直流电路与电路分析.pptx

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1、1.1 电路和电路模型图1.1 手电筒 图1.2 电路模型图1.2是图1.1所示实际电路的电路模型。图中US表示电源，S表示开关，R表示耗能元件。第2页/共52页第1页/共52页1.2 电路中的主要物理量1.电流及其参考方向几种常见的电流波形如图1.3所示，图1.3（a）为直流电流，图1.3（b）为交流电流。图1.3 几种常见的电流波形第3页/共52页第2页/共52页1.2 电路中的主要物理量参考方向是一个假想的电流方向。特别注意：图中实线箭头和电流符号i缺一不可。图1.4 电流的参考方向第4页/共52页第3页/共52页1.2 电路中的主要物理量2.电压及其参考方向在分析电路时，也需要对未知电

2、压任意规定电压“参考方向”，其标注方法如图1.5所示。其中，图1.5（b）所示的标注方法，即参考极性标注法中，“+”号表示参考高电位端(正极)，“-”号表示参考低电位端(负极)；图1.5（c）所示的标注方法中，参考方向是由A点指向B点。第5页/共52页第4页/共52页1.2 电路中的主要物理量图1.5 电压参考方向的几种标注方法第6页/共52页第5页/共52页1.3 电路的基本元件1.3.1 电阻元件1.3.2 电容元件1.3.3 电感元件1.3.4 电压源1.3.5 电流源第7页/共52页第6页/共52页1.3.1 电阻元件1.电阻和电阻元件2.电导3.电阻元件上电压、电流的关系如图1.9所

3、示电路，u、i为关联参考方向，其伏安特性为u=Ri u、i为非关联参考方向时，有u=-Ri第8页/共52页第7页/共52页1.3.1 电阻元件图1.9 电阻元件的图形符号第9页/共52页第8页/共52页1.3.1 电阻元件4.电阻元件上的功率若u、i为关联参考方向，则电阻R上消耗的功率为p=ui=（Ri）i=Ri2若u、i为非关联参考方向，则p=-ui=-（-Ri）i=Ri2可见，p0，说明电阻总是消耗(吸收)功率，而与其上的电流、电压极性无关。5.电阻器的使用第10页/共52页第9页/共52页1.3.2 电容元件1.电容器电容器是一种能够储存电场能量的元件。2.电容元件3.电容上的电压与电流

4、在如图1.15所示电路中，u、i选关联参考方向，其伏安关系为i=CduC/dt4.电容器的使用第11页/共52页第10页/共52页1.3.3 电感元件1.电感器2.电感元件3.电感上的电压与电流在图1.17所示电路中，u、i取关联参考方向，其伏安关系为u=LdiL/dt第12页/共52页第11页/共52页1.3.4 电压源电压源是实际电源(如干电池、蓄电池等)的一种抽象概念，是理想电压源的简称。电压源具有如下两个特点：（1）它的端电压固定不变，与外电路取用的电流I无关；（2）通过它的电流取决于它所连接的外电路，电流是可以改变的。第13页/共52页第12页/共52页1.3.5 电流源电流源也是实

5、际电源(如光电池)的一种抽象概念，是理想电流源的简称。本节内容仅涉及直流电流源(恒流源)，用符号IS表示。电流源的图形符号及其伏安特性曲线如图1.20所示。箭头所指方向为IS的参考方向。第14页/共52页第13页/共52页1.3.5 电流源图1.20 直流电流源的图形符号及其伏安特性曲线第15页/共52页第14页/共52页1.3.5 电流源电流源具有如下两个特点：（1)电流源流出的电流I是恒定的，即I=IS，与其两端的电压U无关；（2)电流源的端电压取决于它所连接的外电路，端电压是可以改变的。例如，设IS=3A，将R=5的电阻连接于a、b两端，则有U=15V；若将R改为6，则有U=ISR=18

6、V。第16页/共52页第15页/共52页1.4 基尔霍夫定律1.4.1 几个有关的电路名词1.4.2 基尔霍夫电流定律1.4.3 基尔霍夫电压定律第17页/共52页第16页/共52页1.4.1 几个有关的电路名词1.支路2.节点3.回路4.网孔第18页/共52页第17页/共52页1.4.2 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（简称KCL）指出：任一时刻，流入电路中任一个节点的各支路电流的代数和恒等于零，即i=0KCL源于电荷守恒。第19页/共52页第18页/共52页1.4.3 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(简称KVL)指出：任一时刻，沿电路中的任何一个回路，所有支路的电压代数和恒等于零，即u

7、=0KVL源于能量守恒原理。第20页/共52页第19页/共52页1.5 基尔霍夫定律的应用1.5.1 支路电流法1.5.2 网孔电流法1.5.3 节点电压法第21页/共52页第20页/共52页1.5.1 支路电流法支路电流法是以支路电流为未知数，根据KCL和KVL列方程的一种方法。可以证明，对于具有b条支路、n个节点的电路，应用KCL只能列(n-1)个节点方程，应用KVL只能列l=b-(n-1)个回路方程。第22页/共52页第21页/共52页1.5.1 支路电流法应用支路电流法的一般步骤：（1）在电路图上标出所求支路电流参考方向，再选定回路绕行方向；（2)根据KCL和KVL列方程组；（3)联立

8、方程组，求解未知量。第23页/共52页第22页/共52页1.5.2 网孔电流法以假想的网孔电流为未知数，应用KVL列出各网孔的电压方程，并联立解出网孔电流，再进一步求出各支路电流的方法称为网孔电流法。网孔电流法简称网孔法，它是分析网络的基本方法之一。假想在每一网孔中流动着的独立电流称为网孔电流，如图1.29所示。第24页/共52页第23页/共52页1.5.2 网孔电流法图1.29 网孔电流第25页/共52页第24页/共52页1.5.2 网孔电流法如图1.29中的Ia、Ib分别为网孔1和网孔2的网孔电流。图中的顺时针箭头既可以表示网孔电流的参考方向，同时也表示绕行方向。根据KVL可列出如下方程。

9、网孔1：IaR1+(Ia-Ib)R2-US1=0网孔2：IbR3+(Ib-Ia)R2+US3=0第26页/共52页第25页/共52页1.5.2 网孔电流法整理得(R1+R2)Ia-R2Ib=US1-R2Ia+(R2+R3)Ib=-US3写出一般式为R11Ia+R12Ib=US11R21Ia+R22Ib=US22第27页/共52页第26页/共52页1.5.2 网孔电流法式中，R11=R1+R2为网孔1的所有电阻之和；R22=R2+R3为网孔2的所有电阻之和，并分别称为网孔1、2的自阻，自阻总是正的；R12=R21=-R2代表相邻1、2两网孔之间的公共支路的电阻，称为互阻，互阻的正负，取决于流过公

10、共支路的网孔电流的方向，相同为正，相反为负；US1、US2分别为1、2网孔中所有电压源电位升(从负极到正极)的代数和，当电压源沿本网孔电流的参考方向电位上升时，US为正，否则为负。第28页/共52页第27页/共52页1.5.3 节点电压法1.节点法以节点电压为未知数，应用KCL列出各节点的电流方程，并联立解出节点电压，再进一步求出各支路电流的方法称为节点电压法。节点电压法简称节点法，是电路分析中的一种重要方法。第29页/共52页第28页/共52页1.5.3 节点电压法电路中，任意选择一节点为参考点，其他节点与参考点之间的电压便是节点电压。图1.32给出的电路共有三个节点，编号分别为0、。第30

11、页/共52页第29页/共52页1.5.3 节点电压法图1.32 节点电压第31页/共52页第30页/共52页1.5.3 节点电压法设节点0为参考点，则节点、的电压分别为U10、U20。根据KCL列出节点:IS1-I1-I2-I3=0节点:I3-I4-I5=0 (1.19)第32页/共52页第31页/共52页1.5.3 节点电压法将 I1=U10/R1=G1U10 I2=U10/R2=G2U10 I3=(U10-U20)/R3=G3(U10-U2)I4=U20/R4=G4U20 I5=(U20-US5)/R3=G3(U10-US5)代入式(1.19)，整理得第33页/共52页第32页/共52页1

12、.5.3 节点电压法节点:(G1+G2+G3)U10-G3U20=IS1节点:-G3U10+(G3+G4+G5)U20=G5US5写出一般式为G11U10+G12U20=IS1G21U10+G22U20=IS2第34页/共52页第33页/共52页1.5.3 节点电压法式中，G11=G1+G2+G3为节点的所有电导之和，G22=G3+G4+G5为节点的所有电导之和，G11、G22分别称为节点、的自导，自导总是正的；G12=G21=-G3，G12、G21代表相邻、两节点之间的所有公共支路的电导之和，称为互导，互导总是负的；第35页/共52页第34页/共52页1.5.3 节点电压法IS1、IS2分别

13、为、节点中所有电流源的代数和，当电流源的电流流入节点时前面取正号，电压源和电阻串联支路则变成电流源与电阻并联后同前考虑。2.弥尔曼定理第36页/共52页第35页/共52页1.6 简单电阻电路的分析方法1.6.1 二端网络等效的概念1.6.2 电阻的串并联及分压、分流公式第37页/共52页第36页/共52页1.6.1 二端网络等效的概念1.二端网络网络是指复杂的电路。网络A通过两个端钮与外电路连接，A叫二端网络，如图1.36(a)所示。2.等效的概念当二端网络A与二端网络A1的端钮的伏安特性相同时，即I=I1，U=U1，则称A与A1是两个对外电路等效的网络，如图1.36(b)所示。第38页/共5

14、2页第37页/共52页1.6.1 二端网络等效的概念图1.36 二端网络及其等效的概念第39页/共52页第38页/共52页1.6.2 电阻的串1.电阻的串联及分压公式图1.37所示为电路的串联及其等效电路。根据KVL得U=U1+U2=(R1+R2)I=RI式中，R=R1+R2称为串联电路的等效电阻。第40页/共52页第39页/共52页1.6.2 电阻的串同理，当有n个电阻串联时，其等效电阻为R=R1+R2+R3+Rn 当有两个电阻串联时，其分压公式为U1=IR1=U/(R1+R2)R1所以 U1=R1/(R1+R2)U同理 U2=R2/(R1+R2)U第41页/共52页第40页/共52页1.6

15、.2 电阻的串图1.37 电阻的串联及其等效电路第42页/共52页第41页/共52页1.6.2 电阻的串2.电阻的并联及分流公式图1.38所示为电阻的并联及其等效电路。根据KCL得I=I1+I2=U/R1+U/R2=(1/R1+1/R2)U=(1/R)U式中，式1/R=1/R1+1/R2(或R=R1R2/(R1+R2)中的R称为并联电路的等效电阻。第43页/共52页第42页/共52页1.6.2 电阻的串同理，当有n个电阻并联时，其等效电阻的计算公式为1/R=1/R1+1/R2+1/Rn 用电导表示，即G=G1+G2+Gn第44页/共52页第43页/共52页1.6.2 电阻的串当两个电阻并联时，

16、其分流公式为 I1=U/R=IR/R1所以U=R2I/(R1+R2)同理I2=R1I/(R1+R2)第45页/共52页第44页/共52页1.6.3 实际电压源与实际电流源的等效变换如图1.41(a)所示实际电压源，是由理想电压源US和内阻RS串联组成的；如图1.41(b)所示实际电流源，是由理想电流源IS和内阻RS并联组成的。两者等效变换的条件如下：第46页/共52页第45页/共52页1.6.3 实际电压源与实际电流源的等效变换图1.41 实际电压源与实际电流源第47页/共52页第46页/共52页1.6.3 实际电压源与实际电流源的等效变换由图1.41(a)得 U=US-IR (1.26)由图

17、1.41(b)得 I1=IS-U1/RS所以 U1=ISRS-I1RS (1.27)第48页/共52页第47页/共52页1.6.3 实际电压源与实际电流源的等效变换根据等效的概念，当这两个二端网络相互等效时，有I=I1，U=U1，比较式(1.26)和式(1.27)得出 US=ISRS (1.28)RS=RS (1.29)式(1.28)和式(1.29)就是实际电压源与实际电流源的等效变换公式。第49页/共52页第48页/共52页1.6.4 戴维南定理戴维南定理指出：一个由电压源、电流源及电阻构成的二端网络，可以用一个电压源Uoc和一个电阻Ri的串联电路来等效(见图1.44)。Uoc等于该二端网络的开路电压，Ri等于该二端网络中所有电压源短路，所有电流源开路时的等效电阻，Ri称为戴维南等效电阻。第50页/共52页第49页/共52页1.6.4 戴维南定理图1.44 例1.17图第51页/共52页第50页/共52页1.6.5 叠加定理叠加定理指出：当线性电路中有几个电源共同作用时，各支路的电流(或电压)等于各个电源单独作用时在该支路产生的电流(或电压)的代数和。第52页/共52页第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页