《电工技术 教学课件 ppt 作者 牛百齐 第2章 电路的分析方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术 教学课件 ppt 作者 牛百齐 第2章 电路的分析方法（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 电路的分析方法,学习目标 理解电压源和电流源的概念。 掌握电压源和电流源的特性及其等效变换。 熟练应用支路电流法分析计算电路。 掌握应用叠加原理分析线性电路的方法。 掌握应用戴维南定理分析和计算电路方法。,2.1 电压源与电流源的等效变换,电源是向电路提供电能或电信号的装置，常见的电源有发电机、蓄电池、稳压电源和各种信号源等。 电源的电路模型有两种表示形式：一种是以电压的形式来表示，称为电压源；另一种是以电流的形式来表示，称为电流源。,2.1.1电压源,1电压源 电压源就是能向外电路提供电压的电源装置，图2-1线框内电路表示一直流电压源的模型。假如用U表示电源端电压，I表示负载电流，则
2、由图2-1电路可得出如下关系 （2-1） 此方程称为电压源的外特性方程。,由此方程可作出电压源的外特性曲线，如图2-2所示,2理想电压源,当RS =0时，端电压U恒等于US，是一定值。这样的电源称为理想电压源或恒压源。 其电路模型如图23所示。它的外特性曲线是与横轴平行的一条直线。,实际中，RS=0是不现实的，如果一个电源的内阻远小于负载电阻，即RSRL时，则内阻压降RSIUS ，于是UUS 负载端电压基本恒定不变，可以认为是理想电压源。通常用的稳压电源可认为是一个理想电压源。,2.1.2 电流源,1电流源 实际电源还可以用另外一种电路模型表示，如将式两端除以R0，则得 （2-2）,电流源的外
3、特性方程。 由此方程可得电流源外特性曲线,2理想电流源,当 时，电流I恒等于电流IS，是一定值，而其两端的电压U是由外电路决定的。这样的电源称为理想电流源或恒流源。 外特性曲线是与纵轴平行的一条直线。,2.1.3电压源与电流源的等效变换,1等效变换方法 同一个实际电源可以用两种不同形式的电路模型，相对于外电路而言，由于它们的伏安特性是相同的，所以对负载来说，这两个电源是相互等效的，它们之间可以互变。,因为对外接负载来说这两个电源提供的电压和电流完全相同 可得 比较 可得,因此，一个恒压源US与内阻R0串联的电路可以等效为一个恒流源IS与内阻RS并联的电路。如图2-9所示。 图2-9 电压源与电
4、流源的等效变换,2注意事项,(1)在电压源和电流源等效过程中，两种电路模型的极性必须一致。 (2)电压源与电流源的等效关系是对外电路而言的，对电源内部，则是不等效的。 (3)理想电压源与理想电流源之间没有等效关系，不能等效变换。 因为对理想电压源讲，其短路电流无穷大；对理想电流源讲，其开路电压为无穷大，都不能得到有效数值，故两者之间不存在等效变换条件。,【例2-1】如图2-10所示,已知US=8V, RS=2试将电压源等效变换为电流源。,解：根据电压源和电流源等效变换关系，可得等效电流源的电流为 故将电压源等效变换为图2-11所示电流源，图中电流源电流方向向上。,【例2-2】将如图2-12所示
5、的各电源电路分别进行简化。,解：理想电压源与任何一条支路并联后，其两端电压仍然等于理想电压源电压，故其等效电源为理想电压源。理想电流源与任何一条支路串联后，其电流等于理想电流源电流，故其等效电源为理想电流源。 所以，题图2-12中a、b、c、d电路分别等效为图2-13电路中a、b、c、d电路。,3几个结论 (1)理想电压源与理想电流源串联，理想电压源无用。 (2)理想电压源与理想电流源并联，理想电流源无用。 (3)电阻与理想电流源串联，等效时电阻无用。 (4)电阻与理想电压源并联，等效时电阻无用。,【例2-3】如图2-14所示，用电源等效变换法求流过负载的电流I。,图2-15 例2-3电源等效
6、变换过程,2.2支路电流法,1支路电流法 支路电流法就是以支路电流为变量，根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，列出节点电流方程和回路电压方程，求解支路电流的方法。支路电流法是分析电路最基本的方法之一。,2支路电流法的解题步骤,支路电流法的解题步骤 1）确定支路数，标出支路电流的参考方向。 图中有3条支路，各支路电流参考方向如图219所示。,2）确定节点个数，列出节点电流方程式。 节点b： 节点d： 此两节点电流方程只差一个负号，所以只有一个方程是独立的，即有一个独立节点。 一般来说，如果电路有n个节点，那么它能列出n-1个独立节点电流方程。,3.确定回路数，列回路电压方程。 电路有3个回路
7、，根据基尔霍夫电压定律可列出如下方程： 回路abda的电压方程为 回路bcdb的电压方程为 回路acda的电压方程为 在上面3个回路电压方程中，只有两个独立方程，也称为有两个独立回路。,在选择回路时，若包含其他回路电压方程未用过的新支路，则列出的方程是独立的。一般直观的办法是按网孔列电压方程。 可见，对于n个节点b条支路的电路，可列出（n-1）个独立节点电流方程，（b-n+1）个独立回路电压方程。 4.联立独立方程，求解支路电流。,【例24】已知US1= 10V ，US2=10V，US3=10V， R1=3，R2=1，R3=2，R4=2，R5=2试用支路电流法求电路中各支路电流。 解：1）在电
8、路图上标出各支路电流的参考方向，选取绕行方向。,2）选节点a为独立节点，列KCL方程 3）选网孔为独立回路，回路方向如图，列KVL方程 4）联立方程并整理得,5）解方程得 I3是负值，说明电阻上的实际电流方向与所选参考方向相反。,思考与练习,2-2-1 电路如图2-21所示，已知R1=3、R2=6、US=9V、IS=6A，求各支路的电流I1和I。 2-2-2 电路如图2-22所示，求各支路的电流I1、I2和I3。,2.3 叠加原理,1线性电路 线性电路是由线性元件组成的电路。线性元件是指元件参数不随外加电压及通过其中的电流而变化，即电压和电流成正比。 2叠加原理 叠加原理指出：在线性电路中，有
9、几个电源共同作用时，在任一支路所产生的电流（或电压）等于各个电源单独作用时在该支路所产生的电流（或电压）的代数和。,3叠加原理的应用 叠加原理的应用可以用图2-23所示电路来说明。 当电压源单独作用时，电流源不作用，就在该电流源处用开路代替。如图2-23b所示，在US单独作用下，R2支路的电流为,当电流源单独作用时，电压源不作用，在该电压源处用短路代替。 在Is单独作用下，R2支路的电流为 求电源共同作用下，R2支路电流的代数和。 I =I- I= - 对I取正号，是因为它的参考方向与I的参考方向一致；对I取负号，是因为它的参考方向与I的参考方向相反。,【例2-5】电路如图2-24所示，已知
10、US1= 20V ，US2=18V， R1=10，R2=20， R3=15，R4=5。试用叠加原理求R4上的电压U4。,解：1）电压源US1单独作用时，将US2短接，计算R4产生的电压U4。 R4上的电压U4为,2）US2单独作用时，计算R4产生的电压U4 3）电压源US1、US2共同作用时，R4产生的电压U4等于 U4=U4-U4=（8-6.5）V=1.5V,4使用叠加定理时的注意事项： (1)只能用来计算线性电路的电流和电压，对非线性电路，叠加定理不适用。 (2)叠加时要注意电流和电压的参考方向，求其代数和。 (3)不能用叠加定理直接计算功率。,思考与练习,2-3-1电路如图2-25所示，
11、试用叠加原理求电流I。 2-3-2电路如图2-26所示，试用叠加原理求电流U。,2.4 戴维南定理,1二端网络 对于一个复杂的电路，有时只需计算其中某一条支路的电流或电压，此时可将这条支路单独划出，而把其余部分看作一个有源二端网络。 所谓有源二端网络，就是指具有两个出线端的内含独立电源的部分电路。不含独立电源的二端网络则称为无源二端网络。,2戴维南定理 任何一个线性有源二端网络对外电路的作用都可以变换为一个电压源模型，该电压源模型的理想电压源电压US等于有源二端网络的开路电压，电压源模型的内电阻等于相应的无源二端网络的等效电阻。 所谓相应的无源二端网络的等效电阻就是将有源,网络中所有的理想电源
12、均除去时网络的入端电阻。 除源的方法是：除去理想电压源，即US =0，把理想电压源所在处短路；除去理想电流源，即IS =0，把理想电流源所在处开路。,图2-27 戴维南定理,有源二端网络变换为电压源模型后，一个复杂的电路就变为一个简单的电路，就可以直接用全电路的欧姆定律，来求取该电路的电流和端电压。 由图2-27可见，待求支路中的电流为 其端电压为,3戴维南定理应用的一般步骤如下： 明确电路中待求支路和有源二端网络。 移开待求支路，求出有源二端网路的开路电压UOC 求无源二端网络的电阻。即网络内的电压源短路，电流源断路。 将有源二端网络等效为电压源模型，接入待求支路，根据全电路欧姆定律求待求电
13、流。,【例2-6】如图2-28所示，已知US1= 14V ，US2=9V， R1=20，R2=5， R3=6，求R3电阻上的电流。 解：1）在图2-28a中，R3所在支路为待求支路，其余部分为二端网络。,2）求有源二端网路的开路电压UOC 3）求无源二端网络的电阻R0。如图2-28c所示,4）根据全电路欧姆定律求待求电流。,【例2-7】电路如图2-29所示，RL可调，求RL为何值时，它吸收的功率最大？并计算这个出这个最大功率。,解：先分析电路中负载获得最大功率的条件 由数学推导得最大功率的条件为 即当负载电阻等于电源内阻时，负载获得的功率最大。负载获得的最大功率为,思考与练习,2-4-1电路如图2-32所示，试用戴维南定理求电路电流I。 2-4-2电路如图2-33所示，试用戴维南定理求电路电压U。,
