《电工与电子技术 教学课件 ppt 作者 孙立坤 等 第1章 电路与电路分析基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工与电子技术 教学课件 ppt 作者 孙立坤 等 第1章 电路与电路分析基础（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电工与电子技术,主编,第1章 电路与电路分析基础,1.1 电路及电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 电路中的电阻 1.4 电路的工作状态 1.5 电流源和电压源及其等效变换 1.6 基尔霍夫定律 1.7 电路的基本分析方法,1.1 电路及电路模型,1.1.1 电路及组成 把一些元器件或电气设备按一定的方式，通过中间线路连接起来构成的电流通路称为电路。 1.1.2 电路模型 电路中的元件所表现的电磁特性和能量转换特征一般比较复杂。,图1-1 晶体管放大电路,1.2 电路的基本物理量,1.2.1 电流 在电场力的作用下，电荷有规则地定向移动形成了电流。,图1-2 电流的方向,1.2.2 电
2、压 电压是反映电场力做功能力的物理量。,1.2 电路的基本物理量,图1-3 电压的方向,1.2.3 电动势 电动势反映了电源把其他形式的能量转换为电能本领的大小。,1.2 电路的基本物理量,图1-4 锂电池,1.2 电路的基本物理量,图1-5 质子交换膜结构燃料电池,1.2.4 电流、电压的参考方向,1.2 电路的基本物理量,在分析和计算较复杂的电路时，对于某一段电路或某一元件，流过其中的电流的实际方向或其两端电压的实际方向往往很难判断，因此引入了参考方向。,图1-6 电流的实际方向与参考方向,1.2 电路的基本物理量,图1-7 电压的实际方向与参考方向,1.2 电路的基本物理量,图1-8 例
3、1-1图,例1-1 电路如图1-8所示，已知E1=6V，E2=4V，R1=4，,1.2 电路的基本物理量,R2=2。如果以B点为参考点，求A、C点电位。 解：各电阻中电流的参考方向如图1-8所示。通过观察，R1、R2、E1形成一个简单的串联回路，R3没有形成回路。以B点为参考点，则有,1.3 电路中的电阻,1.3.1 电阻元件 电阻表示导体对电流阻碍作用的大小。,图1-9 常用电阻实物图,图1-10 常用电阻的图形符号,1.3 电路中的电阻,图1-11 热敏电阻外形,1.3.2 欧姆定律与电阻的串并联,1.3 电路中的电阻,1.一段电路的欧姆定律,图1-12 一段含有电阻的电路,1.3 电路中
4、的电阻,图1-13 线性元件的伏安特性曲线,2.全电路欧姆定律,1.3 电路中的电阻,3.电阻的串联、并联 1)电阻串联的基本特点：电路中流经各电阻的电流都相等；电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和；电阻串联后的总电阻等于各串联电阻的阻值之和。 2)电阻并联的基本特点：电路中各并联电阻的电压相等；电路中的总电流等于流经各并联电阻的电流之和；电阻并联后总电阻的倒数等于各并联电阻阻值的倒数之和。 1.3.3 导体材料及电阻 在一定的温度下，导体材料本身的性质决定了导体的电阻值的大小，电阻定律反映了这个特点，即 1.3.4 远距离输电及线路功率损耗,1.3 电路中的电阻,我国的远距离输电一般采用
5、铝线，长距离架空线路用强度高、质量轻的钢芯铝绞线。 例1-2 一组额定电压为220V的照明负载，额定总功率为10kW，负载距电源1km。考虑距离较远，线路电压降增大，应适当增大导线截面积，所以选用了截面积为50mm2的铝芯双芯电缆，求线路电压降和功率损耗(铝的电阻率是0.0265mm2/m)。 解：线路电阻为RL=2L/A=20.02651000/50=1.06,图1-14 线路的功率损耗,1.3 电路中的电阻,1.超导电力系统 2.超导磁共振成像仪 3.超导量子干涉器件(SQUID),1.4 电路的工作状态,图1-15 简单直流电路的工作状态,1.4.1 有载 在图115a中，当开关S闭合时
6、，电源与负载形成通路，负载中有电流流过，电源向负载提供能量，此时就称电路处于有载工作状态，简称有载。 1.4.2 短路,1.4 电路的工作状态,在图115b中，由于某种原因，电源两端或负载两端出现了直接接触，负载电阻为零，此时就称电路处于短路工作状态，简称短路。 1.4.3 开路 在图115c中，当开关S断开时，负载中没有电流流过，电源不向负载提供能量，此时就称电路处于开路工作状态，简称开路，也称断路或空载。,图1-16 实验方法测定电源电动势,1.4 电路的工作状态,图1-17 电源的外特性,1.4 电路的工作状态,图1-18 例1-3图,例1-3 如图1-18所示，电源的电动势E=6V，,
7、1.4 电路的工作状态,电源的内阻R0=0.2，闭合开关S，当负载电阻分别为RL11.8、RL0、RL时，求电流表的电流I、负载电阻两端的电压U、电源的内压降U0各为多大？ 解：根据全电路欧姆定律可知： (1)当RL11.8时，电路处于有载状态，此时有: (2)当RL0时，电源内阻一般比较小，电路处于短路状态，此时有: (3)当RL时，电路处于开路状态，此时有:,1.5 电流源和电压源及其等效变换,1.5.1 电压源与电流源 一个实际的电源可以建立不同的电源模型。,图1-19 理想电压源和理想电流源的外特性,1.5 电流源和电压源及其等效变换,图1-20 实际电源的电压源模型和电流源模型,1.
8、5 电流源和电压源及其等效变换,图1-21 电压源和电流源的外特性曲线,1.5.2 电压源与电流源的等效变换,1.5 电流源和电压源及其等效变换,一个实际电源可以用电压源或电流源表示，对于同一个负载而言，如果提供的电压、电流和能量都相同，则两种电源模型对此负载的作用是等效的，电压源和电流源互为等效电源。 例1-4 画出图1-22所示电路的等效电源模型。,图1-22 例1-4图,解：(1)图1-22a为一电压源，可以等效为一电流源。由式(1-24)可得：,1.5 电流源和电压源及其等效变换,(2)图1-22b为一电流源，可以等效为一电压源。,图1-23 例1-4a、b题解图,(3)图1-22c为
9、一个电压源和一个电流源的并联。,1.5 电流源和电压源及其等效变换,图1-24 例1-4c题的等效变换过程,例1-5 用电压源与电流源的等效变换，求图1-25a中负载电阻RL中的电流。,1.5 电流源和电压源及其等效变换,图1-25 例1-5图,解：经过电压源与电流源的多次变换，图1-25a可以简化为图1-25d，根据全电路欧姆定律，RL中的电流为,1.6 基尔霍夫定律,1.6.1 几个基本概念,图1-26 电路结构举例,1.6 基尔霍夫定律,1.6.2 基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律（KCL）反映的是与任一节点相关联的所有支路电流之间的关系。,图1-27 KCL的推广应 用广义节点,1.
10、6 基尔霍夫定律,1.6.3 基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律（KVL）反映的是电路回路中的各部分电压之间的关系。 例1-6 如图1-29所示，已知R1=2，R2=4，R3=3，R4=6，US1=12V，US2=18V，求回路acdb的开路电压Uab。,图1-28 KVL的推广应用广义回路,1.6 基尔霍夫定律,图1-29 例1-6图,解：回路和回路各自形成回路，设回路电流分别为I1、I2。,1.7 电路的基本分析方法,1.7.1 支路电流法,图1-30 支路电流法,1.7 电路的基本分析方法,1)假设各支路电流为I1、I2、I，参考方向如图1-30所示。 2)根据KCL列出节点电流方程。
11、3)根据KVL列出回路电压方程。 4)将式(1-29) 、(1-31)、(1-32)组成方程组，联立求解即可得各支路电流。 例1-7 电路如图1-31所示，已知US1=6V，US2=16V，IS=2A，R1=R2=R3=2，试求各支路电流I1、I2、I3、I4和I5。 解：由KCL和KVL 列出节点电流方程和回路电压方程:,图1-31 例1-7图,1.7 电路的基本分析方法,解方程得：I1-6A，I21A，I34A，I45A，I57A 1.7.2 叠加定理 叠加定理是反映线性电路基本性质的一条重要原理，可以表述为：在线性电路中，如果有多个电源同时作用，那么任何一条支路的电流或电压，等于电路中各
12、个电源单独作用时对该支路所产生的电流或电压的代数和。 例1-8 已知US=12V，IS=6A，R1=R3=1，R2=R4=2，应用叠加定理，求图1-32所示电路中支路电流I。,图1-32 例1-8图,1.7 电路的基本分析方法,解：图1-32a、b、c中支路电流I的总量和分量参考方向一致，求分量代数和时各分量均取正值。根据叠加定理分别求出I和I。 1.7.3 节点电压法 节点电压法是以电路中的节点电压为未知量求解支路电流的方法，对支路多、节点少的电路，计算过程尤为简便。,图1-33 节点电压法,1.7 电路的基本分析方法,图1-34 例1-9图,例1-9 已知US1=12V，US2=18V，I
13、S=1A，R1=1，R2=3，,1.7 电路的基本分析方法,R3=6，R4=15。用节点电压法，求图1-34所示电路的各支路电流I1、I2、I4。 解：选取节点B为参考点，由式(1-34)可得： 1.7.4 戴维南定理 在电路分析中，经常遇到只需要计算电路中某一支路的电流，如果用支路电流法或节点电压法，列方程就会引出不必求解的电流，使计算过程反而变得很麻烦。,图1-35 有源二端网络,1.7 电路的基本分析方法,图1-36 戴维南等效电路,例1-10 已知US1=10V，US2=6V，R1=1，R2=3，R3=6，,1.7 电路的基本分析方法,R=16。应用戴维南定理，求图1-35a中的支路电
14、流I。 解：只要求出戴维南等效电路的电动势US和内阻R0，就能求出任意负载中的电流。,图1-37 例1-10图,例1-11 用戴维南定理计算图1-38中的电流I。 解：将待求支路取出，得到图1-38b所示有源二端网络，开路电压U0就是4电阻的端电压，即,1.7 电路的基本分析方法,图1-38 例1-11图,本 章 小 结,1.7 电路的基本分析方法,1.电路的基本概念：从结构上看，电路由电源、中间电气元件、导线、负载四部分组成。 2.电路的工作状态：包括有载、短路、开路三种。 3.电路中的电阻：导体电阻的客观存在，使电能的线路损耗成为不容忽视的问题，减小线路损耗的方法有增大导线截面、减小线路电
15、流、运用新型材料等。 4.电路的基本定律：一段电路欧姆定律为I=U/R；全电路欧姆定律为I=E/(R+R0)；基尔霍夫定律为I=0，U=0。 5.电路分析的基本方法: 1)电压源与电流源等效变换：变换关系为，R0保持不变，ISUS/R0。,1.7 电路的基本分析方法,2)支路电流法：以各支路电流为未知量，根据KCL列出n1个独立的节点电流方程，根据KVL列出b(n1)个独立的回路电压方程，然后解联立方程组即可求出各支路电流。 3)叠加定理：在多个电源作用的线性电路中，任一支路电流或电压等于由各个电源单独作用时对该支路所产生的电流或电压的代数和。 4)节点电压法：是以节点电压为未知量求解支路电流，适用于多支路少节点的电路。 5)戴维南定理：任何一个线性有源二端网络，可以用电压源来等效替换开路电压等于电动势US、内阻R0等于有源二端网络内部包含的所有电源输出为零后的等效电阻。 习题与思考题,1.7 电路的基本分析方法,(1)试确定其他各元件的正方向。 (2)若U26V、U38V、U412V，确定其他各元件的端电压。,图1-39 题1-3图,1.7 电路的基本分析方法,图1-40 题1-4图,1.7 电路的基本分析方法,图1-41 题1-5图,1.7 电路的
