电路及分析方法一.ppt

徐彦凯 89733294综合楼 424课程名称：电工电子学课程名称：电工电子学教材名称教材名称：电工学电工学上、下册上、下册 秦曾煌秦曾煌 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社 1999 1999 上册参考：上册参考：电路电路 邱关源邱关源 编著编著 高等教育出版社高等教育出版社 19991999参考教材参考教材：下册参考：下册参考：电子技术基础电子技术基础 模拟部分、数字部分模拟部分、数字部分编著编著 高等教育出版社高等教育出版社 19991999内容简介电路电路模拟电路模拟电路数字电路数字电路电机电机考核方法总成绩总成绩作业作业30%=+期末期末80%第第1 1章章 电路及分析方法电路及分析方法1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.2 电路模型电路模型*1.3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向1.4 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路*1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.6 电阻串并联电阻串并联*1.9 电压源与电流源及其等效变换电压源与电流源及其等效变换1.7 支路电流法支路电流法*1.8 叠加原理叠加原理*1.10 戴维宁定理戴维宁定理*1.11 电路中电位计算电路中电位计算*1.12 电路的暂态分析电路的暂态分析 负载负载电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。或元件按一定方式组合起来的。电源电源1.1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分1.1.电能的传输与转换电能的传输与转换电路的作用电路的作用电路的作用电路的作用2.2.信号的传递与处理信号的传递与处理存储存储发电机发电机升压升压变压器变压器输电线输电线降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机放放放放大大大大器器器器话筒话筒话筒话筒扬声器扬声器扬声器扬声器电路的组成电路的组成电路的组成电路的组成信号源信号源负载负载 负载负载 电源电源发电机发电机升压升压变压器变压器输电线输电线降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机放放大大器器话筒话筒话筒话筒扬声器扬声器扬声器扬声器信号源信号源负载负载 电源和电源和信号源信号源的的电压或电流电压或电流称为称为激励激励，它推动电路的工作。，它推动电路的工作。由由激励激励在电路中产生的在电路中产生的电压和电流电压和电流称为称为响应响应激激激激励励励励响响响响应应应应电路分析电路分析是在已知是在已知电路结构和参数电路结构和参数的条件下，讨论的条件下，讨论与与的关系的关系电路实体电路实体SER电路模型电路模型1.2 电路模型电路模型用用理想理想电路元件组成的电路，电路元件组成的电路，称为实际电路的称为实际电路的电路模型电路模型。主要理想主要理想电路元件电路元件理想理想电源元件电源元件理想理想无源元件无源元件理理想想电电压压源源理理想想电电流流源源电电阻阻R电电感感L电电容容C+-各式各样的电阻各式各样的电阻型金属膜电阻器型金属膜电阻器RJ13.14.15 Metal film Resistor 厚膜片式厚膜片式电阻器电阻器几种常见的电感元件几种常见的电感元件带有磁心的电感带有磁心的电感陶瓷电感陶瓷电感铁氧体电感铁氧体电感半半导体型陶体型陶瓷瓷电容器容器 温度温度补偿型陶瓷型陶瓷电容器容器 各式各样的电容各式各样的电容1.3电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向电流：带电粒子电流：带电粒子(电子、离子电子、离子)有规则有规则的定向运动的定向运动电流大小：电流大小：i=dqdt方向：正电荷运动的方向方向：正电荷运动的方向单位：单位：A，mA，uA一、一、电流和电流的参考方向电流和电流的参考方向任意规定一个电流参考方向电流参考方向,用用箭头标在电路图上。IR电流参考方向的表示电流参考方向的表示：1.用箭头表示用箭头表示(常用常用)2.用双下标表示用双下标表示RIabab若电流实际方向与参考方向相同若电流实际方向与参考方向相同,电流取正值电流取正值；若电流实际方向与参考方向相反若电流实际方向与参考方向相反,电流取负值。电流取负值。二、二、电压和电压的参考方向电压和电压的参考方向电压电压:单位正电荷由电路中单位正电荷由电路中a点移动到点移动到b点所点所失去或获得的能量，称为失去或获得的能量，称为ab两点的电压两点的电压dd=qWu电压大小：电压大小：方向：从高电位指向低电位方向：从高电位指向低电位单位：单位：V,mV若该时刻a a点的电位比点的电位比b b点电位高点电位高,电压u0;u0;若该时刻a a点的电位比点的电位比b b点电位低点电位低,电压u0u0电压参考方向的表示：电压参考方向的表示：u_+1.正负号正负号abUab（高电位在前，高电位在前，低电位在后）低电位在后）3.双下标双下标2.箭箭 头头uabUab=Ua-Ub规定电压的参考方向如图为如图为关关 联联 方方 向向定义的定义的电电压压和和电电流流 当当a、b两点间所选择的电压两点间所选择的电压参考方向由参考方向由a指向指向b时，也选择电流的参时，也选择电流的参考方向考方向经电路经电路由由a指向指向b，这种参考方向，这种参考方向的定义方式成为关联方向。的定义方式成为关联方向。abIUabIU关联方向：关联方向：如图为如图为非非关关联联方方向向定义的定义的电电压压和和电电流流abIUabIU通过电阻的电流与电压成正比通过电阻的电流与电压成正比表达式表达式 =RUIUIRUIR图图A+UIR图图C+UIR图图D+UIR图图B+=I RUU=IRU、I参考方向相同参考方向相同U、I参考方向相反参考方向相反图图C中若中若I=2A，R=3，则，则U=(2)3=6V 3.3.方程方程U/I=R 只适用于只适用于R 中中U、I参考方向一参考方向一 致的情况。即欧姆定律表达式含有正负号，致的情况。即欧姆定律表达式含有正负号，当当U、I参考方向一致时为正，否则为负。参考方向一致时为正，否则为负。2.2.在解题前，一定先假定电压电流的在解题前，一定先假定电压电流的“参考方参考方向向 ”，然后再列方程求解。，然后再列方程求解。习惯假设习惯假设I与与U 的参考方向一致（关联方向）。的参考方向一致（关联方向）。小结小结1.1.电压电压电流电流“实际方向实际方向”是客观存在的，是客观存在的，“参考方向参考方向”是人为假设的方向。是人为假设的方向。U U、I I为代数量，有正负之分。当参考方向与实为代数量，有正负之分。当参考方向与实际方向一致时为正，否则为负。际方向一致时为正，否则为负。功率功率：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U,流入此部分流入此部分电路的电流为电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:IUP=电压电流参考方向一致电压电流参考方向一致aIRUb电压电流参考方向相反电压电流参考方向相反P=UIIU+-aIUbIU+-例例已知：已知：UAB=3V解：解：P=UI=(2)3=6WI=2A求：求：N的功率，并说明它的功率，并说明它是电源还是负载是电源还是负载电压电流参考方向相同电压电流参考方向相同P为负值，为负值，N发出功率发出功率,是电源是电源NABI例例:所示所示 电电 路路 中，供中，供 出出 功功 率率 的的 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)理理 想想 电电 压压 源源 与与 理理 想想 电电 流流 源源a吸收功率或消耗功率（起负载作用）吸收功率或消耗功率（起负载作用）若若 P 0输出功率（起电源作用）输出功率（起电源作用）若若 P 0电阻消耗功率肯定为正电阻消耗功率肯定为正电源的功率可能为正（吸收功率），电源的功率可能为正（吸收功率），也可能为负（输出功率）也可能为负（输出功率）功率有正负功率有正负P=UIIU+-参考方向一致参考方向一致P=UI 参考方向不一致参考方向不一致IU+-P0P0负载负载电源电源EI IU1.4 电源有载工作、开路与短路电源有载工作、开路与短路1.4.1 电源有载工作电源有载工作1.U-IR0RABCDU=RIR+R0I=EU=E R0I ER0IU电源的外特性曲线电源的外特性曲线当R0 R时，时，U E说明电源带负载能力强说明电源带负载能力强I IU01.4.1 电源有载工作电源有载工作U=E R0I 2.功率与功率平衡功率与功率平衡UI=EI R0I2 P=PE P 电源产电源产电源产电源产生功率生功率生功率生功率内阻消内阻消内阻消内阻消耗功率耗功率耗功率耗功率电源输电源输电源输电源输出功率出功率出功率出功率功率的单位：瓦功率的单位：瓦特特(W)或千瓦或千瓦(KW)负载取负载取负载取负载取用功率用功率用功率用功率EI IUR0RABCEI IU01.5.2 电源开路电源开路R0RABCDI=0U=U0=E P=0EUIR1电流过大，将烧毁电源电流过大，将烧毁电源1.5.3 电源短路电源短路R2R0U=0I=IS=E/R0P=0 PE=P=R0IS2 作作 业业B基本题：基本题：分析图中的分析图中的 i1,i2?(a)(b)（1）、电路中）、电路中u、i受两类约束：受两类约束：（2）、元件约束关系与联接方式约束关系是互为独立的。）、元件约束关系与联接方式约束关系是互为独立的。1、个体（个体（元件约束）元件约束）2、整体（联接方式约束）、整体（联接方式约束）R3abE1结点结点 电路中三条或三条电路中三条或三条 以上支路联接的点以上支路联接的点支路支路 电路中的每一分支电路中的每一分支cd回路回路 由一条或多条支路由一条或多条支路组成的闭合路径组成的闭合路径如如 acb ab adb如如 abca adba adbca 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律E2如如 a bR2R1基尔霍夫定律基尔霍夫定律:用来描述电路中各部分电压或各用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括基尔霍夫电流定律和部分电流间的关系，其中包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。基尔霍夫电压定律。1.5.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 KCLKCL1、内容：、内容：在电路中，任何时刻，对任一结点，在电路中，任何时刻，对任一结点，所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。2、公式：、公式：I1I2I3I4KCL是电荷守恒的体现是电荷守恒的体现,它是对连接到该结点的各支路它是对连接到该结点的各支路电流约束关系电流约束关系。3、步骤、步骤1.规定电流的参考方向规定电流的参考方向2.规定参考方向规定参考方向流入流入结点的电流前面取结点的电流前面取“+”号，号，流出流出结点的电流前面取结点的电流前面取“-”号。号。3.列列KCL方程方程I1I2I3I4例：若例：若I1=9A，I2=2A，I4=8A。求：求：I309I382（）I319AKCL电流的参考方向与实际方向相反I1 I2+I3+I4=0解：解：I1I2I3I4I1+I3+I4=I2-I1+I2-I3-I4=0对结点对结点B对结点对结点CI4=?+-10V335-3A4AI4ABCI1I2I3I5例：例：=-3+4-2=-1A+-10V335-3A4AI4ABCI1I2I3I5IAIBIABIBCICAKCLKCL推广应用推广应用ICABCIA+IB+IC=0在任一瞬间通过任一封在任一瞬间通过任一封闭合面的电流的代数和闭合面的电流的代数和也恒等于零。也恒等于零。广义节点广义节点包围部分电路的任意封闭面包围部分电路的任意封闭面思考题思考题I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R1、内容：、内容：在电路中，任何时刻，从回路中任意在电路中，任何时刻，从回路中任意一点出发，以顺时针或逆时针方向循行一周，回一点出发，以顺时针或逆时针方向循行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零路中各段电压的代数和恒等于零.1.5.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（KVL）2、公式、公式：E2U4E1U1U2abced+U5U3+3、步骤：步骤：1 任意指定回路的绕行方向任意指定回路的绕行方向2 凡元件电压的参考方向与凡元件电压的参考方向与绕行方向绕行方向一致一致者，者，该电压前面取该电压前面取“+”号，号，元件电压的参考方向与绕元件电压的参考方向与绕行方向行方向相反相反者，者，该电压前面取该电压前面取“-”号。号。E2U4E1U1U2abced+U5U3+U1+U2 U3 U4+U5=0R1R2R3R4R5+_+_uS1uS2+-+-12+-对回路对回路1=0+-对回路对回路2+-+-=0i1R1i3R3例例:列列KVL方程方程KVL推广应用于假想的闭合回路推广应用于假想的闭合回路E+IR UAB=0UAB=E+IRERABI根据根据KVL可列出可列出U2U1ABCUABUAB=U1 U2 电路中任两结点间电压电路中任两结点间电压uab等于从等于从 a点到点到 b点的任点的任一路径上各段电压的代数和。一路径上各段电压的代数和。作作 业业 A选择题：、选择题：、B基本题：基本题：1.6 电阻串并联电阻串并联1.6.1 电阻的串联电阻的串联分压公式分压公式U2=UR1+R2R2等效电阻等效电阻R=R1+R2U1=UR1+R2R1R1R2UIU2U1+RUI+1.6.2 电阻的并联电阻的并联+=R1R2R1R2分流公式分流公式I1=IR1+R2R2I2=IR1+R2R1IR2R1I1I2U+UR+I等效电阻等效电阻1R=R11+R21 支路电流法支路电流法是以是以支路电流支路电流为求解对象，直为求解对象，直接应用接应用KCLKCL和和KVLKVL列出所需方程组，而后解出各列出所需方程组，而后解出各支路电流。支路电流。再用欧姆定律求出各支路电压。再用欧姆定律求出各支路电压。1.7 支路电流法支路电流法 2 应用应用KCL对结点列方程对结点列方程3 应用应用KVL列出余下的列出余下的 b (n1)个个方程方程4 解方程组，求解出各支路电流。解方程组，求解出各支路电流。支路电流法支路电流法解题步骤解题步骤AI2I1I3+R1R2R3+E2E1 I1+I2 I3=0(1)E1+I2 R2=I1 R1+E2(2)E2=I2 R2 +I3 R3(3)对于有对于有n个结点的电路，只能列出个结点的电路，只能列出 (n1)个个独立独立的的KCL方程方程1 确定支路数确定支路数b，标出各支路电，标出各支路电流的参考方向流的参考方向,并设电流为未知量并设电流为未知量结点结点a：列电流方程列电流方程结点结点c：结点结点b：结点结点d：bacd（取其中三个方程）（取其中三个方程）结点数结点数 N=4支路数支路数 B=6E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例例列电压方程列电压方程电压、电流方程联立求得：电压、电流方程联立求得：bacdE4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_作作 业业B基本题：基本题：