電工學（全套課件）秦曾煌版

1、電工學,第1章 電路的基本概念與基本定律,1.1 電路的作用與組成部分,1.2 電路模型,1.3 電壓和電流的參考方向,1.4 歐姆定律,1.5 電源有載工作、開路與短路,1.6 基爾霍夫定律,1.7 電路中電位的概念及計算,,本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2. 理解電路的基本定律并能正確應用；3. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài)，理解 電功率和額定值的意義；4. 會計算電路中各點的電位。,第1章 電路

2、的基本概念與基本定律,1.1 電路的作用與組成部分,(1) 實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉換,(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理,1. 電路的作用,電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設備或電路元件按一定方式組合而成。,2. 電路的組成部分,,電源: 提供電能的裝置,負載: 取用電能的裝置,中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用,,直流電源: 提供能源,負載,信號源: 提供信息,2.電路的組成部分,電源或信號源的電壓或電流稱為激勵

3、，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應。,信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等,1. 2 電路模型,手電筒的電路模型,為了便于用數(shù)學方法分析電路, 一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構成與實際電路相對應的電路模型。,,例：手電筒,手電筒由電池、燈泡、開關和筒體組成。,理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。,手電筒的電路模型,電池是電源元件，其參

4、數(shù)為電動勢 E 和內(nèi)阻Ro；,燈泡主要具有消耗電能的性質，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；,筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。,開關用來控制電路的通斷。,今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。,1.3 電壓和電流的參考方向,,物理中對基本物理量規(guī)定的方向,1. 電路基本物理量的實際方向,,,(2) 參考方向的表示方法,,電流：,電壓：,,(1) 參考方向,在分析與

5、計算電路時，對電量任意假定的方向。,,2. 電路基本物理量的參考方向,,注意： 在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負之分。,實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。,(3) 實際方向與參考方向的關系,I = 0.28A,,I? = – 0.28A,電動勢為E =3V方向由負極?指向正極?；,,例: 電路如圖所示。,電流I的參考方向與實際方向相同，I=0.28A,由

6、?流向?,反之亦然。,電壓U´的參考方向與實際方向相反, U´= –2.8V;,即: U = – U´,電壓U的參考方向與實際方向相同, U = 2.8V, 方向由?指向?；,2.8V,– 2.8V,1.4 歐姆定律,U、I 參考方向相同時,U、I 參考方向相反時,表達式中有兩套正負號：　(1) 式前的正負號由U、I 參考方向的關系確定；,(2) U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考方向

7、 之間的關系。,通常取 U、I 參考方向相同。,U = I R,U = – IR,解: 對圖(a)有, U = IR,例: 應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。,對圖(b)有, U = – IR,電流的參考方向與實際方向相反,電壓與電流參考方向相反,電路端電壓與電流的關系稱為伏安特性。,遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。,線性電阻的概念：,線性電阻的伏安特性是一條過原點的直

8、線。,1.5 電源有載工作、開路與短路,開關閉合, 接通電源與負載,負載端電壓,U = IR,1. 電壓電流關系,1.5.1 電源有載工作,(1) 電流的大小由負載決定。,(2) 在電源有內(nèi)阻時，I ?? U ?。,或 U = E – IR0,當 R0<<R 時，則U ? E ，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。,開關閉合,接通電源與負載。,負載端電壓,U = IR,1.5.1 電源有載工作,或 U

9、 = E – IRo,UI = EI – I2Ro,P = PE – ? P,負載取用功率,電源產(chǎn)生功率,內(nèi)阻消耗功率,(3) 電源輸出的功率由負載決定。,負載大小的概念: 負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)。,1. 電壓電流關系,2. 功率與功率平衡,3. 電源與負載的判別,U、I 參考方向不同，P = UI ? 0，電源；

10、 P = UI ? 0，負載。,U、I 參考方向相同，P = UI ? 0，負載； P = UI ? 0，電源。,(1) 根據(jù) U、I 的實際方向判別,(2) 根據(jù) U、I 的參考方向判別,電源： U、I 實際方向相反，即電流從“+”端流出， （發(fā)出功率）,負載： U、I 實際方

11、向相同，即電流從“-”端流出。 （吸收功率）,例: 已知:電路中U=220V，I=5A，內(nèi)阻R01= R02= 0.6?。,求: (1) 電源的電動勢E1和負載的反電動勢E2 ； (2) 說明功率的平衡關系。,解：(1) 對于電源 U= E1-?U1= E1-IR01 即 E1= U +IR01

12、 = 220+5?0.6=223V U= E2+?U2= E2+IR02 即 E2= U -IR01 = 220-5?0.6 = 217V,(2)由上面可得，E1=E2 +IR01+IR02 等號兩邊同時乘以 I，則得 E1 I =E2 I +I2R01+I2R02代入數(shù)據(jù)有 223 ? 5=217 ? 5+52 ? 0.6+ 5+52 ? 0.6 1115W=1085W

13、+15W+15W。,電氣設備的額定值,額定值: 電氣設備在正常運行時的規(guī)定使用值,例：一只220V, 60W的白熾燈, 接在220V的電源上，試求通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時的電阻。如果每晚工作3h(小時)，問一個月消耗多少電能?,注意：電氣設備工作時的實際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區(qū)別。,解: 通過電燈的電流為,電氣設備的三種運行狀態(tài),欠載(輕載)： I < IN ，P < PN (不經(jīng)

14、濟),過載(超載)： I > IN ，P > PN (設備易損壞),額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟合理安全可靠),在220V電壓下工作時的電阻,一個月用電,W = Pt = 60W?(3 ?30) h = 0.06kW ? 90h = 5.4kW. h,,特征:,開關 斷開,1.5.2 電

15、源開路,1. 開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓 U 視電路情況而定。,電路中某處斷開時的特征:,,電源外部端子被短接,1.5.3 電源短路,1.短路處的電壓等于零； U = 02.短路處的電流 I 視電路情況而定。,電路中某處短路時的特征:,1. 6 基爾霍夫定律,支路：電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。,結點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點。

16、,回路：由支路組成的閉合路徑。,網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。,例1：,支路：ab、bc、ca、… （共6條）,回路：abda、abca、 adbca … （共7 個）,結點：a、 b、c、d (共4個）,網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個）,1.6.1 基爾霍夫電流定律(KCL定律),1．定律,即: ?Ｉ入= ?Ｉ出,在任一瞬間，流向任一結點的電流等于流出該結

17、點的電流。,實質: 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。,或: ?Ｉ= 0,對結點 a：,I1+I2 = I3,或 I1+I2–I3= 0,基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結點處各支路電流間相互制約的關系。,電流定律可以推廣應用于包圍部分電路的任一假設的閉合面。,2．推廣,,I =?,,例:,I = 0,IA + IB + IC = 0,,廣義結點,在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,1.6.2 基爾霍夫電壓定律

18、（KVL定律),1．定律,即： ? U = 0,在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。,對回路1：,對回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,I2 R2+I3 R3=E2,或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0,基爾霍夫電壓定律（KVL） 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關系。,1．列方程前標注回路循行方向；,

19、電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2,? U = 0 I2R2 – E2 + UBE = 0,2．應用 ? U = 0列方程時，項前符號的確定： 如果規(guī)定電位降取正號，則電位升就取負號。,3. 開口電壓可按回路處理,注意：,對回路1：,例：,,,對網(wǎng)孔abda：,對網(wǎng)孔acba：,對網(wǎng)孔bcdb：,R6,,I6 R6 – I3 R3 +I1 R1 = 0,I2 R2 – I4 R4 – I6 R6 =

20、0,I4 R4 + I3 R3 –E = 0,對回路 adbca，沿逆時針方向循行：,– I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 – I2 R2 = 0,應用 ? U = 0列方程,對回路 cadc，沿逆時針方向循行：,– I2 R2 – I1 R1 + E = 0,1.7 電路中電位的概念及計算,,電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX” 。 通常設參考點的電位為零。,1. 電位的概念,電位的計算步驟: (1)

21、任選電路中某一點為參考點，設其電位為零； (2) 標出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。,某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。,2. 舉例,求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解：設 a為參考點， 即Va=0V,Vb=Uba= –10×6= ?60VVc=Uca = 4×20 = 80 VVd =Uda= 6

22、×5 = 30 V,設 b為參考點，即Vb=0V,,Va = Uab=10×6 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 V,,b,a,,Uab = 10×6 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V,Uab = 10×6 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V,結論：

23、,(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中 各點的電位也將隨之改變；,(2) 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考 點的不同而變， 即與零電位參考點的選取無關。,借助電位的概念可以簡化電路作圖,,例1: 圖示電路，計算開關S 斷開和閉合時A點 的電位VA,解: (1)當開關S斷開時,(2) 當開關閉合時,電路 如圖（b）,電流 I2 = 0，電位 VA = 0V 。,電流 I1 = I2 =

24、0，電位 VA = 6V 。,電流在閉合路徑中流通,例2：,電路如下圖所示，(1) 零電位參考點在哪里？畫電路圖表示出來。(2) 當電位器RP的滑動觸點向下滑動時，A、B兩點的電位增高了還是降低了？,解：（1）電路如左圖，零電位參考點為+12V電源的“–”端與–12V電源的“+”端的聯(lián)接處。,當電位器RP的滑動觸點向下滑動時，回路中的電流 I 減小，所以A電位增高、B點電位降低。,,（2） VA = – IR1 +12

25、 VB = IR2 – 12,主頁,第2章 電路的分析方法,2.1 電阻串并聯(lián)連接的等效變換,2.2 電阻星型聯(lián)結與三角型聯(lián)結的等效變換,2.3 電源的兩種模型及其等效變換,2.4 支路電流法,2.5 結點電壓法,2.6 疊加原理,2.7 戴維寧定理與諾頓定理,2.8 受控源電路的分析,2.9 非線性電阻電路的分析,目錄,本章要求：1. 掌握支路電流法、疊加原理和戴維寧定理等 電路的基本分析方法;2. 了解實際電源的兩

26、種模型及其等效變換;3. 了解非線性電阻元件的伏安特性及靜態(tài)電阻、 動態(tài)電阻的概念，以及簡單非線性電阻電路 的圖解分析法。,第2章 電路的分析方法,2.1 電阻串并聯(lián)連接的等效變換,2.1.1 電阻的串聯(lián),特點:(1)各電阻一個接一個地順序相聯(lián)；,,兩電阻串聯(lián)時的分壓公式：,R =R1+R2,(3)等效電阻等于各電阻之和；,(4)串聯(lián)電阻上電壓的分配與電阻成正比。,(2)各電阻中通過同一電流；,應用：降壓、限流、調(diào)節(jié)

27、電壓等。,2.1.2 電阻的并聯(lián),兩電阻并聯(lián)時的分流公式：,(3)等效電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和；,(4)并聯(lián)電阻上電流的分配與電阻成反比。,特點:(1)各電阻聯(lián)接在兩個公共的結點之間；,,(2)各電阻兩端的電壓相同；,應用：分流、調(diào)節(jié)電流等。,,R',R",例: 電路如圖, 求U =？,解：,,2.1.3 電阻混聯(lián)電路的計算,得,例1:圖示為變阻器調(diào)節(jié)負載電阻RL兩端電壓的分壓電路。 RL = 50 ?，U

28、 = 220 V 。中間環(huán)節(jié)是變阻器，其規(guī)格是 100 ?、3 A。今把它平分為四段，在圖上用a, b, c, d, e 點標出。求滑動點分別在 a, c, d, e 四點時, 負載和變阻器各段所通過的電流及負載電壓,并就流過變阻器的電流與其額定電流比較說明使用時的安全問題。,解:,UL = 0 V,IL = 0 A,(1) 在 a 點：,解: (2)在 c 點：,等效電阻 R? 為Rca與RL并聯(lián)，再與 Rec串聯(lián)，即,

29、注意，這時滑動觸點雖在變阻器的中點，但是輸出電壓不等于電源電壓的一半，而是 73.5 V。,注意：因 Ied = 4 A ? 3A，ed 段有被燒毀的可能。,解: (3)在 d 點：,解: (4) 在 e 點：,2.2 電阻星形聯(lián)結與三角形聯(lián)結的等換,,,,,Y-?等效變換,電阻Y形聯(lián)結,2.2 電阻星形聯(lián)結與三角形聯(lián)結的等效變換,等效變換的條件： 對應端流入或流出的電流(Ia、Ib、Ic)一一相等，對應端間的電壓(Ua

30、b、Ubc、Uca)也一一相等。,經(jīng)等效變換后，不影響其它部分的電壓和電流。,2.2 電阻星形聯(lián)結與三角形聯(lián)結的等效變換,據(jù)此可推出兩者的關系,2.2 電阻星形聯(lián)結與三角形聯(lián)結的等效變換,Y??,? ?Y,,將Y形聯(lián)接等效變換為?形聯(lián)結時若 Ra=Rb=Rc=RY 時，有Rab=Rbc=Rca= R? = 3RY；,將?形聯(lián)接等效變換為Y形聯(lián)結時若 Rab=Rbc=Rca=R? 時，有Ra=Rb=Rc=RY =R?/3,2.2 電阻

31、星形聯(lián)結與三角形聯(lián)結的等效變換,對圖示電路求總電阻R12,,,R12,1?,由圖：R12=2.68?,R12,R12,例 1：,,,,R12,,例2：,計算下圖電路中的電流 I1 。,解：將聯(lián)成?形abc的電阻變換為Y形聯(lián)結的等效電阻,,例2：計算下圖電路中的電流 I1 。,解：,,2.3 電源的兩種模型及其等效變換,2.3.1 電壓源模型,電壓源模型,由上圖電路可得: U = E – IR0,若 R0 = 0,理想電壓源 :

32、 U ? E,,,UO=E,,電壓源的外特性,電壓源是由電動勢 E和內(nèi)阻 R0 串聯(lián)的電源的電路模型。,若 R0<< RL ，U ? E ，可近似認為是理想電壓源。,理想電壓源,O,電壓源,理想電壓源（恒壓源）,例1：,(2) 輸出電壓是一定值，恒等于電動勢。 對直流電壓，有 U ? E。,(3) 恒壓源中的電流由外電路決定。,特點:,(1) 內(nèi)阻R0 = 0,設 E = 10 V，接上RL 后，恒壓

33、源對外輸出電流。,當 RL= 1 ? 時， U = 10 V，I = 10A 當 RL = 10 ? 時， U = 10 V，I = 1A,電壓恒定，電流隨負載變化,2.3.2 電流源模型,,,,U0=ISR0,電流源的外特性,理想電流源,O,IS,電流源是由電流 IS 和內(nèi)阻 R0 并聯(lián)的電源的電路模型。,由上圖電路可得:,若 R0 = ?,理想電流源 : I ? IS,若 R0 >>RL ，I ? IS ，可

34、近似認為是理想電流源。,電流源,理想電流源（恒流源),例1：,(2) 輸出電流是一定值，恒等于電流 IS ；,(3) 恒流源兩端的電壓 U 由外電路決定。,特點:,(1) 內(nèi)阻R0 = ? ；,設 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源對外輸出電流。,當 RL= 1 ? 時， I = 10A ，U = 10 V當 RL = 10 ? 時， I = 10A ，U = 100V,外特性曲線,,,,I,U,IS,O,電流恒定，電

35、壓隨負載變化。,2.3.3 電源兩種模型之間的等效變換,由圖a： U = E－ IR0,由圖b： U = ISR0 – IR0,,,(2) 等效變換時，兩電源的參考方向要一一對應。,(3) 理想電壓源與理想電流源之間無等效關系。,(1) 電壓源和電流源的等效關系只對外電路而言， 對電源內(nèi)部則是不等效的。,注意事項：,例：當RL= ? 時，電壓源的內(nèi)阻 R0 中不損耗功率， 而電流源的內(nèi)阻 R0 中則損耗

36、功率。,(4) 任何一個電動勢 E 和某個電阻 R 串聯(lián)的電路， 都可化為一個電流為 IS 和這個電阻并聯(lián)的電路。,例1:,求下列各電路的等效電源,解:,例2:,試用電壓源與電流源等效變換的方法計算2?電阻中的電流。,,解:,,,由圖(d)可得,例3：,解：統(tǒng)一電源形式,試用電壓源與電流源等效變換的方法計算圖示電路中1 ?電阻中的電流。,,,,,解：,例3:,電路如圖。U1＝10V，IS＝2A，R1＝1Ω，R2＝2Ω，

37、R3＝5 Ω ，R＝1 Ω。(1) 求電阻R中的電流I；(2)計算理想電壓源U1中的電流IU1和理想電流源IS兩端的電壓UIS；(3)分析功率平衡。,解：(1)由電源的性質及電源的等效變換可得：,,,(2)由圖(a)可得：,理想電壓源中的電流,理想電流源兩端的電壓,各個電阻所消耗的功率分別是：,兩者平衡：,(60+20)W=(36+16+8+20)W,80W=80W,(3)由計算可知，本例中理想電壓源與理想電流源 都是電源，發(fā)

38、出的功率分別是：,2.4 支路電流法,支路電流法：以支路電流為未知量、應用基爾霍夫 定律（KCL、KVL）列方程組求解。,對上圖電路支路數(shù)： b=3 結點數(shù)：n =2,回路數(shù) = 3 單孔回路（網(wǎng)孔）=2,若用支路電流法求各支路電流應列出三個方程,1. 在圖中標出各支路電流的參考方向，對選定的回路 標出回路循行方向。,2. 應用 KCL 對結點列出 ( n－

39、1 )個獨立的結點電流 方程。,3. 應用 KVL 對回路列出 b－( n－1 ) 個獨立的回路 電壓方程(通常可取網(wǎng)孔列出)。,4. 聯(lián)立求解 b 個方程，求出各支路電流。,對結點 a：,例1 ：,I1+I2–I3=0,對網(wǎng)孔1：,對網(wǎng)孔2：,I1 R1 +I3 R3=E1,I2 R2+I3 R3=E2,支路電流法的解題步驟:,(1) 應用KCL列(n-1)個結點電流方程,因支路數(shù) b=6，所以要列6個方程。,,(

40、2) 應用KVL選網(wǎng)孔列回路電壓方程,(3) 聯(lián)立解出 IG,支路電流法是電路分析中最基本的方法之一，但當支路數(shù)較多時，所需方程的個數(shù)較多，求解不方便。,例2：,,,對結點 a： I1 – I2 –IG = 0,對網(wǎng)孔abda：IG RG – I3 R3 +I1 R1 = 0,對結點 b： I3 – I4 +IG = 0,對結點 c： I2 + I4 – I = 0,對網(wǎng)孔acba：I2 R2 – I4 R4 – IG RG = 0

41、,對網(wǎng)孔bcdb：I4 R4 + I3 R3 = E,試求檢流計中的電流IG。,RG,支路數(shù)b =4，但恒流源支路的電流已知，則未知電流只有3個，能否只列3個方程？,例3：試求各支路電流。,可以。,注意： (1) 當支路中含有恒流源時，若在列KVL方程時，所選回路中不包含恒流源支路，這時，電路中有幾條支路含有恒流源，則可少列幾個KVL方程。,(2) 若所選回路中包含恒流源支路, 則因恒流源兩端的電壓未知，所以，有一個恒流源就出現(xiàn)

42、一個未知電壓，因此，在此種情況下不可少列KVL方程。,,,1,2,支路中含有恒流源,(1) 應用KCL列結點電流方程,支路數(shù)b =4，但恒流源支路的電流已知，則未知電流只有3個，所以可只列3個方程。,(2) 應用KVL列回路電壓方程,(3) 聯(lián)立解得：I1= 2A， I2= –3A， I3=6A,例3：試求各支路電流。,對結點 a： I1 + I2 –I3 = – 7,對回路1：12I1 – 6I2 = 42,對回路2：6I2 +

43、 3I3 = 0,當不需求a、c和b、d間的電流時，(a、c)( b、d)可分別看成一個結點。,支路中含有恒流源。,,1,2,,因所選回路不包含恒流源支路，所以，3個網(wǎng)孔列2個KVL方程即可。,(1) 應用KCL列結點電流方程,支路數(shù)b =4, 且恒流源支路 的電流已知。,(2) 應用KVL列回路電壓方程,(3) 聯(lián)立解得：I1= 2A， I2= –3A， I3=6A,例3：試求各支路電流。,對結點 a： I1 + I2 –I3

44、 = – 7,對回路1：12I1 – 6I2 = 42,對回路2：6I2 + UX = 0,,1,2,,因所選回路中包含恒流源支路，而恒流源兩端的電壓未知，所以有3個網(wǎng)孔則要列3個KVL方程。,3,+UX–,對回路3：–UX + 3I3 = 0,,2. 5 結點電壓法,結點電壓的概念：,任選電路中某一結點為零電位參考點(用 ? 表示)，其它各結點對參考點的電壓，稱為結點電壓。 結點電壓的參考方向從結點指向參考結點。,結點

45、電壓法適用于支路數(shù)較多，結點數(shù)較少的電路。,結點電壓法：以結點電壓為未知量，列方程求解。,在求出結點電壓后，可應用基爾霍夫定律或歐姆定律求出各支路的電流或電壓。,在左圖電路中只含有兩個結點，若設 b 為參考結點，則電路中只有一個未知的結點電壓。,2個結點的結點電壓方程的推導,設：Vb = 0 V 結點電壓為 U，參考方向從 a 指向 b。,2. 應用歐姆定律求各支路電流,1. 用KCL對結點 a 列方程 I1

46、 + I2 – I3 –I4 = 0,將各電流代入KCL方程則有,整理得,注意：(1) 上式僅適用于兩個結點的電路。,(2) 分母是各支路電導之和, 恒為正值； 分子中各項可以為正，也可以可負。(3) 當電動勢E 與結點電壓的參考方向相反時取正號，相同時則取負號，而與各支路電流的參考方向無關。,即結點電壓公式,例1：,試求各支路電流。,解: (1) 求結點電壓 Uab,(2) 應用歐姆定律求各電流,電路中有一條支路是理

47、想電流源，故節(jié)點電壓的公式要改為,,IS與Uab的參考方向相反取正號, 反之取負號。,例2:,計算電路中A、B 兩點的電位。C點為參考點。,I3,I1 – I2 + I3 = 0I5 – I3 – I4 = 0,解：(1) 應用KCL對結點A和 B列方程,(2) 應用歐姆定律求各電流,(3) 將各電流代入KCL方程，整理后得,5VA – VB = 30– 3VA + 8VB = 130,,,解得: VA = 10V

48、 VB = 20V,2.6 疊加原理,疊加原理：對于線性電路，任何一條支路的電流，都可以看成是由電路中各個電源（電壓源或電流源）分別作用時，在此支路中所產(chǎn)生的電流的代數(shù)和。,原電路,+,=,,疊加原理,E2單獨作用時((c)圖),E1 單獨作用時((b)圖),原電路,+,=,,同理:,用支路電流法證明見教材P50,① 疊加原理只適用于線性電路。,③ 不作用電源的處理： E = 0，即將E 短路

49、； Is= 0，即將 Is 開路 。,② 線性電路的電流或電壓均可用疊加原理計算， 但功率P不能用疊加原理計算。例：,注意事項：,⑤ 應用疊加原理時可把電源分組求解 ，即每個分電路 中的電源個數(shù)可以多于一個。,④ 解題時要標明各支路電流、電壓的參考方向。 若分電流、分電壓與原電路中電流、電壓的參考方 向相反時，疊加時相應項前要帶負號。,例1：,電路如圖，已知 E =10V、IS=1

50、A ，R1=10? , R2= R3= 5? ，試用疊加原理求流過 R2的電流 I2和理想電流源 IS 兩端的電壓 US。,(b) E單獨作用 將 IS 斷開,(c) IS單獨作用 將 E 短接,解：由圖( b),,解：由圖(c),例1：,電路如圖，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10? , R2= R3= 5? ，試用疊加原理求流過 R2的電流 I2和理想電流源 IS 兩端的電壓 US。,例2：,已知：U

51、S =1V、IS=1A 時， Uo=0VUS =10 V、IS=0A 時，Uo=1V求：US = 0 V、IS=10A 時， Uo=?,解：電路中有兩個電源作用，根據(jù)疊加原理可設 Uo = K1US + K2 IS,當 US =10 V、IS=0A 時，,當 US = 1V、IS=1A 時，,,,得 0 = K1? 1 + K2 ? 1,得 1 = K1? 10+K2 ? 0

52、,聯(lián)立兩式解得： K1 = 0.1、K2 = – 0.1,所以 Uo = K1US + K2 IS = 0.1 ? 0 +(– 0.1 ) ? 10 = –1V,齊性定理,只有一個電源作用的線性電路中，各支路的電壓或電流和電源成正比。如圖：,若 E1 增加 n 倍，各電流也會增加 n 倍。,可見：,2.7 戴維寧定理與諾頓定理,,二端網(wǎng)絡的概念： 二端網(wǎng)絡：具有兩個出線端的部分電路。

53、無源二端網(wǎng)絡：二端網(wǎng)絡中沒有電源。 有源二端網(wǎng)絡：二端網(wǎng)絡中含有電源。,,無源二端網(wǎng)絡,有源二端網(wǎng)絡,,電壓源（戴維寧定理）,,電流源（諾頓定理）,,,,無源二端網(wǎng)絡可化簡為一個電阻,有源二端網(wǎng)絡可化簡為一個電源,2.7.1 戴維寧定理,,任何一個有源二端線性網(wǎng)絡都可以用一個電動勢為E的理想電壓源和內(nèi)阻 R0 串聯(lián)的電源來等效代替。,,等效電源的內(nèi)阻R0等于有源二端網(wǎng)絡中所有電源均除去（理想電壓源短路，理想電流源開路）后所得

54、到的無源二端網(wǎng)絡 a 、b兩端之間的等效電阻。,等效電源的電動勢E 就是有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U0，即將負載斷開后 a 、b兩端之間的電壓。,等效電源,例1：,電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4?， R3=13 ?，試用戴維寧定理求電流I3。,,,注意：“等效”是指對端口外等效,即用等效電源替代原來的二端網(wǎng)絡后，待求支路的電壓、電流不變。,,等效電源,有源二端網(wǎng)絡,解：(1) 斷開待求支路求等效電源的

55、電動勢 E,例1：電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4?， R3=13 ?，試用戴維寧定理求電流I3。,,E 也可用結點電壓法、疊加原理等其它方法求。,E = U0= E2 + I R2 = 20V +2.5 ? 4 V= 30V,或：E = U0 = E1 – I R1 = 40V –2.5 ? 4 V = 30V,解：(2) 求等效電源的內(nèi)阻R0 除去所有電源(理想電壓源短路，理想電

56、流源開路),例1：電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4?, R3=13 ?，試用戴維寧定理求電流I3。,,從a、b兩端看進去， R1 和 R2 并聯(lián),實驗法求等效電阻,R0=U0/ISC,解：(3) 畫出等效電路求電流I3,例1：電路如圖，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4?， R3=13 ?，試用戴維寧定理求電流I3。,,例2：,已知：R1=5 ?、 R2=5 ?

57、 R3=10 ?、 R4=5 ? E=12V、RG=10 ? 試用戴維寧定理求檢流計中的電流IG。,,,有源二端網(wǎng)絡,解: (1) 求開路電壓U0,E' = Uo = I1 R2 – I2 R4 = 1.2 ? 5V– 0.8 ? 5 V = 2V,或：E' = Uo = I2 R3 – I1R1 = (0.8?10 –1.2?5)V = 2V,

58、(2) 求等效電源的內(nèi)阻 R0,,從a、b看進去，R1 和R2 并聯(lián)，R3 和 R4 并聯(lián)，然后再串聯(lián)。,R0,,解：(3) 畫出等效電路求檢流計中的電流 IG,,,,例2: 求圖示電路中的電流 I。已知R1 = R3 = 2?, R2= 5?, R4= 8?, R5=14?, E1= 8V， E2= 5V, IS= 3A。,(1)求UOC,解：,(2)求 R0,(3) 求 I,R0 = (R1//R3)+R5+

59、R2=20 ?,2.7.2 諾頓定理,,任何一個有源二端線性網(wǎng)絡都可以用一個電流為IS的理想電流源和內(nèi)阻 R0 并聯(lián)的電源來等效代替。,,等效電源的內(nèi)阻R0等于有源二端網(wǎng)絡中所有電源均除去（理想電壓源短路，理想電流源開路）后所得到的無源二端網(wǎng)絡 a 、b兩端之間的等效電阻。,等效電源的電流 IS 就是有源二端網(wǎng)絡的短路電流，即將 a 、b兩端短接后其中的電流。,等效電源,例1：,已知：R1=5 ?、 R2=5 ?

60、 R3=10 ?、 R4=5 ? E=12V、RG=10 ?試用諾頓定理求檢流計中的電流IG。,,,有源二端網(wǎng)絡,解: (1) 求短路電流IS,,R =(R1//R3) +( R2//R4 ) = 5. 8?,因 a、b兩點短接，所以對電源 E 而言，R1 和R3 并聯(lián)，R2 和 R4 并聯(lián)，然后再串聯(lián)。,IS = I1 – I2 = 1. 38 A– 1.035A =

61、 0. 345A,或：IS = I4 – I3,(2) 求等效電源的內(nèi)阻 R0,,R0,,R0 =(R1//R2) +( R3//R4 ) = 5. 8?,(3) 畫出等效電路求檢流計中的電流 IG,,2.8 受控源電路的分析,獨立電源：指電壓源的電壓或電流源的電流不受 外電路的控制而獨立存在的電源。,受控源的特點：當控制電壓或電流消失或等于零時，

62、 受控源的電壓或電流也將為零。,受控電源：指電壓源的電壓或電流源的電流受電路中 其它部分的電流或電壓控制的電源。,對含有受控源的線性電路，可用前幾節(jié)所講的電路分析方法進行分析和計算 ，但要考慮受控的特性。,應用：用于晶體管電路的分析。,四種理想受控電源的模型,,,電壓控制電壓源,電流控制電壓源,電壓控制電流源,電流控制電流源,例1：,試求電流 I1 。,解法1：

63、用支路電流法,對大回路：,解得：I1 = 1. 4 A,2I1 – I2 +2I1 = 10,對結點 a：I1+I2= – 3,解法2：用疊加原理,電壓源作用：,2I1'+ I1' +2I1' = 10I1' = 2A,電流源作用：,對大回路：,2I1" +(3– I1")?1+2I1"= 0 I1"= – 0.6A,I1 = I1' +I1"

64、= 2 – 0.6=1. 4A,1. 非線性電阻的概念,線性電阻：電阻兩端的電壓與通過的電流成正比。 線性電阻值為一常數(shù)。,2.9 非線性電阻電路的分析,非線性電阻：電阻兩端的電壓與通過的電流不成正比。 非線性電阻值不是常數(shù)。,線性電阻的伏安特性,半導體二極管的伏安特性,非線性電阻元件的電阻表示方法,靜態(tài)電阻（直流電阻）：,動態(tài)電阻（交流電阻）,,,,Q,電路符號,靜態(tài)電阻與動態(tài)電阻的圖

65、解,U,I,,,,,,? I,?U,,,等于工作點 Q 的電壓 U 與電流 I 之比,等于工作點 Q 附近電壓、電流微變量之比的極限,2. 非線性電阻電路的圖解法,條件：具備非線性電阻的伏安特性曲線,解題步驟:,,(1) 寫出作用于非線性電阻 R 的有源二端網(wǎng)絡 （虛線框內(nèi)的電路）的負載線方程。,U = E – U1 = E – I R1,(2) 根據(jù)負載線方程在非線性電阻 R 的伏安特性曲線 上畫出有源二端網(wǎng)絡

66、的負載線。,,E,U,I,Q,(3) 讀出非線性電阻R的伏安特性曲線與有源二端網(wǎng)絡 負載線交點 Q 的坐標（U，I）。,對應不同E和R的情況,,,非線性電阻電路的圖解法,,,,負載線方程：U = E – I R1,負載線,,,,3. 復雜非線性電阻電路的求解,,,,有源二端網(wǎng)絡,等效電源,將非線性電阻 R 以外的有源二端網(wǎng)絡應用戴維寧定理化成一個等效電源，再用圖解法求非線性元件中的電流及其兩端的電壓。,主頁,3.2 儲能

67、元件和換路定則,3.3 RC電路的響應,3.4 一階線性電路暫態(tài)分析的三要素法,3.6 RL電路的響應,3.5 微分電路和積分電路,3.1 電阻元件、電感元件、電容元件,第3章 電路的暫態(tài)分析,1. 了解電阻元件、電感元件與電容元件的特征;2. 理解電路的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)、零輸入響應、零狀 態(tài)響應、全響應的概念，以及時間常數(shù)的物 理意義;3. 掌握換路定則及初始值的求法;4. 掌握一階線性電路分析的三要素法。

68、,第3章 電路的暫態(tài)分析,：,本章要求,穩(wěn)定狀態(tài)： 在指定條件下電路中電壓、電流已達到穩(wěn)定值。,暫態(tài)過程： 電路從一種穩(wěn)態(tài)變化到另一種穩(wěn)態(tài)的過渡過程。,第3章 電路的暫態(tài)分析,1. 利用電路暫態(tài)過程產(chǎn)生特定波形的電信號 如鋸齒波、三角波、尖脈沖等，應用于電子電路。,研究暫態(tài)過程的實際意義,2. 控制、預防可能產(chǎn)生的危害 暫態(tài)過程開始的瞬間可能產(chǎn)生過電壓、過電流使 電氣設備或