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单元一: 电路基本定理及基本方法

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单元一: 电路基本定理及基本方法 - PowerPoint PPT Presentation


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单元一: 电路基本定理及基本方法. 电路及电路的基本物理量. 电阻与电阻的连接. 电压源、电流源及其等效变换. 叠加定理. 支路电流法. 电阻的测量 直流电桥. 戴维南定理和诺顿定理. 网孔电流法. 基尔霍夫定律. 节点电压法. 电路及电路 的基本物理量. 介绍课程的内容、要求、考核方式,特别是每人单独通过的单项能力考核。. 介绍本次课程要使用的电工实验台的启、停,及直流稳压电源、直流电流表、直流电压表、基尔霍夫定律实验的电路板。. 能力目标.

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Presentation Transcript
slide1
单元一:电路基本定理及基本方法

电路及电路的基本物理量

电阻与电阻的连接

电压源、电流源及其等效变换

叠加定理

支路电流法

电阻的测量 直流电桥

戴维南定理和诺顿定理

网孔电流法

基尔霍夫定律

节点电压法

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电路及电路

的基本物理量

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介绍课程的内容、要求、考核方式,特别是每人单独通过的单项能力考核。介绍课程的内容、要求、考核方式,特别是每人单独通过的单项能力考核。
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能力目标

弄清电路变量的参考方向与实际方向的关系,能够正确使用直流电流表测量电流、用直流电压表测量电压、电位。能对电功率的正负做出正确的解释。

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知识目标

了解电路的作用与组成,掌握电路变量及其参考方向,掌握电功率的计算 .

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电路是电流的流通路径, 它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的

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电路的构成

电源、负载、导线、控制和保护装置

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电路的作用

  • 实现能量转换和电能传输及分配

(2) 信号处理和传递

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理想电路元件

在一定条件下对实际器件加以理想化, 只考虑其中起主要作用的某些电磁现象

电阻元件

二端元件

电感元件

多端元件

电容元件

电路模型

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电流方向

电流实际方向:规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。

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电流的参考方向

为分析电路方便,在未知元件电流实际方向的前提下,常可任意规定某一方向作为电流的参考方向或假定的正方向。

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任务三:对基尔霍夫电路板上各元件的电压进行测量,分别以A、D为参考点测出其余各点的电位任务三:对基尔霍夫电路板上各元件的电压进行测量,分别以A、D为参考点测出其余各点的电位
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电压

电场力将单位正电荷从电场中的A点移到 B点所做的功,称为 A、B 两点间的电压。

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电压的参考方向

在元件电压未知的情况下,任意选定一个电压的方向称为电压的参考方向

slide21

关联参考方向

元件的电压参考方向与电流参考方向都可以任意选定,当元件的电压参考方向与电流参考方向是一致的, 称为关联参考方向。反之则为非关联参考方向

slide23
注意:

①选定参考方向后,不能再更改

②计算结果的正、负只说明电压(电流)实际方向与参考方向不同,分析时必须与图中参考方向结合起来才有物理意义。

slide24

电位

正电荷在电场中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。电路中的选定某点作为电位零点,此点就是参考点,其它各点电位与参考点的选择有关,某点的电位等于该点与参考点间的电压差。

电路中两点间的电压等于两点间的电位差。

slide25

功率

单位时间内消耗的电能即电场力在单位时间内所做的功。 称为功率。

在直流电路中

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如果电路的电流、电压选用关联参考方向, 则所得的功率应看成电路消耗电功率,此时电路为负载。 计算所得功率为负值时, 表示该电路实际发出功率。此电路为电源。

slide27

如果电流、电压选择非关联参考方向, 则所得的功率应看成该电路发出的功率, 即计算所得功率为正值时, 表示电路实际发出功率; 计算所得功率为负值时, 表示电路吸收功率。

slide28

电能的计算

从t0到t时间内, 电路吸收(消耗)的电能为

直流时, 有

slide29

例 1-1:如图所示为直流电路, U1=4V, U2=-8V, U3=6V, I=4A,

求各元件接受或发出的功率P1、 P2和P3, 并求整个电路的功率P

解 :P1的电压参考方向与电流参考方向相关联

元件1接受功率 P1=U1I=4×4=16W

slide30

P2和P3的电压参考方向与电流参考方向非关联,

元件2发出功率P2=U2I=(-8)×4=-32W

(实为接受32W)

元件3发出功率P3=U3I=6×4=24W

整个电路的功率P, 设接受功率为正, 发出功率为负, 故

P=16+32-24=24W(接受24W)

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能力目标
  • 能正确判断节点、支路及回路,网孔
  • 能熟练使用直流电流表、直流电压表.
  • 能弄清节点电流、回路电压的关系
  • 能应用基尔霍夫定律分析解决问题
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知识目标
  • 掌握节点、支路及回路网孔的概念,掌握基尔霍夫定律
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请同学根据电路图介绍电路术语
  • 支路:
  • 节点:
  • 回路:
  • 网孔:
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支路: 电路中流过同一电流的一个分支称为一条支路

节点: 三条或三条以上支路的联接点称为节点。

回路: 由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只经过一次, 这条闭合路径称为回路。

网孔: 网孔是回路的一种。平面电路中, 在回路内部不另含有支路的回路称为网孔

slide37
任务一:测量图示电路中与节点A相连的各支路电流任务一:测量图示电路中与节点A相连的各支路电流
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基尔霍夫电流定律(KCL) :
  • 对电路中的任一节点而言, 任何时刻, 流出(或流入)节点的所有支路电流的代数和恒等于零, 这就是基尔霍夫电流定律, 简写为KCL。
slide41

下图所示,流入流出闭合面内的电流的关系又如何呢?下图所示,流入流出闭合面内的电流的关系又如何呢?

  • 请同学们课后用ewb虚拟仿真验证
  • 成立吗?
slide42
任务 二:测定任务一电路中各元件的电压 ,求出各回路各元件电压之和
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对电路中的任一回路而言, 任何时刻, 沿回路绕行一周, 所有支路电压的代数和恒等于零, 这就是基尔霍夫电压定律,简写为KVL
  • 基尔霍夫电压定律(KVL) :
slide46
任务三:用KCL、KVL分析电路问题
  • 例 :试计算图示电路中各元件的功率
slide47
解 : 为计算功率, 先计算电流、电压。
  • 元件 1 与元件 2 串联,
  • 元件 1 发出功率
  • 元件 2 接受功率
  • 元件 3 与元件 4 串联
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元件 3 发出功率

即吸收25W。

  • 取回路cabdc, 应用KVL, 有

  • 元件 4 接受功率
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取节点a, 应用KCL, 有
  • 取回路adba, 应用KVL, 有
  • 元件5吸收功率
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课后练习
  • 1、用ewb虚拟仿真验证:两部分电路之间只通过一根导线连接,流过导线的电流为零。
  • 2、求下图所示电路的端口电压

UAB

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电压源、电流源

及其等效变换

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能力目标

会熟练使用电压源与电流源。会对两种电源模型进行等效变换

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知识目标

掌握电压源与电流源的外特性,两种电源模型的等效变换

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(一)任务一:测定直流稳压电源的外特性

对图示电路的电流电压进行测量,调节R2,令由大到小变化,记录两表的读数。

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总结测量结果:

(1)电压源对外提供的电压U不会因所接的外电路不同而改变。

(2)通过电压源的电流I随外接电路不同而不同。

slide59

(二)任务二:测量实际电压源的外特性

将直流稳压电源与一小电阻串联模拟实际电压源,调节R2,令由大到小变化,记录两表的读数。

slide62

(三)任务三:测定电流源的外特性

Is为直流恒流源,令R0接入或断开,调节其输出为10mA调节电位器RL,记录两种情况两表读数

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作出伏安特性曲线

总结:理想电流源有以下两个特点

(1)电流源向外电路提供的电流,不会因外电路不同而改变, I即IS是电流源的电流。

(2) 电流源的端电压U随外接的电路不同而不同。

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两种电源模型的等效互换

等效互换的条件即端口电压、电流关系完全相同

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从U = Us – R0I得

对比可知若 相同

则上述两种电源等效

slide67

(四)任务四:验证两种电源模型等效

先按右图线路连接,记录线路中两表的读数。

slide68

然后按下图线路连接,调节恒流源的输出电流Is使两表与上图的数值相等,读出恒流源的读数。然后按下图线路连接,调节恒流源的输出电流Is使两表与上图的数值相等,读出恒流源的读数。

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(五)利用电源等效变换条件分析电路

注意:

(1)转换前后 U S与 I s的方向, I s应该从电压源的正极流出。

(2)进行电路计算时,恒压源串联电阻和恒电流源并联电阻两者之间均可等效变换, R S不一定是电源内阻。

(3)恒压源和恒流源不能等效互换。

(4)恒压源和恒流源并联,恒流源不起作用,对外电路提供的电压不变。 恒压源和恒流源串联,恒压源不起作用,对外电路提供的电流不变。

(5)与恒压源并联的电阻不影响恒压源的电压,电阻可除去,不影响其它电路的计算结果;与恒流源串联的电阻不影响恒流源的电流,电阻可除去,不影响其它电路的计算结果;但在计算功率时电阻的功率必须考虑。

(6)等效转换只适用于外电路,对内电路不等效。

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能力目标

能对电阻进行串、并、混联连接,能看懂电阻的连接关系(即电路图),会根据电路图接线,会改装电流表、电压表,会求等效电阻

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知识目标

掌握电阻电路串、并联连接的特性,理解等效电阻的含义

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(一)认识电阻,测出电阻的伏安特性曲线

电阻的识别方法:数值法和色码标示法

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任务一:测定线性电阻器的伏安特性

调节电压源的输出电压U,从0开始缓慢增加,一直到10V,记录UR,I

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任务二:测定白炽灯泡的伏安特性

将上图中的电阻换成一只12V,0.1A的灯泡,重复上述步骤

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总结:线性电阻、非线性电阻

对线性电阻,在关联参考方向的情况下,其电压电流关系

欧姆定律

U=RI

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电导

单位:西门子(S)

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电阻元件的功率:

对线性电阻,在关联参考方向的情况下

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(二)电阻的串联

任务三:利用串联电阻有分压作用扩大电压表的量程

一量程为U1,内阻为Rg的电压表,欲将其电压量程扩大到U2,可以采用串联分压电阻的方法。如图

slide85

如电压表内阻Rg为未知,可用下图电路先测内阻Rg.先合上S,调节Us使电压表满偏,然后断开S,调节RB使电压表的值减半如电压表内阻Rg为未知,可用下图电路先测内阻Rg.先合上S,调节Us使电压表满偏,然后断开S,调节RB使电压表的值减半

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(三)电阻的并联

任务四:利用并联电阻有分流作用扩大电流表的量程

将量程为Ig,内阻为Rg的电流表的量程扩大到I0,可以采用并联分流电阻的方法

slide87

如果电流表的内阻Rg未知,可用下图电路先测内阻.先断开S调节电流源,使A表指针满偏,然后合上S,调节RB使电流表的值减半如果电流表的内阻Rg未知,可用下图电路先测内阻.先断开S调节电流源,使A表指针满偏,然后合上S,调节RB使电流表的值减半

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电阻的测量

直流电桥

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能力目标

会使用伏安法、直流电桥、万用表、兆欧表测量电阻,能对电阻的三角形连接与星形连接进行等效互换

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知识目标

了解伏安法、直流电桥的原理,了解电桥平衡的概念,理解电阻的三角形连接与星形连接进行互换

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伏安法
  • 直流单臂电桥
  • 直流双臂电桥
  • 兆欧表
  • 欧姆表

电阻测量的方法及各种方法的特点

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(一)伏安法测量电阻

原理:欧姆定律

外接法

内接法

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任务一:分别用伏安法(内、外接法)测量200Ω、1kΩ 的电阻,计算各自的误差,分析误差产生的原因。

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(1)检流计调零
  • (2)接入待测电阻
  • (3)选择合适的比例臂率,以便让比较臂的电阻全部用上。
  • (4)测量时,先按下“B”,再按下”G“,指针向”+“偏,应加大比较臂电阻。
  • (5)结束时,先松开“G“,再松开”B“。

(二)直流单臂电桥

电桥结构、外形、使用方法及注意事项:

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任务二:用直流单臂电桥分别测量50Ω,200Ω,10kΩ的电阻并计算误差任务二:用直流单臂电桥分别测量50Ω,200Ω,10kΩ的电阻并计算误差

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电桥原理

图示电路称为电桥

c、d两点电位相等时,电桥平衡

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(三)欧姆表(万用表欧姆档)

使用方法:

(1)将转换开关转到欧姆档

(2)先调零。(每一档位都需要调零)

(3)在两表笔间接入待测电阻,读出读数。

任务三:用万用表欧姆档分别测50Ω,200Ω,10kΩ的电阻并计算误差

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(四)电阻的三角形连接与星形连接的等效互换(四)电阻的三角形连接与星形连接的等效互换

将△联接电阻等效变换为Y联接电阻

当△联接电阻相等时