第二章电路元件及电路等效变换精选PPT.ppt

《第二章电路元件及电路等效变换精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章电路元件及电路等效变换精选PPT.ppt（60页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二章电路元件及电路等效变换第1页，本讲稿共60页1.1.2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 电阻元件的阻元件的电路符号如路符号如图2-1-12-1-1（a a）所示）所示若其若其电压 和和电流流是关是关联参考方向，参考方向，则一、电阻元件一、电阻元件线性性电阻阻的的伏伏安安关关系系（V V o ol lt ta ag ge e C C u ur rr re en nt t R R e el la at ti io on ns sh hi ip p简称称V VC CR R）如如图2 2-1 1-1 1（b b）所所示示。图图2-1-1 2-1-1 电阻阻电路符号和路符号和VCRVC

2、R曲曲线图第2页，本讲稿共60页1.1.线性电阻满足欧姆定律线性电阻满足欧姆定律当当电阻上阻上电流和流和电压为非关非关联方向：方向：电阻的阻的单位是欧姆（位是欧姆（）当当电压和和电流流为关关联参考方向参考方向时，电阻消耗阻消耗的功率：的功率：2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第3页，本讲稿共60页1.1.从能量关系上看，从能量关系上看，电阻是将吸收的阻是将吸收的电能能转换为热能消耗掉的一种耗能元件。能消耗掉的一种耗能元件。并且，并且，电阻元件是一种无源元件和无阻元件是一种无源元件和无记忆元件。元件。电阻阻还可以用可以用电导表示，表示，电导的符号的符号为G G，其定，其定义为：(2

3、-1-2)(2-1-2)电导值也是正的常量，也是正的常量，电导的的单位位为西西门子（子（）2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第4页，本讲稿共60页1.1.短路短路开路开路由欧姆定律可知，当由欧姆定律可知，当时，i=i=0 0，电阻两端阻两端处于开路状于开路状态。时，u u=0=0，电阻两端阻两端处于短路状于短路状态。电路的路的开路开路和和短路短路它它们的的VCRVCR曲曲线如如图2-1-32-1-3所示。所示。图图2-1-32-1-3开路开路与与短路短路的的VCRVCR特性曲特性曲线2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第5页，本讲稿共60页1.1.理想理想电压源源简称

4、称电压源源，是一种端，是一种端电压总能保持确定能保持确定值的二端元件，是的二端元件，是发电机、蓄机、蓄电池、干池、干电池等池等实际电源的理想模型。源的理想模型。电压源的源的电路符号如路符号如图2-1-42-1-4（a a）所示。）所示。1.1.电压源源图图2-1-4 2-1-4 理想理想电压源源电路模型和路模型和VCRVCR特性曲特性曲线2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第6页，本讲稿共60页1.1.1 1）端）端电压为确定的确定的值且与流且与流过的的电流无关。流无关。直流直流电压源的源的电压 是常数，是常数，VCRVCR曲曲线如如图2-1-4(b)2-1-4(b)所示。所示。电

5、压源有如下特点：源有如下特点：2 2）流）流过电压源的源的电流是任意的，就是流是任意的，就是说流流过电压源的源的电流由与它相流由与它相连的外的外电路决定。路决定。3 3）电压源不能短路，因源不能短路，因为短路短路时电流流为无无穷大，大，这是不允是不允许的。的。2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第7页，本讲稿共60页1.1.2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第8页，本讲稿共60页1 1.例例2-1-1 2-1-1 一个一个单回路回路电路如路如图2-52-5所示，已知所示，已知求回路求回路电流及流及电压图图2-1-5 2-1-5 例例题2-1-12-1-1图图2-1 2

6、-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第9页，本讲稿共60页1.1.解：解：设回路回路电流流 的参考方向和各的参考方向和各电阻的阻的电压参考极性如参考极性如图2-1-52-1-5所示，根据所示，根据KVLKVL可得：可得：由欧姆定律有由欧姆定律有 将式（将式（2-42-4）代入（）代入（2-32-3）得）得 （2-1-32-1-3）（2-1-42-1-4）2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第10页，本讲稿共60页1.1.(i i为正正值说明明实际方向与参考方向一致）根方向与参考方向一致）根据上据上图所所标极性，沿右半回路极性，沿右半回路计算算若沿左若沿左边路径路径计算，算，结果也

7、一果也一样，这说明明电压与与计算路径无关。算路径无关。为正正值，说明明a a点点电位高于位高于b b点点电位位2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第11页，本讲稿共60页1.1.例例2-1-22-1-2电路中某段含源支路路中某段含源支路如如图2-1-62-1-6所示所示求求电流流已知已知图图2-1-6 2-1-6 例例题2-1-22-1-2图图2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第12页，本讲稿共60页1.1.图图2-1-72-1-7解：解：先先标注各注各电阻上阻上电压的参考极性，的参考极性，如如图2-1-72-1-7所示，列写所示，列写KVLKVL方程方程为：2-1

8、2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第13页，本讲稿共60页1.1.图图2-1-82-1-8若若对电阻上阻上电压的参考极性的参考极性换一种一种设法，法，如如图2-1-82-1-8所示所示 则有：有：两次两次计算算结果相同。果相同。说明参考极性是可以明参考极性是可以随意随意设定的，但无定的，但无论怎怎样设定，并不影响最定，并不影响最终结果。果。2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第14页，本讲稿共60页1.1.图图2-1-9 2-1-9 理想理想电流源流源电路模型和路模型和VCRVCR特性曲特性曲线图 理想理想电流源流源简称称电流源流源，是能，是能输出恒定出恒定电流流值或或电流是

9、一定流是一定时间函数的二端元件，函数的二端元件，是光是光电池和某些池和某些电子子电路路实现的的实际电流源流源的理想模型。的理想模型。电流源的符号和流源的符号和VCRVCR曲曲线如如图2-2-1-9(a),(b)1-9(a),(b)所示。所示。2.2.电流源流源2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第15页，本讲稿共60页1.1.2 2）电流源的端流源的端电压是任意的，或者是任意的，或者说由与由与它相它相连的外部的外部电路决定。路决定。3 3）电流源两端不能开路，因流源两端不能开路，因为开路开路时电流流源端源端电压为无无穷大，大，这不允不允许。电流源的特性：电流源的特性：1 1）电流源

10、的流源的输出出电流与端流与端电压无关。即无关。即电流流源的源的电流流值不受外不受外电路影响。路影响。2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第16页，本讲稿共60页VCR：开路电压：开路电压：短路电流：短路电流：2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第17页，本讲稿共60页1 1.图图2-1-10 2-1-10 例例2-1-32-1-3图图例例2-1-32-1-3计算算图2-1-102-1-10电路中路中电阻两端阻两端电压，电流源的端流源的端电压及及电流源和流源和电压源吸收的功源吸收的功率。率。2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第18页，本讲稿共60页1.1.解

11、：解：R R与与电流源串流源串联，其，其电流即流即为电流源的流源的电流流再由再由KVLKVL得：得：电压源吸收的功率源吸收的功率为：电流源吸收的功率流源吸收的功率为：功率功率为负，说明明电流源供出功率。流源供出功率。功率功率为正，正，说明明电压源吸收功率。源吸收功率。2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第19页，本讲稿共60页1.1.通过上面例题可以看到，在电路中，独立源的通过上面例题可以看到，在电路中，独立源的功率可正可负，功率可正可负，独立源吸收功率；独立源吸收功率；则独立源供出功率。则独立源供出功率。2-1 2-1 电阻元件与独立源阻元件与独立源 第20页，本讲稿共60页1.

12、1.2-2 2-2 等效二端网等效二端网络 所所谓二端网二端网络，是指网，是指网络只有两个端只有两个端钮与外与外电路相路相联接。接。等效等效的概念：的概念：设有两个二端网有两个二端网络 ，如如图2-2-12-2-1所示，若两个网所示，若两个网络对外表外表现出的出的电流和流和电压的伏安关系完全相同，的伏安关系完全相同，则两个二端两个二端网网络是等效的。是等效的。图图2-2-1 2-2-1 等效概念示意等效概念示意图第21页，本讲稿共60页1.1.注意：注意：等效概念是等效概念是对外部外部电路而言，即路而言，即对外等外等效，也就是效，也就是说，对于任一外于任一外电路路M M，这两个不同的二端网两个

13、不同的二端网络具有完全相同的作用。具有完全相同的作用。2-2 2-2 等效二端网等效二端网络第22页，本讲稿共60页1.1.图图2-2-2 2-2-2 电阻的串阻的串联等效示意等效示意图一、电阻的串联一、电阻的串联 (2-2-1)(2-2-1)与与 等效。式等效。式2-2-12-2-1就是就是电阻的串阻的串联等效公式。等效公式。是是 串串联的等效的等效电阻。阻。2-2 2-2 等效二端网等效二端网络第23页，本讲稿共60页1.1.串串联分分压的关系：的关系：图图2-2-3 2-2-3 电阻的串阻的串联分分压关系示意关系示意图 各分各分电压的比等于各的比等于各分分电阻之比，即阻之比，即(2-2-

14、2)(2-2-2)2-2 2-2 等效二端网等效二端网络第24页，本讲稿共60页1 1.图图2-2-4 2-2-4 电阻的并阻的并联等效示意等效示意图 二、电阻的并联二、电阻的并联若干若干电阻并阻并联如如图2-2-42-2-4所示，所示，总等效等效电导为：2-2 2-2 等效二端网等效二端网络第25页，本讲稿共60页1.1.或用或用电阻表示：阻表示：并并联电路的分流关系路的分流关系为：各分各分电流之比等于流之比等于各分各分电导之比，即之比，即图图2-2-5 2-2-5 电阻的并阻的并联分流关系示意分流关系示意图2-2 2-2 等效二端网等效二端网络第26页，本讲稿共60页1.1.例例2-2-1

15、 2-2-1 求求图2-2-62-2-6混混联电阻网阻网络的等效的等效电阻阻 图图2-2-6 2-2-6 混混联电路等效路等效电阻的求解示意阻的求解示意图解：解：其中2-2 2-2 等效二端网等效二端网络第27页，本讲稿共60页1.1.Y Y 网络都具有三个端子与外电路相连接。网络都具有三个端子与外电路相连接。其其结构分构分别如如图2-3-1 2-3-1（a a）(b)(b)所示。所示。图图2-3-1 2-3-1 Y/网络结构图网络结构图2-3 Y2-3 Y网络的等效变换网络的等效变换 第28页，本讲稿共60页1.1.进行进行YY等效变换，要保证变换前后三个等效变换，要保证变换前后三个对应端钮

16、中的两两相对应端钮间的对应端钮中的两两相对应端钮间的VCRVCR完全相完全相同同 。(推导过程参考推导过程参考:于歆杰编于歆杰编 P47P47)由由YY的公式为：的公式为：2-3 Y2-3 Y网络的等效变换网络的等效变换 第29页，本讲稿共60页1.1.由由 Y Y的公式为：的公式为：2-3 Y2-3 Y网络的等效变换网络的等效变换 第30页，本讲稿共60页1 1.则由上述则由上述YY变换关系可以得到变换关系可以得到如果如果电路路对称，有称，有2-3 Y2-3 Y网络的等效变换网络的等效变换 第31页，本讲稿共60页1 1.例例2-3-12-3-1已知已知图2-3-32-3-3（a a）所示）

17、所示电路，求路，求 图2-3-32-3 Y2-3 Y网络的等效变换网络的等效变换 第32页，本讲稿共60页1 1.解：解：c c、b b端以右的等效端以右的等效电阻阻等效电路如图等效电路如图(b(b）所示，由）所示，由 Y Y转换得转换得(c(c）所示电路）所示电路 2-3 Y2-3 Y网络的等效变换网络的等效变换 第33页，本讲稿共60页1.1.2-4 2-4 电源的等效源的等效变换 一、电压源的等效化简一、电压源的等效化简结论：n n个串个串联的的电压源可以用一个源可以用一个电压源等效置源等效置换（替代），等效（替代），等效电压源的源的电压是相串是相串联的各的各电压源源电压的代数和。的代数

18、和。思考：电压源能否并联？第34页，本讲稿共60页结论：n n个并个并联的的电流源可以用一个流源可以用一个电流源等效置流源等效置换（替代），等效（替代），等效电流源的流源的电流是相并流是相并联的各的各电流源流源电流流的代数和。的代数和。思考：电流源能否串联？二、二、电流源的等效化流源的等效化简2-4 2-4 电源的等效源的等效变换第35页，本讲稿共60页对对于外于外电电路而言，路而言，电电压压源与任意二端网源与任意二端网络络N N并并联联都可等效都可等效为电压为电压源本身。源本身。三、三、电压源与二端网源与二端网络N N并并联，电流源与二端网流源与二端网络N N串串联对于外于外电路而言，路而言

19、，电流流源与任意二端网源与任意二端网络串串联的的等效等效电路就是路就是电流源本身流源本身 。2-4 2-4 电源的等效源的等效变换第36页，本讲稿共60页如果如果则二者等效则二者等效四、实际电压源和电流源模型的等效互换四、实际电压源和电流源模型的等效互换2-4 2-4 电源的等效源的等效变换第37页，本讲稿共60页例：将如图所示二端口网络化为最简形式。例：将如图所示二端口网络化为最简形式。解：解：2-4 2-4 电源的等效源的等效变换第38页，本讲稿共60页2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析 一、受控一、受控电源源 受控源受控源，又称，又称非独立源非独立源。受

20、控。受控电源的源的电压或或电流要受流要受电路中某一支路的路中某一支路的电压或者或者电流控流控制。受控源是一种具有制。受控源是一种具有输入端和入端和输出端两个端出端两个端口的双口四端子元件。口的双口四端子元件。受控源包含两条支路，一条是控制支路，受控源包含两条支路，一条是控制支路，另一条另一条为受控支路，受控支路的受控支路，受控支路的输出出电压或或电流要受到控制支路的流要受到控制支路的电压或或电流的控制。流的控制。实际中的晶体管、中的晶体管、场效效应管、运算放大器、管、运算放大器、变压器等，器等，这类器件的器件的电路模型中要用到受控路模型中要用到受控源。源。第39页，本讲稿共60页例：三极管电路

21、及其受控电源模型例：三极管电路及其受控电源模型2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第40页，本讲稿共60页VCVS(Voltage Controlled Voltage Source)CCVS(Current Controlled Voltage Source)电压比系数电压比系数转移电阻转移电阻2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第41页，本讲稿共60页VCCS(Voltage Controlled Current Source)CCCS(Current Controlled Current Source)电流比系数电流比系数转

22、移电导转移电导2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第42页，本讲稿共60页几点几点说明明 受受控控源源与与独独立立源源有有本本质的的区区别。独独立立源源的的电压或或电流流是是独独立立存存在在的的，而而受受控控源源的的电压或或电流流受受电路路中中某某些些量量的的控控制制，控控制制量量消消失失，则受控源也不存在。受控源也不存在。在分析在分析电路路时，通常先把受控源看作独立源，通常先把受控源看作独立源对待，并将控制量代入。受控源和独立源不能待，并将控制量代入。受控源和独立源不能等效互等效互换。2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第43页

23、，本讲稿共60页二、含受控源二、含受控源电路的分析路的分析 例例2-5-12-5-1电路如路如图2-5-32-5-3所示，求所示，求电压源源电压 及受控源的功率。及受控源的功率。图图2-5-3 2-5-3 例例题2-5-12-5-1图图2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第44页，本讲稿共60页解：由解：由图可知，可知，电路中的受控源是一个路中的受控源是一个电流控流控制的制的电流源。欲求受控源的功率，流源。欲求受控源的功率，须求求电压u u和和电流流i i。根据根据KVL,KVL,有有2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第45页，

24、本讲稿共60页受控源吸收的功率受控源吸收的功率为 功率功率为负值，说明受控源向外供出功率。明受控源向外供出功率。此此处，受控源属于有源元件。但要注意的是，受控源属于有源元件。但要注意的是，受控源供出的能量是从受控源供出的能量是从别处独立独立电源源处获得得的。的。2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第46页，本讲稿共60页例例2-5-2 2-5-2 电路如图电路如图2-5-42-5-4所示，求所示，求1 11 1端端的输入电阻。的输入电阻。图图2-5-4 2-5-4 2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第47页，本讲稿共60页解：不

25、含独立源的二端网解：不含独立源的二端网络N N，如，如图2-5-52-5-5所示，所示，输入入电阻阻 等于其端等于其端电压u u与与端端电流流i i的比的比值，即，即（2-5-1）图图2-5-5 2-5-5 输入入电阻阻定定义图依据上述原理，求依据上述原理，求图2-5-42-5-4输入入电阻，阻，对图2-5-42-5-4进行等效行等效变换，得到得到图2-5-62-5-62-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第48页，本讲稿共60页图图2-5-62-5-6根据根据KCLKCL、KVLKVL有以下有以下关系：关系：即：即：2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受

26、控源电路的分析路的分析第49页，本讲稿共60页整理得整理得2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第50页，本讲稿共60页例例2-5-3 2-5-3 电路如路如图2-5-72-5-7（a a）所示）所示,求求 a ba b端等端等效效电阻。阻。解：解：设a ba b端端电压、电流流为u u、i i如如图所示所示,图图2-5-72-5-7（a a）等效）等效为图2-5-72-5-7（b b）。）。图图2-5-72-5-72-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第51页，本讲稿共60页根据根据KVLKVL有有得得等效等效电路如路如图2-5-7

27、2-5-7（c c）所示。）所示。说明含明含有受控源的有受控源的电阻网阻网络可以等效可以等效为电阻。阻。2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第52页，本讲稿共60页例例2-5-4 2-5-4 若将上若将上图2-5-72-5-7（a a）受控源改）受控源改变方向，方向，如如图2-5-82-5-8（a a）所示，再求）所示，再求a ba b端等效端等效电阻。阻。图图2-5-82-5-82-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第53页，本讲稿共60页解：解：图2-5-82-5-8（a a）等效）等效为图2-5-82-5-8（b b）可可见，

28、含有受控源的，含有受控源的电阻网阻网络可以等效可以等效为负电阻，阻，说明受控源是有源元件，可以明受控源是有源元件，可以对外外电路供出能量。路供出能量。2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第54页，本讲稿共60页归纳含受控源含受控源电路的分析方法路的分析方法:1.1.当受控源是当受控源是线性元件性元件时，线性性电路的分路的分析方法适合含受控源析方法适合含受控源电路。路。2.2.受控受控电压源与受控源与受控电流源可以按独立流源可以按独立电压源、源、电流源等效互流源等效互换的方法的方法进行互行互换，但互但互换过程中不能把控制量化除掉。程中不能把控制量化除掉。2-5 2

29、-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第55页，本讲稿共60页3.3.受控源与独立源不能互受控源与独立源不能互换，因，因为受控源不受控源不能独立向能独立向电路供路供电。4.4.受控源和受控源和电阻构成的二端网阻构成的二端网络，可用等，可用等效效电阻替代。阻替代。该等效等效电阻可能阻可能为负，表明，表明受控源是有源元件，供出能量。受控源是有源元件，供出能量。2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第56页，本讲稿共60页例例2-5-52-5-5化化简图2-5-92-5-9（a a）电路，路，解：解：设端口端口电压、电流流为 ，将，将图2-5-92-

30、5-9（a a）等效）等效为图2-5-92-5-9（b b）。）。（b）（a）图图2-5-9 2-5-9 2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第57页，本讲稿共60页 将式将式、代入代入 得得 2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第58页，本讲稿共60页由上式画出最由上式画出最简电路路,如如图2-5-92-5-9（c c）所示）所示 。图图2-5-92-5-9（c c）2-5 2-5 受控受控电源及含受控源源及含受控源电路的分析路的分析第59页，本讲稿共60页小结小结电阻元件和独立源电阻元件和独立源(电压源、电流源）；电压源、电流源）；电阻串并联、等效的概念；电阻串并联、等效的概念；Y变换；变换；电压源、电流源等效变换；电压源、电流源等效变换；四种受控源；受控源电路分析。四种受控源；受控源电路分析。第60页，本讲稿共60页