电路基础电子教案第二章电阻电路分析课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《电路基础电子教案第二章电阻电路分析课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电路 基础 电子 教案 第二 电阻 分析 课件
- 资源描述:
-
1、电路基础电路基础(第第2版版)电子教案电子教案第二章第二章 电阻电路分析电阻电路分析21 电阻单口网络电阻单口网络 22 电阻的星形联结与三角形联结电阻的星形联结与三角形联结23 网孔分析法网孔分析法24 节点分析法节点分析法25 含受控源的电路分析含受控源的电路分析26 简单非线性电阻电路分析简单非线性电阻电路分析 第二章 电阻电路分析 本章先介绍线性电阻单口网络的电压电流关系和单口网络的等效电路。然后讨论线性电阻的Y形联接和联接。再介绍线性电阻电路的网孔分析和节点分析,最后讨论简单非线性电阻电路的分析。21 电阻单口网络 单口网络:只有两个端钮与其它电路相连接的网络,称为二端网络。当强调二
2、端网络的端口特性,而不关心网络内部的情况时,称二端网络为单口网络,简称为单口(One-port)。电阻单口网络的特性由端口电压电流关系(简称为VCR)来表征(它是u-i平面上的一条曲线)。N1N2等效VCR相同 等效单口网络:当两个单口网络的VCR关系完全相同时,称这两个单口网络是互相等效的。单口的等效电路:根据单口VCR方程得到的电路,称为单口的等效电路如图(b)和图(c)所示。单口网络与其等效电路的端口特性完全相同。利用单口网络的等效来简化电路分析:将电路中的某些单口网络用其等效电路代替时,不会影响电路其余部分的支路电压和电流,但由于电路规模的减小,则可以简化电路的分析和计算。一、线性电阻
3、的串联和并联 1线性电阻的串联 两个二端电阻首尾相连,各电阻流过同一电流的连接方式,称为电阻的串联。图(a)表示n个线性电阻串联形成的单口网络。用2b方程求得端口的VCR方程为 RiiRRRRiRiRiRiRuuuuunnnn )(321332211321其中 1)(2 1 nkkRiuR 上式表明n个线性电阻串联的单口网络,就端口特性而言,等效于一个线性二端电阻,其电阻值由上式确定。2线性电阻的并联 两个二端电阻首尾分别相连,各电阻处于同一电压下的连接方式,称为电阻的并联。图(a)表示n个线性电阻的并联。求得端口的VCR方程为 上式表明n个线性电阻并联的单口网络,就端口特性而言,等效于一个线
4、性二端电阻,其电导值由上式确定。GuuGGGGuGuGuGuGiiiiinnnn )(321332211321其中 2)2(1 nkkGuiG 两个线性电阻并联单口的等效电阻值,也可用以下公式计算 3)(2 2121RRRRR 3线性电阻的串并联 由若干个线性电阻的串联和并联所形成的单口网络,就端口特性而言,等效于一个线性二端电阻,其等效电阻值可以根据具体电路,多次利用电阻串联和并联单口网络的等效电阻公式(21)和(22)计算出来。例2-1 电路如图(a)所示。已知R1=6,R2=15,R3=R4=5。试求ab两端和cd两端的等效电阻。为求Rab,在ab两端外加电压源,根据各电阻中的电流电压是
5、否相同来判断电阻的串联或并联。5510156612 104334RRR 610151015342342234RRRRR 12662341abRRR 125515)55(156)(4324321abRRRRRRRR 显然,cd两点间的等效电阻为 45155)515(5)(423423cdRRRRRRR1555二、独立电源的串联和并联)42(1SS nkkuu 根据独立电源的VCR方程和 KCL、KVL方程可得到以下公式:1n个独立电压源的串联单口网络,如图2-13(a)所示,就端口特性而言,等效于一个独立电压源,其电压等于各电压源电压的代数和 其中与uS参考方向相同的电压源uSk取正号,相反则取
6、负号。nkkuu1SS 2.n个独立电流源的并联单口网络,如图2-14(a)所示,就端口特性而言,等效于一独立电流源,其电流等于各电流源电流的代数和)52(1SS nkkii 与iS参考方向相同的电流源iSk取正号,相反则取负号。就电路模型而言,不要将两个电压源并联;也不要将两个电流源串联,否则会导致电路没有惟一解。就实际电源而言,两个电动势不同的电池可以并联。此时,电流在内阻上的压降将保持电池的端电压相等,不会违反KVL方程。实验室常用的晶体管直流稳压电源的内阻非常小,当两个输出电压不同的直流稳压电源并联时,过大的电流将可能超过电源的正常工作范围,以致损坏电源设备。例2-2 图(a)电路中。
7、已知uS1=10V,uS2=20V,uS3=5V,R1=2,R2=4,R3=6和RL=3。求电阻RL的电流和电压。将三个串联的电阻等效为一个电阻,其电阻为 12624312RRRR 由图(b)电路可求得电阻RL的电流和电压分别为:V3A13 A1312V15LLS iRuRRui解:为求电阻RL的电压和电流,可将三个串联的电压源等 效为一个电压源,其电压为 V15V5V10V20S3S1S2S uuuu例2-3 电路如图(a)所示。已知iS1=10A,iS2=5A,iS3=1A,G1=1S,G2=2S和G3=3S,求电流i1和i3。解:为求电流i1和i3,可将三个并联的电流源等效为一个电 流源
8、,其电流为 A6A1A5A10S3S2S1S iiii 得到图(b)所示电路,用分流公式求得:A3A63213A1A63211S32133S32111 iGGGGiiGGGGi三、含独立电源的电阻单口网络 一般来说,由一些独立电源和一些线性电阻元件组成的线性电阻单口网络,就端口特性而言,可以等效为一个线性电阻和电压源的串联,或者等效为一个线性电阻和电流源的并联。可以通过计算端口VCR方程,得到相应的等效电路。例2-4 图(a)所示单口网络中。已知uS=6V,iS=2A,R1=2,R2=3。求单口网络的VCR方程,并画出单口网络的等效电路。解:在端口外加电流源i,写出端口电压的表达式 ocoS1
9、S212S1S )()(uiRiRuiRRiRiiRuu 其中:V10A22V65321oc21o SSiRuuRRR 根据上式所得到的单口网络等效电路是电阻Ro和电压源uoc的串联,如图(b)所示。其VCR曲线,如图(c)所示。例25 图(a)所示单口网络中,已知uS=5V,iS=4A,G1=2S,G2=3S。求单口网络的VCR方程,并画出单口的等效电路。解:在端口外加电压源u,用2b 方程写出端口电流的表达式为 scoS1S21S12S )()()(iuGuGiuGGuuGuGii 其中:A14V5S2A4S5S3S2S1Ssc21o uGiiGGG 根据上式所得到的单口等效电路是电导Go
10、和电流源iSC的并联,如图(b)所示。其VCR曲线,如图(c)所示。例2-6 求图(a)和(c)所示单口的VCR方程,并画出单 口网络的等效电路。解:图(a)所示单口的VCR方程为 iuuS 根据电压源的定义,该单口网络的等效电路是一个电压为uS的电压源,如图(b)所示。图(c)所示单口VCR方程为 uiiS 根据电流源的定义,该单口网络的等效电路是一个电流为iS的电流源,如图(d)所示。四、含源线性电阻单口两种等效电路的等效变换7)-(2 6)-(2 scoocoiuGiuiRu 相应的两种等效电路,如图(b)和(c)所示。8)-(2 11scooiGiGu 含源线性电阻单口可能存在两种形式
11、的VCR方程,即 式(2-7)改写为oocscscoocoo 1RuiiRuGR 或或 单口网络两种等效电路的等效变换可用下图表示。令式(26)和(28)对应系数相等,可求得等效条件为7)-(2 6)-(2 scoocoiuGiuiRu 8)-(2 11scooiGiGu 例27 用电源等效变换求图(a)单口网络的等效电路。将电压源与电阻的串联等效变换为电流源与电阻的并联。将电流源与电阻的并联变换为电压源与电阻的串联等效。当电路的支路和节点数目增加时,电路方程数目也将增加,给求解带来困难。假如电路中的某个线性电阻单口网络能够用其等效电路来代替时,可以使电路的支路数和节点数减少,从而简化电路分析
12、。由于单口网络与其等效电路的VCR方程完全相同,这种代替不会改变端口和电路其余部分的电压和电流。当仅需求解电路某一部分的电压和电流时,常用这种方法来简化电路分析,现举例加以说明。五、用单口等效电路简化电路分析 例28 求图(a)所示电路中电流i。解:可用电阻串并联公式化简电路。具体计算步骤如下:先求出3和1电阻串联再与4电阻并联的等效电阻Rbd 2134)13(4bdR 得到图(b)电路。再求出6和2电阻串联再与8并联的等效电阻Rad 4268)26(8adR 得到图(c)电路。由此求得电流 A2412V32 i 例29 求图(a)所示电路中电压u。(2)再将电流源与电阻并联等效为一个电压源与
13、电阻串联,得到图(c)所示单回路电路。由此求得 V22)432(8)V203(u解:(1)将1A电流源与5电阻的串联等效为1A电流源。20V电压源与10电阻并联等效为20V电压源,得到图(b)电路。2-2 电阻的星形联结与三角形联结电阻的星形联结与三角形联结 电阻的星形联结电阻的星形联结:将三个电阻的一端连在一起,另一端分别与外电路的三将三个电阻的一端连在一起,另一端分别与外电路的三个结点相连,就构成星形联结,又称为个结点相连,就构成星形联结,又称为Y形联结,如图形联结,如图(a)所示。所示。电阻的三角形联结电阻的三角形联结:将三个电阻首尾相连,形成一个三角形,三角形的三将三个电阻首尾相连,形
14、成一个三角形,三角形的三个顶点分别与外电路的三个结点相连,就构成三角形联结,又称为个顶点分别与外电路的三个结点相连,就构成三角形联结,又称为形联结,形联结,如图如图(b)所示。所示。电阻的星形联结和电阻的三角形联结是一种电阻三端网络,电阻三端网络电阻的星形联结和电阻的三角形联结是一种电阻三端网络,电阻三端网络的特性是由端口电压电流关系来表征的,当两个电阻三端网络的电压电流关系的特性是由端口电压电流关系来表征的,当两个电阻三端网络的电压电流关系完全相同时,称它们为等效的电阻三端网络。将电路中某个电阻三端网络用它完全相同时,称它们为等效的电阻三端网络。将电路中某个电阻三端网络用它的等效电阻三端网络
15、代替时,不会影响端口和电路其余部分的电压和电流。的等效电阻三端网络代替时,不会影响端口和电路其余部分的电压和电流。电阻的星形联结或三角形联结构成一个电阻三端网络,它有两个独立的端口电电阻的星形联结或三角形联结构成一个电阻三端网络,它有两个独立的端口电流和两个独立的端口电压。电阻三端网络的端口特性,可用联系这些电压和电流流和两个独立的端口电压。电阻三端网络的端口特性,可用联系这些电压和电流的两个代数方程来表征。用外加两个电流源,计算端口电压表达式的方法,推导的两个代数方程来表征。用外加两个电流源,计算端口电压表达式的方法,推导出电阻星形联结和三角形联结网络的端口出电阻星形联结和三角形联结网络的端
16、口 VCR方程。方程。一、电阻的星形联结与三角形联结的电压电流关系一、电阻的星形联结与三角形联结的电压电流关系)()(213222213111iiRiRuiiRiRu )112()()(232132231311 iRRiRuiRiRRu 整理得到整理得到 对于电阻星形联结的三端网络,外加两个电流源对于电阻星形联结的三端网络,外加两个电流源i1和和i2。用。用2b方程求出端方程求出端口电压口电压u1和和u2的表达式为:的表达式为:对电阻三角形联结的三端网络,外加两个电流源对电阻三角形联结的三端网络,外加两个电流源i1和和i2,将电流源与电阻,将电流源与电阻的并联单口等效变换为一个电压源与电阻的串
17、联单口,得到图的并联单口等效变换为一个电压源与电阻的串联单口,得到图(b)电路,由此电路,由此得到得到 )()(1222322312232121311231131131231222313112iiRiRiRuiiRiRiRuRRRiRiRi)122()()(23123123112231312312312322312312312313123122312311 iRRRRRRiRRRRRuiRRRRRiRRRRRRu 将将i12表达式代入上两式,得到表达式代入上两式,得到 式式(211)和和(212)分别表示电阻星形联结和三角形联结网络的分别表示电阻星形联结和三角形联结网络的 VCR方程。方程。)
18、()(1222322312232121311231131131231222313112iiRiRiRuiiRiRiRuRRRiRiRi)122()()(23123123112231312312312322312312312313123122312311 iRRRRRRiRRRRRuiRRRRRiRRRRRRu 如果要求电阻星形联结和三角形联结等效,则要如果要求电阻星形联结和三角形联结等效,则要 求以上两个求以上两个VCR方程的对应方程的对应系数分别相等,即:系数分别相等,即:)132()()(312312311223323123123123331231223123131 RRRRRRRRRRR
19、RRRRRRRRRRR由此解由此解得得 )142(312312312333123122312231231212311 RRRRRRRRRRRRRRRRRR)112()()(232132231311 iRRiRuiRiRRu 电阻三角形联结等效变换为电阻星形联结的公式为电阻三角形联结等效变换为电阻星形联结的公式为 形形三三电电阻阻之之和和端端两两电电阻阻之之乘乘积积接接于于 iRi 当当R12=R23=R31=R 时,有时,有 RRRRR31321)142(312312312333123122312231231212311 RRRRRRRRRRRRRRRRRR)172(2133221311133
20、22123313322112 RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR 电阻星形联结等效变换为电阻三角形联结的公式为电阻星形联结等效变换为电阻三角形联结的公式为 端相连的电阻不与形电阻两两乘积之和mnRmn 由式由式(214)可解得:可解得:当当R1=R2=R3=RY时,有时,有 RRRRR3312312 在复杂的电阻网络中,利用电阻星形联结与电阻三角形联结网络的等效变在复杂的电阻网络中,利用电阻星形联结与电阻三角形联结网络的等效变换,可以简化电路分析。换,可以简化电路分析。例例210 求图求图(a)所示电路中电压所示电路中电压 u和电流和电流 i。解:将解:将3、5 和和2 三个电阻
21、构成的三角形网络等效变换三个电阻构成的三角形网络等效变换 为星形网络为星形网络图图(b),其电阻值由式,其电阻值由式(214)求得求得 152352 6.052323 5.152353321RRR 再用电阻串联和并联公式,求出连接到电压源两端单口的等效电阻再用电阻串联和并联公式,求出连接到电压源两端单口的等效电阻 5.2114.16.0)11)(4.16.0(5.1R 最后求得最后求得 A45.25.1V16V 10V165.25.15.2 iu23 网孔分析法网孔分析法 在第一章介绍的2b法,支路电流法和支路电压法可以解决任何线性电阻电路的分析问题。缺点是需要联立求解的方程数目太多,给笔算求
22、解带来困难。本节用独立电流和下一节用独立电压作变量来建立电路方程,可以减少联立求解方程的数目。在支路电流法一节中已述及,由独立电压源和线性电阻构成的电路,可用b个支路电流变量来建立电路方程。在b个支路电流中,只有一部分电流是独立电流变量,另一部分电流则可由这些独立电流来确定。若用独立电流变量来建立电路方程,则可进一步减少电路方程数。对于具有b条支路和n个结点的平面连通电路来说,它的(b-n+1)个网孔电流就是一组独立电流变量。用网孔电流作变量建立的电路方程,称为网孔方程。求解网孔方程得到网孔电流后,用 KCL方程可求出全部支路电流,再用VCR方程可求出全部支路电压。一、网孔电流 00 0632
23、521431 iiiiiiiii 326215314632521431 00 0iiiiiiiiiiiiiiiiii 若将电压源和电阻串联作为一条支路时,该电路共有6条支路和4个结点。对、结点写出KCL方程。支路电流i4、i5和i6可以用另外三个支路电流i1、i2和i3的线性组合来表示。电流i4、i5和i6是非独立电流,它们由独立电流i1、i2和i3的线性组合确定。这种线性组合的关系,可以设想为电流i1、i2和i3沿每个网孔边界闭合流动而形成,如图中箭头所示。这种在网孔内闭合流动的电流,称为网孔电流。对于具有b条支路和n个结点的平面连通电路来说,共有(b-n+1)个网孔电流,它是一组能确定全部
24、支路电流的独立电流变量。326215314632521431 00 0iiiiiiiiiiiiiiiiii二、网孔方程 3S4466332S6655221S445511uiRiRiRuiRiRiRuiRiRiR将以下各式代入上式,消去i4、i5和i6后可以得到:326215314 iiiiiiiii 网孔方程 3S314326332S326215221S31421511)()()()()()(uiiRiiRiRuiiRiiRiRuiiRiiRiR1S34251541)(uiRiRiRRR S236265215)(uiRiRRRiR 3S36432614)(uiRRRiRiR 以图示网孔电流方向
25、为绕行方向,写出三个网孔的KVL方程分别为:将网孔方程写成一般形式:S3333323213122S32322212111S313212111uiRiRiRuiRiRiRuiRiRiR 其中R11,R22和R33称为网孔自电阻,它们分别是各网孔内全部电阻的总和。例如R11=R1+R4+R5,R22=R2+R5+R6,R33=R3+R4+R6。Rkj(kj)称为网孔k与网孔j的互电阻,它们是两网孔公共电阻的正值或负值。当两网孔电流以相同方向流过公共电阻时取正号,例如R12=R21=R5,R13=R31=R4。当两网孔电流以相反方向流过公共电阻时取负号,例如R23=R32=-R6。uS11、uS22
展开阅读全文