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# 祝同学们 新学期愉快 学习进步！ - PowerPoint PPT Presentation

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

### 电工学简明教程（第二版）秦曾煌 主编

I

a

+

R1

R2

Uab

U

_

2

2

b

ib

ib

uce

rce

B

C

ic

uce

ube

rbe

rce

E

+5V

R

1

A

0

B

Y

C

• 电路的基本概念
• 电路的基本定律
• 电路的分析方法
• 电路的暂态分析

1.1 电路的作用与组成部分

2.信号的传递与处理存储

1.电能的传输与转换

1.2 电路模型

S

R

E

dq

i=

dt

，uA

1.3 电流和电压的参考方向

IR

A

B

R

3V

2V

BA？

AB？

I

R

Iab

b

a

R

1.用箭头表示(常用)

2.用双下标表示

d

W

=

u

d

q

a

b

a

b

u

1.正负号

_

+

2.箭 头

u

Uab（高电位在前，

3.双下标

a

a

I

I

U

U

b

b

a

a

I

I

U

U

b

b

U

U

= R

+

I

I

I

R

+

I

R

R

I

U

U

R

U

+

I

R

U

+

= IR

U

U= – IR

U 、I参考方向相同

U、 I参考方向相反

U

6

W

(a)

=

=

=

R

3

I

2

U

6

W

=

-

=

-

=

R

3

(b)

-

I

2

-

U

6

W

=

-

=

-

=

R

3

(c)

I

2

-

U

6

W

(d)

=

=

=

R

3

-

I

2

1.4 电源有载工作、开路与短路

U

E

I =

R+ R0

E

R0I

U

0

I

1.4.1 电源有载工作

A

C

I

E

U

R

R0

B

D

1. 电压与电流

U=RI

U=E –R0I

1.5 电源有载工作、开路与短路

E

I =

R+ R0

P =PE –P

2. 功率与功率平衡

1.5.1 电源有载工作

A

UI=EI –R0I2

C

I

E

U

R

R0

=

+

B

1. 电压与电流

U=E –R0I

U=RI

I

I

a

a

=

U

P

U

I

R

U

R

b

b

P = –UI

A

I

N

B

UAB=3V

I = – 2A

P为负值，N发出功率,是电源

I

E1

E2

U

ΔU1

R01

ΔU2

R02

R01=R02=0.6 Ω

I

3. 额定值与实际值

+

I1

I2

S1

S2

U

P

1.4.2 电源开路

A

C

I

E

I=0

U0

R

U=U0=E

R0

P=0

B

D

U0：开路电压

（空载电压）

PE =P = R0IS2

1.4.3 电源短路

I

R1

E

U

R2

R0

U=0

I=IS=E/ R0

P = 0

• 电压，电流参考方向
• 开路电压，短路电流

I2

I1

I6

R1

R2

R6

R4

R5

I5

I4

+

I3

_

E4

-

+

R3

E3

1.5 基尔霍夫定律

a

c

d

R2

R1

E1

E2

R3

b

I1

I4

I2

I3

1.6.1 基尔霍夫电流定律 KCL

1、内容：在电路中，任何时刻，对任一结点，所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。

2、公式：

• 3、步骤
• 规定电流的参考方向
• 规定参考方向流入结点的电流前面取“+”号，
• 流出结点的电流前面取“-”号。
• 3. 列KCL方程

I1+I3+I4-I2＝0

I1+I3+I4＝I2

I1

I4

I2

I3

0

I3

8

2

9

I3

19A

I1 –I2 + I3 +I4=0

KCL

A

+

10V

-

I4

B

C

I1

I4=?

I3

4A

I5

-3A

I2

A

C

B

KCL推广应用

IA

IA= IAB–ICA

IB= IBC–IAB

ICA

IAB

IC= ICA–IBC

IB

IBC

IA + IB + IC =0

IC

A

+

10V

-

I4

B

C

I1

I3

4A

I5

-3A

I2

= -3 + 4 -2 = -1A

R

R

R

+

+

+

R1

E1

E2

E3

_

_

_

I=?

U2

b

+

c

U1

U3

E2

+

+

a

E1

d

U5

+

U4

+

e

1.6.2 基尔霍夫电压定律（KVL）

1、内容：在电路中，任何时刻，从回路中任意一点出发，以顺时针或逆时针方向循行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零

2、公式：

3、说明：

1 先任意指定一个回路的绕行方向

2 凡支路电压的参考方向与回路

U1+U2 –U3 –U4 + U5 =0

R3

R5

R1

+

+

+

2

+

_

1

+

_

-

-

-

R2

uS2

uS1

R4

+ -

i1R1

-

+

+

=0

-

-

i3R3

=0

+

I

A

A

E

R

C

B

B

KVL推广应用于假想的闭合回路

UA

UAB

UB

UAB= UA  UB

E+ IR UAB=0

UAB= E+ IR

R1

R2

U2 = ——— U

U1 = ——— U

R1 + R2

R1 + R2

I

I

+

+

U1

+

R1

U

R

U

+

U2

R2

1.6 电阻串并联联接的等效电路

1.6.1 电阻的串联

R = R1+R2

I

I

+

I2

R2

I1

+

I1 = ——— I

R1 + R2

U

U

R

R1

R2

R1

I2 = ——— I

R1 + R2

1

1

1

=

+

G2

G

=

G1

+

R

R1

R2

R2

R1

=

+

R2

R1

1.6.2 电阻的并联

a

2

a

2

b

3

4

4

6

1

a

a

b

1.5Ω

1

3

2

b

b

b

I1

I2

R2

R1

I6

a

c

R6

R4

R5

+

I4

I5

-

E4

I3

d

_

+

R3

E3

1.7 支路电流法

I1 + I2 – I3 =0

(1)

I3

R1

R2

+

+

R3

E2

I1

I2

E1

(3)

-E2+ I2 R2 + I3 R3 =0

A

1 确定支路数b ，标出各支路电流的参考方向,并设电流为未知量

2 应用KCL对结点列方程

3 应用KVL列出余下的 b – (n–1)个方程

－E1＋I1 R1 +E2－ I2 R2 ＝0

(2)

4 解方程组，求解出各支路电流。

I2

I1

I6

R1

R2

R6

R4

R5

I5

+

I4

I3

_

E4

-

+

R3

E3

b

c

a

d

（取其中三个方程）

I2

I1

I6

R1

R2

R6

R4

R5

I5

+

I4

I3

_

E4

-

+

R3

E3

b

c

a

d

a

b

1.4.9

1.5.3

1.6.3

1.7.1

1.8 叠加原理

I

a

R1

R1

R1

'

'

I

+

+

E1

IS

R2

R2

E1

R2

IS

I

R1

a

'

'

I

I1

R2

IS

R1

R1

I

+

+

E1

IS

R2

E1

R2

I

'

'

I

5

15

+ –

'

U

2

4

+ –

'

U

5

=5V

= 20×

5+15

5

15

+ –

U

10A

2

4

+ –

20V

20V

5

15

+U ''–

10A

2

4

(–37.5)2

(–32.5)2

P =

P =

5

5

52

5

15

U ''=

× 5 = – 37.5V

– 10×

5+15

+

'

'

'

+

U =

= 5 –37.5 = –32.5V

U

U

= 286.25W

5

15

+ –

U

10A

2

4

+ –

20V

= 221.25W

（2）10A电流源单独时：

2. 叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。

=

+

3. 解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。原电

压、电流的代数和。

1. 叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、

5. 运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分

=

+

4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来

I3

R3

1.9 电压源与电流源及其等效变换

I

a

I

a

Uab

+

+

R1

R2

US

Uab

Uab

US

10V

_

_

2

2

I

b

b

1.9.1 电压源 理想电压源 （恒压源）

2 电压源中的电流由外电路决定

+

E

R0

U/V

I

+

+

E

U

RL

0

E

I/A

R0

R0

R0称为电源的内阻或输出电阻

Us=E

Is =

U = E – R0 I

1.9.2 电流源

I

a

Uab

R2

Uab

Is

2

I

b

IS

（2）输出电压由外电路决定。

Uab

R0

Uab

RL

R0

Is

I

R0越大

I

a

U0= IS R0

Uab

IS

b

Uab / R0= IS – I

Uab = IS R0– I R0

I

I

a

a

Uab = U

（常数）

I = Is

（常数）

+

Uab

Is

Uab

U

_

b

b

Uab的大小、方向均为恒定，

I的大小、方向均为恒定，

I的大小、方向均

Uab的大小、方向

U（V）

+

I

R0

E

U

+

E

-

-

0

I（A）

I

+

U（V）

U

IS

R0

IS

-

0

I（A）

I

+

2

-

10V

2A

?

I

+

+

10V

-

U

?

2

2A

-

?

I=2A U=4V

1.9.3 电源模型的等效变换

I

U

+

E

R’0

Is =

R0

R’0

U

IS

RL

U/V

U/V

U0= IS R’0

Us=E

0

0

I/A

E

I/A

Is

Is =

R0

“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安

I

+

+

E

U

RL

R0

E= Is R’0

（一）等效变换的注意事项

“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安

(1)

I

I '

a

a

R0

Is

Uab'

R0'

RL

Uab

+

RL

b

US

-

b

IS = US / R0

R0 ´ = R0

a

I'

a

I

R0

Is

R0'

+

US

-

b

b

a

I'

a

I

R0

Is

-

R0'

US

+

b

b

(2)

(3)

a

I'

a

I

+

Uab'

US

Is

-

b

b

I

a

2

I'

Uab

+

a

10V

-

b

2

b

10V / 2 = 5A

5A

I

+ -

I

25V

3

5

3

11A

5

6A

I

I

+

3

3

5

6A

5 ×11

=55/8 A

I=

5+3

55V

5A

5

I

+ -

I

+ -

25V

3

1

6V

5

3

11A

5

6A

I

3

5

6A

5

5+3

×11

=55/8 A

I=

5A

1.10 戴维宁定理

A

A

B

B

2V

+

A

I3

+

+

3

1

1V

I

2

3A

B

A

RL

B

a

N

a

R0

+

E

b

N

a

b

R0

N0

b

E等于该网络的开路电压；

R0等于该网络中全部独立源都不作用时由端钮看进去的等效电阻。

a

+

6

6A

U0C

+

2A

6V

b

a

6 

+

15

U

+

42V

b

a

6

6A

+

R0

15

U

+

2A

6V

b

(3)求U

U0C = 6×6+ 6=42V

U=30V

(2)求R0

R0= 6

E1

I3=

R1 + R3

A

B

U0c

+

R1

R2

I3

IS

R3

+

+

E1

E2

R5

I

（各参数已知）

R4

R1

R2

IS

R3

+

+

(1)求U0c

E1

E2

R5

U0C = I3R3 –E2 + IS R2

U0C

I =

R0

R0 + R4

I

A

R4

+

+

+

U0C

E1

E2

B

I

R4

U0C = I3R3 –E2 + IS R2

R1

R2

IS

(2)求R0

R3

+

+

E1

E2

R5

R0 =(R1//R3)+ R5+ R2

(3)求I

A

R0

B

R1

R2

IS

R3

R5

5

10

10

10

+

9V

+

5

30V

1 求开路电压UOC

I1

I2

A

+

B

A

+

B

5

10

+

9V

5

3A

10

15 I1+9 –30=0

I1=1.4A

I2= – 0.6A

15 I2+9=0

UOC=UAB

=1.4×5+10 ×0.6=13V

+

9V

+

+

A

20/3

B

13V

0.5A

2. 求R0

3. 求UAB

A

B

+

5

10

10

5

3A

10

UAB=13+ 0.5×20/3

=16.33V

R0 = RAB

=2×(10//5)

=20/3 

1.11 电路中电位的概念及计算

a

R1

R2

b

c

R3

d

R1

R2

b

c

a

+

I3

E2

E1

R3

+

d

+E1

– E2

Va = E1

Vb = I3 R3

Vc = – E2

+

15V

1.5k

1.5k

10k

b

a

a

10k

b

I

+

40k

15V

s

40k

s

6V

+

–6V

Ua= 40I – 6

15+6

I =

1.5+10+40

S打开

Ua

= 10.3V

= 0.408 mA

+

15V

1.5k

1.5k

10k

b

a

a

10k

b

I

+

40k

15V

40k

s

6V

+

–6V

Ua= –10I

6

I =

= 0.12 mA

10+40

S闭合

Ua

s

= –1.2V

10+5

3+2

A

=3A

I=

3

2

I

VC=3×3=9V

D

C

VD= –3×2= – 6V

+

5V

10V

VB= –10+9= –1V

+

B

VC=10V

VD= – 5V

VCD= VC–VD= 15V

i

+q

+

C

u

-q

-

1.12 电路的暂态分析

1、电容元件

+

i

u

L

-

2、电感元件 Inductor

t=0

K

R

+

C

U

_

U

t

K

R

+

uC

E

_

C

E

t

K

R

t=0

+

iL

E

_

t

I

t = 0

K

I

+

R

E

_

K

R

+

uC

E

_

C

E

t

(1) 暂态过程中电压和电流随时间的变化规律;

(2) 影响暂态过程快慢的电路的时间常数。

K

R

+

uC

E

_

C

2 . 电路中电源的升高或降低

3 . 电路中元件参数的改变

1.12.2 换路定理及初始值的确定

K

R

K

R

t=0

+

+

iL

E

uC

--- 换路前瞬间

_

E

_

C

---换路后瞬间

2

K

R

1

2k

R1

R2

+

2k

1k

E

_

3V

3.1.2 初始值

2

K

R

1

R

R1

R1

R2

2k

R2

+

+

2k

1k

E

E

_

_

6V

R1

R2

+

1k

2k

+

6V

_

3V

1.5mA

-

t=0 +时的等效电路

(1) 根据t=0-时的等效电路，求出uC(0-)及iL(0-)。

(2) 由换路定则: uC(0+) = uC(0-), iL(0+) = iL(0-) 。

(3) 作出t=0+时的等效电路，并在图上标出各待

(4) 由t=0+ 等效电路，求出各待求量的初始值。

uR

t=0

a

S

R

b

C

uC

+

-

U

UC(0-)=5V

1.12.3RC电路的响应

RC电路的零输入响应

uC=Ae pt

duC

U0

+ uC=0

——

RC

i = –—

e –t / RC

dt

R

iR+ uC=0

i

t=0

a

S

R

b

+

-

+

-

uC

U0

p = –1/RC

A= uC(0+)= U0

uC= uC(0+)e –t /RC

t=0时K闭合

UC(0-)= U0

= i(0+)e –t /RC

i

U0

R

= i(0+)e –t /RC

t

o

uC

U0

e–t / RC

i = –—

R

uC= uC(0+)e –t /RC

t≥0

U0

t≥0

uc

U0

o

1

2

t

越大，过渡过程变化越慢，uC达到 稳态所需要的时间越长。

= RC

0.338 U0

2 > 1

uC= uC(0+)e –t /RC

t=5 时，过渡过程基本结束，uC达到稳态值。

uR

t=0

a

duC

S

R

d K

+uC=U

b

+ K =U

RC

RC

C

uC

dt

dt

+

-

U

UC(0-)= 0

uR +uC=U

RC电路的零状态响应

uC´=U

K=U

uC´=K

uC=U+ Ae –t /RC

uC″=Ae pt

A= –U

=Ae –t /RC

uC=U– Ue –t /RC=U(1–e–t /)

uC´

uC

uC″

–U

uC=U(1–e–t /RC) =U– Ue –t /RC

u

RC电路的零状态响应，实际上是电容的充电过程。

U

0

uC´称为稳态分量

t

uC″称为暂态分量

uC的变化曲线

(U0+–U)e-t/

uC=

+

-

+ U

U

uR

UC

U0

C

t ≥0

:初始值

:稳态值

:时间常数

RC电路的全响应

t=0

a

uC=U0+e-t/+ U(1–e-t/)

S

R

b

+

-

f(t) =[ f(0+) –f()]e-t/ +f()

R2=3k

R1=2k

+

t=0

10V

_

K

1F

1 初始值举例

R2=3k

R1=2k

+

t=0

10V

_

K

100F

R2=3k

R1=2k

R1=2k

+

+

10V

10V

_

_

100F

100F

+

6V

_

2

t =0

3

3

L

4mA

R1=2k

+

10V

_

100F

2 稳态值举例

t=0

R1

+

E

R2

C

-

R1=2k

(同一电路中各物理量的是一样的)

+

10V

_

100F

3 时间常数τ的计算

R2=3k

R1=2k

+

t=0

10V

_

K

100F

R1=2k

+

10V

_

100F

S

t = 0

i

L

4 

i

+

5 

20

30V

i

­

2H

i

L

L

4 

i

4 

i

+

5 

+

5 

20

30V

3A

20

30V

­

2H

­

2H

iL=Ae pt

R

=Ae – — t

L

iL

t

=I0e – —

R

=I0e – — t

diL

L

uL =L —

dt

diL

L —

+ RiL= 0

t

= –RI0e – —

dt

1.12.4 RL电路的零输入响应

uR

t=0

a

S

R

b

+

-

iL

uL

U

p = – R/L

A= I0

iL(0-)= I0=U/R，则iL(0+)= I0

RL 电路零输入响应iL、和 uL 的波形

+

S (t=0)

R

i

+

-

uV

U

L

V

RV

t=0时开关S打开（设S打开前电路已处于稳态）。

（2） i(0+)

（3） i和uv （t≥0 ）

（4） uv(0+)

S (t=0)

R

i

+

-

uV

U

L

RV

V

+

+

+

R

R

i

i

+

-

+

-

uV

uV

U

L

U

L

D

RV

RV

V

V