第2单元直流电路精选文档.ppt

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1、第第2单元直流电路单元直流电路本讲稿第一页，共七十九页第2单元 直流电路（1）本讲稿第二页，共七十九页2.1 电阻的串联和并联电阻的串联和并联 2.2 电阻的星形连接与三角形连接的等效变换电阻的星形连接与三角形连接的等效变换 2.3 两种实际电源模型的等效变换两种实际电源模型的等效变换本讲稿第三页，共七十九页 2.1 电阻的串联和并联电阻的串联和并联本讲稿第四页，共七十九页目的与要求目的与要求 会对串、并联电路进行分析、计算本讲稿第五页，共七十九页重点与重点与 难点难点重点：重点：1.串联分压原理 2.并联分流原理 3.串、并联电路的分析、计算难点：难点：网络等效的定义本讲稿第六页，共七十九页

2、2.1.1 等效网络的定义等效网络的定义 1.二端网络 端口电流 端口电压 2.等效网络:一个二端网络的端口电压电流关系和另一个二端网络的端口电压、电流关系相同,这两个网络叫做等效网络。3.等效电阻（输入电阻）：无源二端网络在关联 参考方向下端口电压与端口电流的比值。本讲稿第七页，共七十九页2.1.2 电阻的串联（一）电阻的串联（一）1.定义 在电路中,把几个电阻元件依次一个一个首尾连接起来,中间没有分支,在电源的作用下流过各电阻的是同一电流。这种连接方式叫做电阻的串联。本讲稿第八页，共七十九页2.1.2 电阻的串联（二）电阻的串联（二）图 2.2 电阻的串联本讲稿第九页，共七十九页2.1.2

3、 电阻的串联（三）电阻的串联（三）（2.2）2.电阻串联时,各电阻上的电压为本讲稿第十页，共七十九页例例2.1（一）（一）如图2.3所示,用一个满刻度偏转电流为50A,电阻Rg为2k的表头制成100V量程的直流电压表,应串联多大的附加电阻Rf？图2.3本讲稿第十一页，共七十九页例例2.1（二）（二）解解 满刻度时表头电压为附加电阻电压为代入式（2.2）,得解得本讲稿第十二页，共七十九页2.1.3 电阻的并联（一）电阻的并联（一）图2.4 电阻的并联并联电阻的等效电导等于各电导的和(如图 2.4(b)所示),即本讲稿第十三页，共七十九页2.1.3 电阻的并联（二）电阻的并联（二）（2.4）并联电

4、阻的电压相等,各电阻的电流与总电流的关系为本讲稿第十四页，共七十九页2.1.3 电阻的并联（三）电阻的并联（三）两个电阻R1、R2并联本讲稿第十五页，共七十九页例例2.2（一）（一）如图如图2.5所示,用一个满刻度偏转电流为50A,电阻Rg为2k的表头制成量程为 50mA的直流电流表,应并联多大的分流电阻R2?本讲稿第十六页，共七十九页例例2.2（二）（二）解解 由题意已知,I1=50A,R1=Rg=2000,I=50mA,代入公式(2.5)得解得本讲稿第十七页，共七十九页2.1.4 电阻的串、并联电阻的串、并联定义：电阻的串联和并联相结合的连接方式,称为电阻的串、并联或混联。本讲稿第十八页，

5、共七十九页 例例2.3（一）（一）进行电工实验时,常用滑线变阻器接成分压器电路来调节负载电阻上电压的高低。图 2.6 中R1和R2是滑线变阻器,RL是负载电阻。已知滑线变阻器额定值是100、3A,端钮a、b上输入电压U1=220V,RL=50。试问:（1）当R2=50时,输出电压U2是多少？（2）当R2=75时,输出电压U2是多少？滑线变阻器能否安全工作？本讲稿第十九页，共七十九页 例例2.3（二）（二）U1I1U2abR1R2I2RL图2.6 例2.3图本讲稿第二十页，共七十九页 例例2.3（三）（三）滑线变阻器R1段流过的电流解解（1）当R2=50时,Rab为R2和RL并联后与R1串联而成

6、,故端钮a、b的等效电阻本讲稿第二十一页，共七十九页 例例2.3（四）（四）负载电阻流过的电流可由电流分配公式（2.5）求得，即本讲稿第二十二页，共七十九页 例例2.3（五）（五）因I1=4A,大于滑线变阻器额定电流3A,R1段电阻有被烧坏的危险。(2)当R2=75时，计算方法同上,可得本讲稿第二十三页，共七十九页例例2.4（一）（一）求图2.7(a)所示电路中a、b两点间的等效电阻Rab。d15 Wabc6 W6 W20W5 W7 Wd(a)15 Wabc6 W6 W20W5 W7 W(b)d15 Wabc3 W4 W7 W(c)d图2.7 例2.4图本讲稿第二十四页，共七十九页例例2.4（

7、二）（二）解（1）先将无电阻导线d、d缩成一点用d表示,则得图2.7（b)(2)并联化简,将2.7（b）变为图2.7（c)。(3)由图2.7（c）,求得a、b两点间等效电阻为本讲稿第二十五页，共七十九页简单电路计算步骤简单电路计算步骤简单电路简单电路：可用串、并联化简。复杂电路复杂电路：不可用串、并联化简。简单电路计算步骤简单电路计算步骤：（1）计算总的电阻，算出总电压（或总电流）。（2）用分压、分流法逐步计算出化简前原电路中各电阻电流、电压。本讲稿第二十六页，共七十九页教学方法教学方法 电阻的串并联在物理中已接触过，可采用自学的形式，以设疑、析疑的方式讲授这次课。本讲稿第二十七页，共七十九页

8、思考题思考题1.什么叫二端网络的等效网络？试举例说明。2.在图2.8所示电路中,US不变.当 R3增大或减小时,电压表,电流表的读数将如何变化?说明其原因.本讲稿第二十八页，共七十九页2.2 电阻的星形连接与三角形电阻的星形连接与三角形连接的等效变换连接的等效变换本讲稿第二十九页，共七十九页目的与要求目的与要求会进行星形连接与三角形连接间的等效变换会进行星形连接与三角形连接间的等效变换本讲稿第三十页，共七十九页重点与难点重点与难点重点：重点：星形连接与三角形连接的等效变换难点：难点：星形与三角形等效变换的公式本讲稿第三十一页，共七十九页三角形连接和星形连接三角形连接和星形连接 三角形连接：三个

9、电阻元件首尾相接构成一个三角形。如下图a所示。星形连接：三个电阻元件的一端连接在一起，另一端分别连接到电路的三个节点。如上图b所示。本讲稿第三十二页，共七十九页 三角形、星形等效的条件三角形、星形等效的条件 端口电压U12、U23、U31 和电流I1、I2、I3都分别相等，则三角形星形等效。本讲稿第三十三页，共七十九页3.已知三角形连接电阻求星形连接电阻本讲稿第三十四页，共七十九页4.已知星形连接电阻求三角形连接电阻本讲稿第三十五页，共七十九页5.特殊情况特殊情况设三角形电阻R12=R23=R32=，则 =R1=R2=R3=反之，=R12=R23=R31=3本讲稿第三十六页，共七十九页例例 2

10、.5（一）（一）图2.10(a)所示电路中,已知Us=225V,R0=1,R1=40,R2=36,R3=50,R4=55,R5=10,试求各电阻的电流。I2R1I1R5I5R2adR4R3I3I4bR0UsI本讲稿第三十七页，共七十九页例例 2.5（二）（二）c(a)(b)图2.10例2.5图aIRaoR0UsRcRdR4R2bcI4I2dI2R1I1R5I5R2adR4R3I3I4bR0UsI本讲稿第三十八页，共七十九页例例 2.5（三）（三）解解 将形连接的R1,R3,R5等效变换为Y形连接的Ra,Rc、Rd,如图2.10(b)所示,代入式(2.8)求得本讲稿第三十九页，共七十九页例例 2

11、.5（四）（四）Ra与Rob串联,a、b间桥式电阻的等效电阻图2.10(b)是电阻混联网络,串联的Rc、R2的等效电阻Rc2=40,串联的Rd、R4的等效电阻Rd4=60,二者并联的等效电阻本讲稿第四十页，共七十九页例例 2.5（五）（五）桥式电阻的端口电流R2、R4的电流各为本讲稿第四十一页，共七十九页例例 2.5（六）（六）为了求得R1、R3、R5的电流,从图2.10(b)求得并由KCL得回到图2.10(a)电路,得本讲稿第四十二页，共七十九页教学方法教学方法在得到星三转换公式时，启发学生自己找到记忆公式的规律。本讲稿第四十三页，共七十九页思考题思考题求下图所示网络的等效电阻本讲稿第四十四

12、页，共七十九页7.两种特殊情况 线性电阻元件有两种特殊情况值得注意:一种情况是电阻值R为无限大,电压为任何有限值时,其电流总是零,这时把它称为“开路开路”;另一种情况是电阻为零,电流为任何有限值时,其电压总是零,这时把它称为“短路短路”。本讲稿第四十五页，共七十九页1.5 电压源和电流源电压源和电流源本讲稿第四十六页，共七十九页目的与要求目的与要求理解理想电压源、理想电流源的特点本讲稿第四十七页，共七十九页重点与难点重点与难点重点重点 理想电压源、理想电流源的 特点难点难点 独立源、受控源 本讲稿第四十八页，共七十九页1.电压源是一个理想二端元件。它具有两个特点:(1)电压源对外提供的电压u(

13、t)是某种确定的时间函数,不会因所接的外电路不同而改变,即u(t)=us(t)。(2)通过电压源的电流i（t）随外接电路不同而不同。常见的电压源有直流电压源和正弦交流电压源。一、电压源（一）一、电压源（一）本讲稿第四十九页，共七十九页一、电压源（二）一、电压源（二）图 1.7 电压源电压波形本讲稿第五十页，共七十九页一、电压源（三）一、电压源（三）图1.8 直流电压源的伏安特性图 1.8 是直流电压源的伏安特性。本讲稿第五十一页，共七十九页一、电压源（四）一、电压源（四）2.电压为零的电压源相当于短路。3.由图1.7(a)知,电压源发出的功率为 p0时,电压源实际上是发出功率；p0时,电压源实

14、际上是接受功率。本讲稿第五十二页，共七十九页1.电流源也是一个理想二端元件,它有以下两个特点:(1)电流源向外电路提供的电流i(t)是某种确定的时间函数,不会因外电路不同而改变,即i(t)=is,is是电流源的电流。(2)电流源的端电压u(t)随外接的电路不同而不同。2.如果电流源的电流is=Is(Is是常数),则为直流电流源。二、电流源（一）本讲稿第五十三页，共七十九页二、电流源（二）图1.9 电流源及直流电流源的伏安特性本讲稿第五十四页，共七十九页二、电流源（三）3.电流为零的电流源相当与开路。4.电流源发出的功率为 p0,电流源实际是发出功率;p0,电流源实际是接受功率。5.电压源和电流

15、源,称为独立源独立源。在电子电路的模型中还常常遇到另一种电源,它们的源电压和源电流不是独立的,是受电路中另一处的电压或电流控制,称为受控源或非独立源受控源或非独立源本讲稿第五十五页，共七十九页例例1.3（一）（一）计算图 1.10 所示电路中电流源的端电压U1,5电阻两端的电压U2和电流源、电阻、电压源的功率P1,P2,P3。图 1.10 例1.3图本讲稿第五十六页，共七十九页例例1.3（二）（二）电流源的电流、电压选择为非关联参考方向,所以 P1=U1Is=132=26W(发出)电阻的电流、电压选择为关联参考方向,所以P2=102=20W(接受)电压源的电流、电压选择为关联参考方向,所以P3

16、=23=6W(接受)解：本讲稿第五十七页，共七十九页教学方法以实际电池为例来阐述电压源的特点本讲稿第五十八页，共七十九页 1.直流电压源的电流是怎样变化的？2.直流电流源的端电压怎样确定？举例说明。思考题本讲稿第五十九页，共七十九页1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律本讲稿第六十页，共七十九页目的与要求目的与要求 1.理解支路、节点、回路、网孔的定义2.掌握基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律本讲稿第六十一页，共七十九页重点与难点重点与难点 重点重点 基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律难点难点 用基尔霍夫定律分析电路本讲稿第六十二页，共七十九页基尔霍夫定律是集中参数电路的基基尔霍夫定律是集中参数电路

17、的基本定律本定律,它包括电流定律和电压定律它包括电流定律和电压定律本讲稿第六十三页，共七十九页（1）支路支路:电路中流过同一电流的一个分支称为一条支路。（2）节点节点:三条或三条以上支路的联接点称为节点。(3)回路回路:由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只经过一次,这条闭合路径称为回路。(4)网孔网孔:网孔是回路的一种。将电路画在平面上,在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。一、相关名词一、相关名词本讲稿第六十四页，共七十九页二、二、基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）（一）（一）1.在集中参数电路中,任何时刻,流出（或流入）一个节 点的所有支路电流的代数和恒等于零,这就是基尔霍夫

18、电流定律,简写为KCL。本讲稿第六十五页，共七十九页二、二、基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）（二）（二）（1.14）写出一般式子,为i=0把式（1.14）改写成下式,即i1=i3+i4对图 1.11 中的节点a,应用KCL则有本讲稿第六十六页，共七十九页二、二、基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）（三）（三）图1.11 电路实例本讲稿第六十七页，共七十九页二、二、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL）（四）（四）2.在集中参数电路中,任何时刻,流入一个节点电流之和等于流出该节点电流之和。3.KCL原是适用于节点的,也可以把它推广运用于电路的任一假设的封闭面。例如图1.1

19、1所示封闭面S所包围的电路。本讲稿第六十八页，共七十九页三、三、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）（一）（一）（1.16）1.定义：在集中参数电路中,任何时刻,沿着任一个回路绕行一周,所有支路电压的代数和恒等于零,这就是基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律,简写为KVL。用数学表达式表示为本讲稿第六十九页，共七十九页三、三、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）（二）（二）2.在写出式（1.16）时,先要任意规定回路绕行的方向,凡支路电压的参考方向与回路绕行方向一致者,此电压前面取“+”号,支路电压的参考方向与回路绕行方向相反者,则电压前面取“-”号。在图1.11中,对回路abcg

20、a 应用KVL,有本讲稿第七十页，共七十九页三、三、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）（三）（三）（1.17）3.如果一个闭合节点序列不构成回路,例如图1.11中的节点序列acga,在节点ac之间没有支路,但节点ac之间有开路电压uac,KVL同样适用于这样的闭合节点序列,即有本讲稿第七十一页，共七十九页三、三、基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）（四）（四）4.将式（1.17）改写为 电路中任意两点间的电压是与计算路径无关的,是单值的。所以,基尔霍夫电压定律实质是两点间电压与计算路径无关这一性质的具体表现。不论元件是线性的还是非线性的,电流、电压是直流的还是交流的,只要是集

21、中参数电路,KCL和KVL总是成立的。本讲稿第七十二页，共七十九页例例 1.4（一）（一）试计算图 1.12 所示电路中各元件的功率。图.例.图本讲稿第七十三页，共七十九页例例 1.4（二）（二）解解 为计算功率,先计算电流、电压。元件 1 与元件 2 串联,idb=iba=10A,元件 1 发出功率元件 2 接受功率本讲稿第七十四页，共七十九页例例 1.4（三）（三）元件 3 与元件 4 串联,idc=ica=-5A,元件 3 发出功率:P3=5(-5）=-25W,即接受25W。取回路cabdc,应用KVL,有 uca2+105=0得uca=-3V本讲稿第七十五页，共七十九页例例 1.4（四）（四）元件 4 接受功率 P4=（-3）（-5）=15W取节点a,应用KCL,有 iad10(-5)=0 得iad=5A取回路adba,应用KVL,有 uad10得 uad元件接受功率 W根据功率平衡:=20+25+15+40 证明计算无误本讲稿第七十六页，共七十九页教学方法教学方法以水流喻电流，形象阐述基尔霍夫电流定律本讲稿第七十七页，共七十九页思考题（一）思考题（一）1.在下图电路中，每条线段表示一个二端元件，试求各电 路中的未知电流i。（a)(b)本讲稿第七十八页，共七十九页思考题（二）思考题（二）2.应用KVL列出下图各网孔的回路电压方程。本讲稿第七十九页，共七十九页