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1、海南风光第1章 电路的根本概念与定律第第1讲讲第2章 电路的分析方法欢迎学习欢迎学习1. 掌握电路的根本原理及分析方法掌握电路的根本原理及分析方法, 为学习电子技术打下根底。为学习电子技术打下根底。2. 学习交流电路的根本原理，掌握正确及学习交流电路的根本原理，掌握正确及 平安用电方法，培育任务技艺。平安用电方法，培育任务技艺。 3. 学习电动机的根本原理和控制技术。学习电动机的根本原理和控制技术。4. 经过实验经过实验, 学习各种实验室常规电子仪器学习各种实验室常规电子仪器 的运用方法的运用方法, 锻炼电工方面的动手才干。锻炼电工方面的动手才干。第第1 1章章 电路的根本概念与定律电路的根本
2、概念与定律1.1 1.1 电路中的物理量电路中的物理量1.2 1.2 电路元件电路元件1.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 2.1 2.1 电压源和电流源的等效互换电压源和电流源的等效互换 2.2 2.2 支路电流法支路电流法第第2 2章章 电路的分析方法电路的分析方法1.1 1.1 电路的作用电路的作用 为了某种需求由某些电气设备或器为了某种需求由某些电气设备或器件按一定方式衔接组合起来，构成电流件按一定方式衔接组合起来，构成电流的通路，这种通路称为电路的通路，这种通路称为电路强电电路：电能的传输和转换，电压较高强电电路：电能的传输和转换，电压较高弱电电路：传送信号，电压较低，电流和弱电
3、电路：传送信号，电压较低，电流和功率较小功率较小电路中的物理量电池池灯灯泡泡电流电流电压电压电动势电动势EIRU+_电源电源负载负载电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的正方向：物理量的正方向：实践正方向实践正方向假设正方向假设正方向实践正方向：实践正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向参考正方向：假设正方向参考正方向： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。物理量的实践正方向物理量的实践正方向物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法电池池灯灯泡泡Uab_+正负号正负号abUab高电位在前， 低电位在后 双下标双下标
4、箭箭 头头Uabab电压电压+-IR电流：从高电位电流：从高电位 指向低电位。指向低电位。IRUabE+_abU+_物理量正方向的表示方法物理量正方向的表示方法IRUab+_abU+_电压的正方向箭的正方向箭头和正和正负号是等价的号是等价的,只用其中之一只用其中之一.IRUababU电路分析中的假设正方向参考方向电路分析中的假设正方向参考方向问题的提出：在复的提出：在复杂电路中路中难于判于判别元件中物理量元件中物理量 的的实践方向，践方向，电路如何求解？路如何求解？电流方向流方向AB？电流方向流方向BA？U1ABRU2IR(1) 在解在解题前先前先设定一个正方向，作定一个正方向，作为参考方向；
5、参考方向；处理方法处理方法(3) 根据根据计算算结果确定果确定实践方向：践方向： 假假设计算算结果果为正，那么正，那么实践方向与假践方向与假设方向一致；方向一致； 假假设计算算结果果为负，那么，那么实践方向与假践方向与假设方向相反。方向相反。(2) 根据根据电路的定律、定理，列出物理量路的定律、定理，列出物理量间相互关相互关 系的代数表达式；系的代数表达式；规定正方向的情况下欧姆定律的写法规定正方向的情况下欧姆定律的写法I与与U的方向一致的方向一致关关联参考方向参考方向U = IRaIRUbI与与U的方向相反的方向相反非关非关联参考方向参考方向U = IRaIRUb规定正方向的情况下电功率的写
6、法规定正方向的情况下电功率的写法功率的概念：功率的概念：设电路恣意两点路恣意两点间的的电压为 U ,流流入此入此 部分部分电路的路的电流流为 I， 那么那么这部分部分电路耗路耗费的的功率功率为:IUP =假设假设U I方向不一方向不一致写法如何？致写法如何？电压电流正方向一致流正方向一致aIRUb规定正方向的情况下电功率的写法规定正方向的情况下电功率的写法aIRUb电压电流正方向相反流正方向相反P = UI功率有正负？功率有正负？吸收功率或耗吸收功率或耗费功率起功率起负载作用作用假假设 P 0输出功率起出功率起电源作用源作用假假设 P P 0 0电阻耗阻耗费功率一定功率一定为正正电源的功率能源
7、的功率能够为正吸收功率，正吸收功率，也能也能够为负输出功率出功率功率有正负功率有正负电源的功率电源的功率IUab+-P = UIP = UIIUab+-电压电流正方向不一致流正方向不一致电压电流正方向一致流正方向一致含源网络的功率含源网络的功率IU+-含源含源网络网络P = UI电压电流正方向一致电压电流正方向一致P = UI电压电流正方向不一致电压电流正方向不一致IU+-含源含源网络网络 当当 计算的计算的 P 0 P 0 时时, , 那么阐明那么阐明 U U、I I 的实的实践方向一致，此部分电路耗费电功率，为负载。践方向一致，此部分电路耗费电功率，为负载。 所以，从所以，从 P P 的的
8、 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。结结 论论在进展功率计算时，假设假设在进展功率计算时，假设假设 U U、I I 正方向一致。正方向一致。 当计算的当计算的 P 0 P 0 时时, , 那么阐明那么阐明 U U、I I 的实践的实践方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。伏伏 - 安安 特性特性iuRiuui线性性电阻阻非非线性性电阻阻( (一一) ) 无源元件无源元件1. 1. 电阻电阻 R R常用单位：常用单位：、k、M 1.2 1.2 电路元件电路元件2.2.电感电感 L L：u
9、i单位：位：H, mH, H单位位电流流产生的磁生的磁链线圈线圈匝数匝数磁通磁通电感中电流、电压的关系电感中电流、电压的关系当当 (直流直流) 时时,所以所以,在直流电路中电感相当于短路在直流电路中电感相当于短路.ue ei+3.3.电容电容 C C单位电压下存储的电荷单位电压下存储的电荷单位：单位：F, F, pF+ +- - - -+q-qui电容符号容符号有极性有极性无极性无极性+_电容上电流、电压的关系电容上电流、电压的关系当当 (直流直流) 时时,所以所以,在直流电路中电容相当于断路开路在直流电路中电容相当于断路开路uiC无源元件小结无源元件小结 理想元件的特性理想元件的特性 u 与
10、与 i 的关系的关系LCRUR1R2LCR1UR2U为直流直流电压时,以上以上电路等效路等效为留意留意 L L、C C 在不同电路中的作用在不同电路中的作用1.1.电压源源( (二二) ) 有源元件有源元件主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。理想理想电压源源 恒恒压源源IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS特点：特点：(1(1无无论负载电阻如何阻如何变化，化，输出出电 压不不变 2 2电源中的源中的电流由外流由外电路决路决议，输出出功率功率 可以无可以无穷大大恒压源中的电流由外电路决议恒压源中的电流由外电路决议设: U=10VIU+
11、_abUab2R1当当R1 、R2 同同时接入接入时： I=10AR22例例 当当R1接入时接入时 ： I=5A那么：那么：RS越大越大斜率越大斜率越大电压源模型电压源模型伏安特性伏安特性IUUSUIRS+-USRLU = US IRS当当RS = 0 时，电压源模型就源模型就变成恒成恒压源模型源模型由理想由理想电压源串源串联一个一个电阻阻组成成RS称称为电源的内阻或源的内阻或输出出电阻阻理想电流源理想电流源 恒流源恒流源) )特点：特点：1输出出电流不流不变，其，其值恒等于恒等于电 流源流源电流流 IS； abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性2输出出电压由外由外电路决路决议。2. 2
12、. 电流源电流源恒流源两端电压由外电路决议恒流源两端电压由外电路决议IUIsR设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时，时， U =1 V那么那么:例例ISRSabUabIIsUabI外外特特性性 电流源模型电流源模型RSRS越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / RS由理想由理想电流源并流源并联一个一个电阻阻组成成当当 内阻内阻RS = 时，电流源模型就流源模型就变成恒流源模型成恒流源模型恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变 量量变 化化 量量U+_abIUabUab = U 常数常数Uab的大小、方向均的大小、方向
13、均为恒定，恒定，外外电路路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is 常数常数I 的大小、方向均的大小、方向均为恒定，恒定，外外电路路负载对 I 无影响。无影响。输出出电流流 I 可可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外由外电路决路决议端端电压Uab 可可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外均由外电路决路决议第第2 2章章 电路的分析方法电路的分析方法2.1 2.1 两种电源模型的等效互换两种电源模型的等效互换 等效互等效互换的条件：当接有同的条件：当接有同样的的负载时， 对外的外的电压电流相等。流相等。I = I Uab = Uab即：即：IRS+-UbaU
14、abISabUabI RS等效互换公式等效互换公式IRS+-UbaUab()RIRIRIIUSSsSsab-=-=I = I Uab = Uab假假设设Uab = U IRS 那么那么U IRS = RIRISSs-U = ISRSRS = RS UabISabIRS例：电压源与电流源的等效互换举例例：电压源与电流源的等效互换举例I2+-10VbaUab5AabI10V / 2 = 5A25A 2 = 10VU = ISRSRS = RS IS = U / RS等效变换的本卷须知等效变换的本卷须知“等效是指等效是指“对外等效等效互外等效等效互换前后前后对外伏外伏-安安特性一致，特性一致，对内不
15、等效。对内不等效。(1)IsaRSbUabI RLaUS+-bIUabRSRLIS = US / RSRS = RS 留意转换前后留意转换前后 US US 与与 Is Is 的方向的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI(3)恒压源和恒流源不能等效互换恒压源和恒流源不能等效互换abIUabIsaUS+-bI(4)进展展电路路计算算时，恒，恒压源串源串电阻和阻和恒恒电流源并流源并电阻两者之阻两者之间均可等效均可等效变换。RS和和 RS不一定是不一定是电源内阻；源内阻；(5)电压相等的相等的电压源允源允许并并联，电流流相等的相等的电流源允流源允许串串联。111R
16、UI =333RUI =R1R3IsR2R5R4I3I1I应应用用举举例例-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3(接上页接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I454RRRUUIdd+-=+RdUd+R4U4R5I-(接上页接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I3()()4432132131/RIERRRRRRRIIUSdd=+=-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入数值计算代入数值计算知：知：U1=12V， U3=16V， R1=2 ， R2=4 ， R3=4 ， R4=4 ， R5=5 ， IS=3A解得：解得：I= 0
17、.2A (负号表示号表示实践方向与假践方向与假设方向相反方向相反)-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3I4UR4+计算计算 功率功率I4 =IS+I=3 +(-0.2)=2.8AUR4 = I4 R4 =2.84=11.2VP = I UR4 =(-0.2) 11.2= - 2.24W负号表示号表示输出功率出功率R4=4 IS=3AI= 0.2A恒流源恒流源 IS 的功率的功率如何计算如何计算 ?PIS= - 33.6W10V+-2A2I讨论题讨论题哪哪个个答答案案对对? 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 克希荷夫定律，克氏定律克希荷夫定律，克氏定律 用来描画用来描画电路中各部分路中
18、各部分电压或各部分或各部分电流流间的关系的关系,其中包括克氏其中包括克氏电流定律和克氏流定律和克氏电压定律两个定律。定律两个定律。名名词注注释：节点：三个或三个以上支路的结合点节点：三个或三个以上支路的结合点支路：电路中每一个分支支路：电路中每一个分支回路：电路中任一闭合途径回路：电路中任一闭合途径支路：共支路：共3条条回路：共回路：共3个个节点：点：a、 b (共共2个个例例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例例支路：共支路：共 ？条？条回路：共回路：共 ？个？个节点：共点：共 ？个？个6条条4个个
19、独立回路：？个独立回路：？个3个个有几个网眼就有几个独立回路有几个网眼就有几个独立回路(一一) 克氏电流定律克氏电流定律 对任何任何节点，在任一瞬点，在任一瞬间，流入，流入节点的点的电流之和流之和等于由等于由节点流出的点流出的电流之和。或者流之和。或者说，在任一瞬，在任一瞬间，一个一个节点上点上电流的代数和流的代数和为 0。 I1I2I3I4克氏克氏电流定律的根据：流定律的根据：电流的延流的延续性性 I =0即：即：例例或：或：流入流入为正正流出流出为负电流定律流定律还可以可以扩展到展到电路的恣意封路的恣意封锁面。面。例例I1+I2=I3例例I=0克氏电流定律的扩展克氏电流定律的扩展I=?I1
20、I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R广义节点广义节点(二二) 克氏电压定律克氏电压定律 对电路中的任一回路，沿恣意循行方向路中的任一回路，沿恣意循行方向转一周，其一周，其电位降等位降等于于电位升。或，位升。或，电压的代数和的代数和为 0。例如：例如： 回路回路#1 13311URIRI=+电位降电位降电位升电位升即：即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1对回路回路#2： #223322URIRI=+电位升电位升电位降电位降对回路回路#3： 12211URIRI=+U2电位降电位降电位升电位升#3第第3个方程不独立个方程不独立电位降位降为正正电位升位升为负关于独立方程式的讨论
21、关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用克氏的提出：在用克氏电流定律或流定律或电压定律列定律列方程方程时，终究可以列出多少个独立的方程？究可以列出多少个独立的方程？例例aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1分析以下分析以下电路中路中应列几个列几个电流方程？几个流方程？几个电压方程？方程？克氏克氏电流方程：流方程：节点节点a：节点节点b：独立方程只需独立方程只需 1 个个克氏克氏电压方程：方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU-=-+=+=独立方程只需独立方程只需 2 个个aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1设：电路
22、中有路中有N个个节点，点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小小 结结独立的节点电流方程有独立的节点电流方程有 (N -1) 个个独立的回路电压方程有独立的回路电压方程有 (B -N+1)个个那么：那么：普通为网孔个数普通为网孔个数独立电流方程：个独立电流方程：个独立电压方程：个独立电压方程：个未知数：各支路未知数：各支路电流流解解题思思绪：根据克氏定律，列：根据克氏定律，列节点点电流流 和回路和回路电压方程，然后方程，然后联立求解。立求解。支路电流法支路电流法2.2第第2章章 电路的分析方法电路的分析方法解解题步步骤：1. 对每一支路假每一支路假设一未一未 知知电流
23、流I1-I64. 解解联立方程立方程组对每个节点有对每个节点有2. 列电流方程列电流方程对每个独立回路有对每个独立回路有0U =S3. 列电压方程列电压方程节点数节点数 N=4支路数支路数 B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例例1节点节点a：列列电流方程流方程节点节点c：节点节点b：节点节点d：bacd取其中三个方程取其中三个方程节点数节点数 N=4支路数支路数 B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_列列电压方程方程电压、电流方程联立求得：电压、电流方程联立求得：bacd33435544 :RIUURIRIadca+=+114
24、4664 :RIRIRIUabda+=+U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_结果能果能够有正有正负能否能少列能否能少列一个方程一个方程?N=4 B=6R6aI3sI3dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1Ux例例2电流方程流方程支路电流未知数共支路电流未知数共5个，个，I3为知：为知：支路中含有恒流源的情况支路中含有恒流源的情况电压方程：方程：1552211 :URIRIRIabda=+N=4 B=6dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxaI3s此方程不要此方程不要支路电流法小结支路电流法小结解题步骤解题步骤结论与引申结论与引申12对每一支路
25、假设对每一支路假设一未知电流一未知电流1. 假设未知数时，正方向可恣意选择。假设未知数时，正方向可恣意选择。对每个节点有对每个节点有1. 未知数未知数=B，4解联立方程组解联立方程组对每个回路有对每个回路有U0=S#1#2#3根据未知数的正负决议电流的实践方向。根据未知数的正负决议电流的实践方向。3列电流方程：列电流方程：列电压方程：列电压方程：2. 原那么上，有原那么上，有B个支路就设个支路就设B个未知数。个未知数。 恒流源支路除外恒流源支路除外例外？例外？假设电路有假设电路有N个节点，个节点，那么可以列出那么可以列出 ？ 个独立方程。个独立方程。(N-1)I1 I2I32. 独立回路的选择
26、：独立回路的选择：已有已有(N-1)个节点方程，个节点方程， 需补足需补足 B -N -1个方程。个方程。 普通按网孔选择普通按网孔选择例例: U1=140V， U2=90V R1=20， R2=5， R3=6求：求： 各支路电流。各支路电流。I2I1I3R1U1R2U2R3+_+_解法解法1：支路：支路电流法流法ABA节点：点： I1-I2-I3=0回路回路1： I1 R1 +I3 R3 -U1 =012回路回路2： I2R2 -I3 R3 +U2 =0I1 - I2 - I3=020 I1 +6 I3 =1405 I2 - 6 I3 = -90I1 = 4AI2 = - 6AI3= 10A负号表示与号表示与设定方向相反定方向相反例例: U1=140V， U2=90V R1=20， R2=5， R3=6求：求： 电流电流I3 。I3R1U1R2U2R3+_+_解法解法2：电压源源电流源的等效互流源的等效互换IS12R3R1225A64I3IS1IS2R3R1R27A18A6205I3
