电工电子技术基础第2章-课件.ppt

1、先介绍几个电路分析中常用的术语。支路电路中的每一支。如图2-1中有六条分支。节点三条以上支路的交汇点。如图2-1中 a,b,c,d 点。回路由多条支路所组成的闭合电路。如图2-1中有回路abca;bcdb;abcda等。abcdR1RgR2R3R4EG复杂电路举例复杂电路举例图2-1第二章 直流电路分析1.2.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)1.定律内容定律内容对任何节点，在任一瞬间，对任何节点，在任一瞬间，出出入入II I=0或或：流入取正号，流出取负号。流入取正号，流出取负号。4231IIII 流入流入流出流出I1I2I3I4或或：04231 IIII定律的定律的依据依据：电

2、荷守恒电荷守恒、电流的连续性、电流的连续性广义结点广义结点 I1+I2=I3I=02.定律推广定律推广封闭面封闭面I1I2I3IEICIBIE=IB+IC8V9V+_3 4 +_4 6 2 I=？例1例2例3二.基尔霍夫第二定律回路电压定律(KVL)电压定律用来确定回路中各段电压之间的关系。定律指出：如果从回路中任一点出发，以顺时针方向(或逆时针方向)沿回路循行一周，则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和。以图2-2为例，就是或改写为:上式表明，若回路中同时包含电动势与电阻，则基尔霍夫电压定律还可表述如下：在任意回路中，电动势的代数和恒等于各电阻上的电压降的代数和。0222111 ERI

3、RIE221121RIRIEE 即:式（2-2）称为回路电压方程。IRE式（2-2）E E2 2E E1 1I1I2R1R2abcd+-+-+-+-以图2-2为例，我们假定沿顺时针方向一周，电位升之和为电位降之和为则如果规定电位升取正号，电位降取负号，则基尔霍夫电压定律又可表述为：在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时针或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。即:221RIE 112RIE 112221RIERIE 0 U图2-2(2-1)v注意：v 列回路方程时，先假定各支路电流方向，再沿某个方向列v 回路方程。v遵循的原则是：当电动势正方向与所选方向（回路方向）v 一致时，电动势取“

4、+”号，反之取“-”号;当电阻上的v 电流方向与所选回路方向一致时，电阻上电压降取“+”号，v 反之取“-”号。2.2电阻元件的串联、并联及应用1.串联+-R1R2R3RnUU1U2U3UnIab电阻串联电阻串联图2-3特点：2121RRUU 由于 即电阻功耗与阻值成正比 即电压降与电阻值成正比。21RRRab2211RURU21UUU212121RRpPIUIU2.并联图2-4+-电阻并联电阻并联I1I2InR1R2RnUabI特点:即支路电流与支路电阻成反比。即支路电阻消耗的功率与支路电阻成反比。1221RRII1221RRPP21111RRRab21III21UU 3.分流系数与分压系数

5、 分流系数 由于R1的分流作用，使输出电流 I2小于输入电流I，即图2-5+-R1R2I2II1IRRRRRRRRII2112212121 这里 称为“分流系数”。211RRR 分压系数 由于R1,R2的分压作用，使输出电压 U小于输入电压，即这里 称为“分压系数”。+-UU2R1R2I图2-6URRRU2122 212RRR 2.3 电压源与电流源及其等效转换 一个电源可以用两种不同的电路模型来表示，即 电压源与电流源。1.电压源 任何一个电源，例如发电机，电池或其他信号源，都含有电动 势E和内阻R0，如图2-7所示。电源端电压为 若R0=0，则U=E，这样的电源称为理想电压源或称恒压源。恒

6、压源的端电压与输出电流I无关。0IREU (2-3)abUR0RLIE+-图2-72.电流源电源还可以用电流源表示，如图2-8所示。若R0=，IS=I，这样的电源称为理想电流源或称恒流源。根据克希荷夫定律，IRUIs 0图2-8abURLI+-ISR0电源电源0RU3.等效变换 由于是同一电源采用两种电路模型来描述，电压源与电流源 之间必有内在的联系，为此我们将式(2-4)改写成IRERU 00(2-4)(2-5)或写成 (2-6)对照公式(2-4)与(2-5)可见 即IS是电源的短路电流。注意：1.电压源与电流源的转换关系只对外电路等效，对电源 内部并不等效。2.实际的电压源(见图2-7)可

7、以看成是理想电压源E与电源 内阻R0的串联；实际的电流源(见图2-8)则可以看成是 理想电流源IS与电源内阻R0的并联。IRURE 000REIS 2.4 直流电路分析 电路分析是指已知的结构和参数，根据输入量求输出量。2.4.1支路电流法计算复杂电路时，支路电流法是最基本的分析方法。它是基尔霍夫定律的应用 支路电流法分析电路的步骤如下：1）标出各支路假定的电流方向；2）设定回路方向(是顺时针还是逆时针方向)；3）运用基尔霍夫第一定律列出节点电流方程；4）运用基尔霍夫第二定律列出回路电压方程 5）代入已知数，求解联立方程，确定各支路电流及其方向。例2-1 图2-9有三个支路，两个节点，三个电流

8、是未知数，为此我们应用基尔霍夫定律列出三个方程：9418403231321IIIIIII代入已知数得+-+-R1R2R318V9VI1I3I2E2E1 ab14 1 例2-1图例2-1图图2-9解方程，求得 AIAIAI336321 回路电压方程回路电压方程回路电压方程回路电压方程节点电流方程节点电流方程2332213311321EIRIREIRIRIII由于为I2负值，故实际电流方向与假定方向相反，如图2-10所示。18V9V ab14 1 6A3A6V3V12V3A例2-1计算结果例2-1计算结果 图2-10注意：本例有a、b两个节点，可以列出两个节点电流方程，但只有一个是独立的，另一个则

9、是非独立的。同样，因为有三个支路，可以构成三个回路(又称网孔)，列出三个回路电压方程，但只有两个是独立的。因此，在例中有三个独立方程，正好可以求出三个未知数。2.4.2 电路等效变换法v利用电源等效变换，将图2-11（a)电路中的电压源E1与电阻R1的串联等效为电流源与R1的并联；将电压源E2与电阻R2的串联等效为电流源与R2的并联，则可变为图2-11（b）。（a）电流源电路（b）等效图 图2-11电路变换2.4.3 其他分析方法 叠加原理指出，对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源(电压源或电流源)分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。在考虑各个电源单独作用时

10、，应令其余电源为零(电压源短路，电流源开路)。我们仍以图2-7电路为例，证明如下：例如对于支路I1,由支路电流法，I1I3R2R3I2R1E2E1 图2-12 33222331113210RIRIERIRIEIII解方程得 231322131313221321ERRRRRRRERRRRRRRRI (2-7)1.叠加定理式(2-7)中，第一项是E1单独作用时在第一支路产生的电流，而第二项E2是单独作用时在第一支路产生的电流。第二项电流其方向与I1的假定方向相反，故取负号。由E1单独作用时在第一支路产生的电流 ，可由图2-13求得 I 1313221323211/ERRRRRRRRRRREI 由E

11、2单独作用时在第一支路产生的电流 可由图2-14求得I 231322133133122/ERRRRRRRRRRRRREI 图2-13+-I1I3R2R3I2R1E1图2-14I1I3R2R3I2R1E2 111III 于是333III 222III 同样可以证明 注意：从数学上看，叠加原理就是线性方程的可加性，因为 由克希荷夫定律列出的电流电压方程均为线性方程。但是功率的计算不能应用叠加原理，这是由于(以R3功 率消耗为例）：R3的实际功率消为 而E1与E2分别作用时R3消耗的功率 与 显然 32333223)(RIIRIP 3233233233)(RIRIRII 33RI 33RI 2.戴维

12、南定理在电路分析中，有时只需要确定某一支路的电流。若利用克希荷夫定律求解显得复杂、繁琐，这时运用戴维南定理将使求解大为简化。戴维南定理指出：任何一个有源二端网络可以用一个具有恒定电动势E 和内阻R0 的等效电源电路来代替。此恒定电动势在数值上等于有源二端网络的开路电压U0 而内阻R0则等于该网络内所有电源都不起作用时(电压源短路，电流源开路)的无源二端网络的等效内阻。运用戴维南定理求解某一支路电流的步骤：(1)把复杂电路分成待求支路和有源二端网络两部分；(2)把待求支路断开，求出有源二端网络的开路电压U0；(3)将有源二端网络内各电压源短路(电流源开路),求出无源 二端网络的等效电阻R0；(4

13、)画出等效电源电路及该支路，用欧姆定律求解支路电流。例2-4 仍以图2-7电路为例，当我们只需求出某一支路(如欲 求R3支路)的电流，运用戴维南定理求解过程如下：R3R1E18V 1 4ab(a)R2E 19VR2R1E2E118V9V 11 abU0(b)R1R0R2ab 1 1(c)R3R0E13.5V 0.5 4ab(d)I3首先改画图2-7成图2-15(a)形式，把欲求支路分离开来。断开R3,求出ab两端的开路电压U0(如图2-13(b)所示),EVERRREEU 5.132221210图2-15再求出无源二端网络的等效电阻R0（如图2-15(c)所示）画出等效电源电路，如图2-15(d)所示，根据欧姆定律，5.021210RRRRR求出ARREI3303 注意：图2-15(d)左边的等效电源电路只对图2-15(a)虚线框内 的电路外特性等效。在电子电路中 电源的内阻R0也称为 输出电阻，戴维南定理又叫等效电源定理”或“有源二端 网络定理”。