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第一章直流电路

第一章直流电路. 第一节 电路的基本概念 第二节 电路的基本定律 第三节 电路的工作状态和电器设备的额定值 第四节 线性电路的两个基本原理. 第一节 电路的基本概念. 一、电路的组成 电源：提供电能 负载：用电设备 中间环节：连接电源和负载. 二、实际电路和电路模型 1.实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，，近似看作理想元件。 2.理想元件：. 3.电路模型：实际电路可近似看做由理想元件组成的电路. 三、电路中的基本物理量. 物理量正方向的表示方法. 电路分析中的 假设 正方向 （参考方向）.

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第一章直流电路

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  1. 第一章直流电路 • 第一节 电路的基本概念 • 第二节 电路的基本定律 • 第三节 电路的工作状态和电器设备的额定值 • 第四节 线性电路的两个基本原理

  2. 第一节 电路的基本概念 一、电路的组成 • 电源：提供电能 • 负载：用电设备 • 中间环节：连接电源和负载

  3. 二、实际电路和电路模型 1.实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，，近似看作理想元件。 2.理想元件： 3.电路模型：实际电路可近似看做由理想元件组成的电路

  4. 三、电路中的基本物理量

  5. 物理量正方向的表示方法

  6. 电路分析中的假设正方向（参考方向） 提问：在复杂电路中难于判断元件中物理的实际方向，电路如何求解？ A B B A 解决：在解题前先设定一个正方向，作为参考方向。 如A B

  7. 注意： (1) 方程式如：U/I=R适用于假设正方向一致的情况 (2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. (4) 为了避免列方程时出错，习惯上把I与 U的方向按相同方向假设。称：关联的参考方向

  8. 关联参考方向 非关联参考方向

  9. 电功率 功率的概念：设电路任意两点间的电压为U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:P=UI 在 U、 I 正方向选择一致的前提下， 1)若 P = UI  0 “吸收功率”（负载） 2)若 P = UI  0 “发出功率”（电源） 电路中能量守衡关系 P（吸收）= P（发出）

  10. 第二节 电路的基本定律 • 电流源与电压源 • 欧姆定律 • 基尔霍夫定律 1.基尔霍夫电流定律 2.基尔霍夫电压定律 • 电路中电位的计算

  11. 电压源：u=uS 端电压为us，与流过电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意，由外电路确定。 电流源：i=iS 流过电流为is，与电源两端电压无关，由电源本身确定，电压任意，由外电路确定。 一．电压源与电流源 （1）伏安关系

  12. （2）特性曲线与符号 电流源 电压源

  13. 二、欧姆定律： U=RI U=-RI U=-RI 还可表示为：I=GU G表示传导电流的能力，单位：S （西门子） 注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明参考方向！

  14. 二、基尔霍夫定律 从电路的全局和整体上阐明各部分电压、电流之间必须遵循的规律。 支路：电路中每一分支 节点：三个或三个以上支路的连接点 回路：电路中任一闭合路径

  15. 例： 支路：ab、ad、ac、bc、bd cd （共6条） 节点：a、 b、c、d (共4个） 回路：abda、 abcda、abca bcdb、adca、cbdac、acbda （共7 个）

  16. 1. 基尔霍夫电流定律 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于流出该节点的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数为零 即： I =0 I1+I2=I3+I4 或I1 +I2－I3－I4＝0 基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性原理

  17. 基尔霍夫电流定律的扩展 KCL不仅适用于节点，也可推广到包围部分电路的任一假设闭合面。 节点方程： IA=IAB-IBC IB=IBC-IAB IC=ICA -IBC 三式相加： IA+ IB+IC=0

  18. (二) 基尔霍夫电压定律（KVL） 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或，电压的代数和为 0。 ∑U=0 例如： 回路 a-d-c-a 电压升 电压降 或

  19. 例 设顺时针方向为绕行方向：a b c d KCL方程： U1- U2-U3+U4=0 已知：U3=+20V,U4=5V, U5 =+5V,U6=+10V, 求：U1 U1- U6 -U5 +U3=0 U1-(+10)-(+5)+(+20)=0 U1=-5V

  20. 注意 一、KCL方程的两套符号：U前面的正负号由回路的绕行方向及电压参考极性确定；括号内数字前面的正负号表示电压数值的正负，取决于各元件的真实极性与参考极性是否一致。 二、两点之间的电压降与所选的路径无关。 KVL推广：基尔霍夫电压定律也适合开口电路。 E-RI-Uab=0 Uab=E-IR 只要电位变化是首尾相接，各段电压构成闭合回路即可

  21. 三、电路中电位的计算 • 1、什么是电位？电路中某点与参考点之间的电压，称为该点的电位。 • 说明：参考点电位一般规定为零。通常选择大地、接地点或电器设备的机壳为参考点。电子电路中常选一条公共线作为参考点，该线是很多元件的汇集处且和机壳相连，称“地线”表示符号：

  22. 例 计算电位，参考点任选 Uab=10×6=60V Uca=4×20=80V Uda=6×5=30V Ucb=140V Udb=90V • 分析：若分别选ａ、ｂ为参考点 • 则：Ua=0 Ub =0 • Ub=－60V Ua =60V • Uc=80V Uc =140V • Ud=30V Ud =90V

  23. 结论： • ⑴各点的电位是相对的，与参考点的选取有关；而任意两点间的电压是绝对的，与参考点的选取无关。 • ⑵引入参考点后，电路可简化。

  24. 第三节 电源的工作状态和电气设 备的额定值 电源有三种工作状态 • 带载工作状态 • 开路（空载）状态 • 短路状态

  25. 一、带载工作状态 图中开关合上，接通电源与负载，即电源的带载工作状态 外特性曲线表明了电源电压U与输出电流I的关系其斜率和电源内阻R0有关。U=E-R0I

  26. ※ 功率的平衡 UI=EI-R0I² 即P=PE-△P PE =EI是电源产生的功率 △P = -R0I² 是电源内阻消耗的功率 P= UI 是电源输出的功率 ※ 电气设备的额定值 各种电气设备的电源、电流及功率都有一个额定值，它是为使设备在给定的工作条件下运行而规定的正常允许值。 额定值常标在铭牌或说明中，用UN、IN和PN表示

  27. 二、开路（空载）状态 当开关断开时，电源处于开路（空载）状态 开路：是外电路的电阻对电源来说等于无穷大， 因此电路中电流为零，电源的端电压（称开路电源或空载电压U0）等于电源电动势，电源不输出电能。 I=0 U=U0=E P=0

  28. 三、短路状态 2、电流的回路中仅有电源内阻R0，电流很大，称为短路电流IS 1、当电源的两端a 和b由于某种原因连在一起，电源被短路，外电路的电阻视为零，电源的端电压也为零。 U=0 I=IS=E/R0 PE=△P=R0I², P=0

  29. 第四节 线性电路的两个基本原理 一、叠加原理 二、等效电源原理

  30. 一、叠加原理 在多个电源同时作用的线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。 概念: = + I=

  31. 注 电路中一个电源单独作用时，应将其余电源作“零值”，即理想电压源短接，而理想电流源开路，但它们的内阻仍计算在内。 例 用叠加原理求：I= ? I = I'+ I"= 1A I'=2A I"= -1A

  32. 应用叠加定理要注意的问题 1. 叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。 2. 叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令E=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即Is=0。 3. 解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。

  33. 4. 叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用 来求功率。如： 5. 运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分 电路的电源个数可能不止一个。

  34. 二、二端网络等效电源定理 二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。 无源二端网络： 二端网络中没有电源 有源二端网络： 二端网络中含有电源

  35. 等效电源：计算复杂电路中某一支路的电流或电压时，相对于该支路之外的部分多么复杂，均可用一个线性有源二端网络来表示，对于计算支路仅相当于一个电源。等效电源：计算复杂电路中某一支路的电流或电压时，相对于该支路之外的部分多么复杂，均可用一个线性有源二端网络来表示，对于计算支路仅相当于一个电源。 有源二端网络用电压源模型替代 ----- 戴维南定理 有源二端网络用电流源模型替代 ---- 诺顿定理 注意：“等效”是指对端口外等效

  36. 戴维南定理： 等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路） 等效电压源的电动势 （Ed ）等于有源二端网络的开端电压 Rd=Rab Ed=Ux

  37. 利用戴维宁定理解题的方法、步骤 • ⑴断开所求支路ａｂ； • ⑵利用KVL定律求UX； • ⑶除源(恒压源短路；恒流源开路)， 求等效电阻Rd； • ⑷利用I= UX ／ Rd +R，求出未知电流

  38. 戴维南定理应用举例 等效电路 已知：R1=20 、 R2=30  R3=30 、 R4=20  E=10V 求：当 R5=10  时，I5=? 有源二端网络

  39. 例 =20 30 +30 20 =24 第一步：求开端电压Ux 第二步：求输入电阻 Rd

  40. 等效变换后：

  41. 时 第三步：求未知电流 I5 Ed= UX= 2V Rd=24

  42. (二) 诺顿定理：任何一个线性有源二端网络均可以用一个电流为IS的理想电流源和内阻R0并联的电源等效代替。 等效电阻Rd仍为相应无源二端网络的输入电阻 等效电流源 Id为有源二端网络输出端的短路电流

  43. 诺顿定理应用举例: 已知：R1=20 、 R2=30 、R3=30 、 R4=20 、E=10V 求：当 R5=10  时，I5=?

  44. 第一步：求输入电阻Rd。

  45. R5 Id 第二步：求短路电流Id A R1 R2 _ + D C E R4 R3 B 有源二端网络

  46. R5 Id I5 A 0.083A Rd 10 R5 24 Id B A R1 R2 _ + D C E R4 R3

  47. 第三步：求解未知电流 I5。 A I5 0.083A Rd 10 R5 24 Id B

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