理（戴维宁定理，诺顿）含源两端网络的基本原理（戴维宁定理，诺顿定理）。定理）。n 学习提示学习提示 注意区别各种计算方法的特点和应用范围，针对一个问注意区别各种计算方法的特点和应用范围，针对一个问题采用多种方法求解，对比总结，有利提高。题采用多种方法求解，对比总结，有利提高。本讲稿第二十二页，共五十页支路电流法支路电流法 定义定义 以支路电流为未知量，根据基尔霍夫电压与电流定律，列以支路电流为未知量，根据基尔霍夫电压与电流定律，列出必要的电路方程，求解各支路电流的方法，称支路电流出必要的电路方程，求解各支路电流的方法，称支路电流法。它是求解复杂电路基本方法。法。它是求解复杂电路基本方法。复杂电路：凡是不能用串联和并联方法简化为单回复杂电路：凡是不能用串联和并联方法简化为单回路的电路（或能简化却相当复杂的电路）称复杂电路的电路（或能简化却相当复杂的电路）称复杂电路。路。本讲稿第二十三页，共五十页支路电流法支路电流法 （1 1）确定已知电路的支路数）确定已知电路的支路数b b，标注各支路电流的参考方，标注各支路电流的参考方向。向。（2 2）应用定律，列出（）个独立结点方）应用定律，列出（）个独立结点方程式。程式。独立结点独立结点：在电路中，联接支路不相同的结点为独立：在电路中，联接支路不相同的结点为独立结点。图中有，两个结点，但两个结点联接的支结点。图中有，两个结点，但两个结点联接的支路相同。所以，一般有个结点的电路它的独立结点路相同。所以，一般有个结点的电路它的独立结点数为数为（3 3）应用）应用KVLKVL定律，列写定律，列写b-b-（n-1n-1）个独立电压方程式。）个独立电压方程式。（4 4）解方程，求出支路电流。）解方程，求出支路电流。本讲稿第二十四页，共五十页支路电流法支路电流法适用范围：适用范围：适用于支路较少的电路适用于支路较少的电路 应用举例：写出用支路电流法求解图（应用举例：写出用支路电流法求解图（a a）(b)(c)(b)(c)各电路所需各电路所需的电路方程。的电路方程。本讲稿第二十五页，共五十页支路电流法应用举例：支路电流法应用举例：本讲稿第二十六页，共五十页结点电压法结点电压法 列方程步骤列方程步骤n设参考点（零电位点），其它设参考点（零电位点），其它(n-1)(n-1)个结点对参考点的电位，称个结点对参考点的电位，称为结点电压（结点电压均以参考点为负极）。为结点电压（结点电压均以参考点为负极）。n标出各支路电流参考方向，对（标出各支路电流参考方向，对（n-1n-1）个结点列写电流方程）个结点列写电流方程式。式。n用用KVLKVL和欧姆定律，将结点电流用结点电压的关系式代替，写出和欧姆定律，将结点电流用结点电压的关系式代替，写出结点电压方程式。结点电压方程式。n求解方程，求解各结点电压。求解方程，求解各结点电压。n由结点电压求支路电流和功率。由结点电压求支路电流和功率。结点电压与相关电导乘积之代数和结点电压与相关电导乘积之代数和=电流源与电压源产生的电流之电流源与电压源产生的电流之代数和。代数和。本讲稿第二十七页，共五十页结点电压法结点电压法适用范围：适用于全面求解电路支路电压及电流。特别是支路较适用范围：适用于全面求解电路支路电压及电流。特别是支路较多结点数少的复杂电路。多结点数少的复杂电路。应用举例：应用举例：例例1 1 对下列三个电路列结点电压方程（对下列三个电路列结点电压方程（a a）（）（b b）（）（c c）。）。结点电压与相关电导乘积结点电压与相关电导乘积之代数和之代数和=电流源与电压源产生的电电流源与电压源产生的电流之代数和流之代数和 本讲稿第二十八页，共五十页结点电压法应用举例：结点电压法应用举例：本讲稿第二十九页，共五十页结点电压法应用举例：结点电压法应用举例：例例2 2：用结点电压法求解图示电路各结点电压及电：用结点电压法求解图示电路各结点电压及电 流流I I。本讲稿第三十页，共五十页叠加定理叠加定理 n研究目的：研究目的：在基本分析方法的基础上，学习线性电路所具有的特在基本分析方法的基础上，学习线性电路所具有的特殊性质，更深入地了解电路中殊性质，更深入地了解电路中激励激励（电源）与（电源）与响应响应（电（电流，电压）的关系。流，电压）的关系。n定义：定义：叠加定理是线性电路的基本定理，在线性电路中，叠加定理是线性电路的基本定理，在线性电路中，任何一个支路的电流和电压，均是由电路中各个电源任何一个支路的电流和电压，均是由电路中各个电源单独作用时，在此支路产生电流及电压的单独作用时，在此支路产生电流及电压的代数和代数和。本讲稿第三十一页，共五十页叠加定理叠加定理n解题思路解题思路 用叠加定理解决电路问题的实质，是把多个电源的用叠加定理解决电路问题的实质，是把多个电源的复杂电路分解为多个简单电路的叠加。应用时要复杂电路分解为多个简单电路的叠加。应用时要注注意两个问题意两个问题：一是某电源单独作用时，其它电源的处：一是某电源单独作用时，其它电源的处理方法；二是叠加时各分量的方向问题。理方法；二是叠加时各分量的方向问题。n适用范围适用范围 在多个电源作用的电路中，仅研究一个电源对多支路或多在多个电源作用的电路中，仅研究一个电源对多支路或多电源对一个支路的影响问题。电源对一个支路的影响问题。本讲稿第三十二页，共五十页应用举例：应用举例：例例1 1：用叠加定理计算该电路各支路的电流。：用叠加定理计算该电路各支路的电流。本讲稿第三十三页，共五十页结论分析：结论分析：叠加定理叠加定理仅适用线性电路仅适用线性电路，不适用非线性电路。，不适用非线性电路。分解电路时，电路的形式不能改变，只是电源作短路分解电路时，电路的形式不能改变，只是电源作短路或开路处理，其内阻要保留不变，受控源例外。或开路处理，其内阻要保留不变，受控源例外。功率不能用叠加原理计算。功率不能用叠加原理计算。叠加时要注意原电路和各分解电路电流及电压的参叠加时要注意原电路和各分解电路电流及电压的参考方向，方向相同取正，相反取负。考方向，方向相同取正，相反取负。本讲稿第三十四页，共五十页叠加定理应用举例：叠加定理应用举例：例例2 2 求图示电路中求图示电路中 的电压的电压 。本讲稿第三十五页，共五十页戴维宁与诺顿定理戴维宁与诺顿定理n一个复杂电路，对其中一个支路而言，剩余部分可看成一个复杂电路，对其中一个支路而言，剩余部分可看成一个含源二端网络。它的作用仅相当一个电源，为该支一个含源二端网络。它的作用仅相当一个电源，为该支路提供电能。电源可以用两种等效电路表示。路提供电能。电源可以用两种等效电路表示。一种是理一种是理想电压源和内阻串联的电路，另一种是理想电流源与内想电压源和内阻串联的电路，另一种是理想电流源与内阻并联的电路。显然，两个等效电路中的参数要由有源阻并联的电路。显然，两个等效电路中的参数要由有源二端网络的参数来决定。二端网络的参数来决定。本讲稿第三十六页，共五十页戴维宁与诺顿定理戴维宁与诺顿定理 本讲稿第三十七页，共五十页戴维宁定理戴维宁定理 n定义定义 任何一个线性有源二端网络，对外电路而言，都可任何一个线性有源二端网络，对外电路而言，都可以用一个电压源和电阻串联的支路等效代替。电压以用一个电压源和电阻串联的支路等效代替。电压源的源的电压值电压值和极性等于有源二端网络的和极性等于有源二端网络的开路电压开路电压，电电阻阻（内阻）等于有源二端网络中所有独立电源为零（内阻）等于有源二端网络中所有独立电源为零（，理想电压源短路；，理想电压源短路；，理想电流源开路）时的等效，理想电流源开路）时的等效电阻。电阻。n应用范围应用范围 在复杂电路中，只求某支路电流或电压的问题。在复杂电路中，只求某支路电流或电压的问题。本讲稿第三十八页，共五十页戴维宁定理解题步骤说明：戴维宁定理解题步骤说明：本讲稿第三十九页，共五十页诺顿定理诺顿定理 n定义定义 任何一个线性有源二端网络，对外电路而言，都可以用任何一个线性有源二端网络，对外电路而言，都可以用一个电流源与一个电阻并联的支路来代替。电流源的一个电流源与一个电阻并联的支路来代替。电流源的电电流值流值和方向等于有源二端网络的短路电流。和方向等于有源二端网络的短路电流。电阻电阻（内阻）（内阻）是有源二端网络中所有独立源等于零值时（电压源短是有源二端网络中所有独立源等于零值时（电压源短路，电流源开路）的等效电阻。这就是诺顿定理。路，电流源开路）的等效电阻。这就是诺顿定理。n应用范围与戴维宁定理相同。应用范围与戴维宁定理相同。本讲稿第四十页，共五十页诺顿定理解题步骤说明：诺顿定理解题步骤说明：本讲稿第四十一页，共五十页应用举例：应用举例：例例1 1，分别用戴维宁和诺顿定理求图示电路电流，分别用戴维宁和诺顿定理求图示电路电流本讲稿第四十二页，共五十页解题结论分析：解题结论分析：利用戴维宁定理求解的关键在于求开路电压利用戴维宁定理求解的关键在于求开路电压 和和 利用诺顿定理求解的关键是求短路电流利用诺顿定理求解的关键是求短路电流 ，与与 方向相反。方向相反。求求 时，电压源短路，电流源开路，求等效电阻。时，电压源短路，电流源开路，求等效电阻。用于单一电路的求解问题。用于单一电路的求解问题。本讲稿第四十三页，共五十页非线性电阻特性非线性电阻特性 定义、符号：阻值不是常数，随电压电流变化的电阻为定义、符号：阻值不是常数，随电压电流变化的电阻为线性电阻，电路符号如图：线性电阻，电路符号如图：伏安特性：非线性电阻的电压电流关系，一般用曲线伏安特性：非线性电阻的电压电流关系，一般用曲线表示，并称其为伏安特性曲线。非线性电阻元件（半表示，并称其为伏安特性曲线。非线性电阻元件（半导体二极管）的伏安特性曲线如图：导体二极管）的伏安特性曲线如图：本讲稿第四十四页，共五十页非线性电阻的表示法非线性电阻的表示法 非线性电阻的阻值与它在电路中的工作状态有关，任非线性电阻的阻值与它在电路中的工作状态有关，任一组值都可在伏安特性曲线上确定一个工作点一组值都可在伏安特性曲线上确定一个工作点Q Q，非，非线性电阻的阻值随线性电阻的阻值随Q Q点不同而改变。点不同而改变。Q Q点确定后，非线点确定后，非线性电阻有两种表示方法：性电阻有两种表示方法：静态（直流）电阻静态（直流）电阻R R，由，由Q Q点处的点处的U U，I I的比值决定，的比值决定，Q Q点的直流电阻正比于点的直流电阻正比于 .本讲稿第四十五页，共五十页非线性电阻的表示法非线性电阻的表示法 n动态（交流）电阻动态（交流）电阻r r，由，由Q Q点附近点附近u,iu,i的微小变化量决定，的微小变化量决定，Q Q点的动态（交流）点的动态（交流）电阻正比于电阻正比于 ，几何意义为，几何意义为Q Q点切线的斜率。点切线的斜率。本讲稿第四十六页，共五十页非线性电阻电路分析非线性电阻电路分析 解题依据：因为解题依据：因为KCLKCL、KVLKVL定律与元件本身性质无关，所以分析非定律与元件本身性质无关，所以分析非线性电阻电路仍要依据基尔霍夫定律和元件本身性质。线性电阻电路仍要依据基尔霍夫定律和元件本身性质。解题方法解题方法 （1 1）对仅含一个非线性元件的简单电路，常用的方法是戴维宁、诺）对仅含一个非线性元件的简单电路，常用的方法是戴维宁、诺顿等效电路图和图解法（前面介绍的方法，除叠加定理外均适用非线顿等效电路图和图解法（前面介绍的方法，除叠加定理外均适用非线性电路）。性电路）。（2 2）计算机辅助分析法。）计算机辅助分析法。（3 3）若非线性元件的）若非线性元件的u,iu,i关系能用解析式表示，非线性电路可关系能用解析式表示，非线性电路可解析计算。解析计算。这里仅讨论图解法。这里仅讨论图解法。本讲稿第四十七页，共五十页图解法图解法 在非线性电阻元件的伏安特性曲线上，作图求解在非线性电阻元件的伏安特性曲线上，作图求解 电流，电压的方法称图解法。电流，电压的方法称图解法。应用举例应用举例 本讲稿第四十八页，共五十页应用举例：应用举例：例例1 1含一个非线性电阻元件，简单串联电路的计算。含一个非线性电阻元件，简单串联电路的计算。电路如图（电路如图（a a）所示，已知）所示，已知 的伏安特性曲线如图（的伏安特性曲线如图（b b）,求电流求电流I I和和本讲稿第四十九页，共五十页应用举例：应用举例：例例2 2，含一个非线性电阻元件复杂直流电路计算。含一个非线性电阻元件复杂直流电路计算。在下图所示电路中，非线性电阻的伏安特性数据如表所示，在下图所示电路中，非线性电阻的伏安特性数据如表所示，试求各支路电流。试求各支路电流。本讲稿第五十页，共五十页