电工电子技术基础（第二版）课件第1章 直流电路.ppt

1、 为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式组合起来的电流的通路称为电路。一定方式组合起来的电流的通路称为电路。n一：进行能量的转换、传输和分配。一：进行能量的转换、传输和分配。n二：实现信号的传递、存储和处理。二：实现信号的传递、存储和处理。电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流的大小用表示，简称电流。表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写大写 I 表示直流电流表示直流电流小写小写 i 表示电流的一般符号表示电流的一般符号dtdqi 正电荷运动方向规定为正

2、电荷运动方向规定为电流的实际方向电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为任意假设的电流方向称为电流的参考方向电流的参考方向。如果求出的电流值为正，说明参考方向如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。方向相反。电路中电路中a a、b b点两点间的点两点间的电压电压定义为单位正定义为单位正电荷由电荷由a a点移至点移至b b点电场力所做的功。点电场力所做的功。dqdWuabab 电路中某点的电路中某点的电位电位定义为单位正电荷由该定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所

3、做的功。点移至参考点电场力所做的功。电路中电路中a a、b b点两点间的电压等于点两点间的电压等于a a、b b两点两点的电位差的电位差。baabuuu电压的实际方向电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为可任选一方向为电压的参考方向电压的参考方向例：例：当当ua=3V ub=2V时时u1=1V最后求得的最后求得的u为正值，说明电压的实际为正值，说明电压的实际方向方向与参考与参考方向方向一致，否则说明两者相反。一致，否则说明两者相反。u2=1V 对一个元件，电流参考方向和电压参考对一个元件，电流参考

4、方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称起见，常常将其取为一致，称关联方向关联方向；如；如不一致，称不一致，称非关联方向非关联方向。如果采用关联方向，在标示时标出一种即如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。电动势是衡量外力即非静电力做功能力电动势是衡量外力即非静电力做功能力的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从的物理量。外力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源的负极搬运到正极所做的功，称为电源电源的电动势的电动势。d

5、qdWe 电动势的实际方向与电压实际方向相反，电动势的实际方向与电压实际方向相反，规定为由负极指向正极。规定为由负极指向正极。电场力在单位时间内所做的功称为电场力在单位时间内所做的功称为电功率电功率，简称功率。简称功率。dtdWp 功率与电流、电压的关系：功率与电流、电压的关系：关联方向时：关联方向时：p=ui非关联方向时：非关联方向时：p=uip0时吸收功率，时吸收功率，p0时放出功率。时放出功率。：求图示各元件的功率：求图示各元件的功率.（a）关联方向，关联方向，P=UI=52=10W，P0，吸收吸收10W功率。功率。（b）关联方向，关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收吸收10

6、W功率。功率。伏安关系（欧姆定律）：伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：关联方向时：u=Ri非关联方向时：非关联方向时：u=Ri符号：符号：功率：功率：RuRiuip22电阻元件是一种消耗电能的元件。电阻元件是一种消耗电能的元件。伏安关系：伏安关系：符号：符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。件，是实际电感器的理想化模型。dtdiLu dtdiLu称为电感元件的电感，单位是亨利（）。称为电感元件的电感，单位是亨利（）。只有电感上的电流变化时，只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使

7、有电流电路中，电感上即使有电流通过，但，相当于短通过，但，相当于短路。路。电容元件是一种能够贮存电场能量的元电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。件，是实际电容器的理想化模型。伏安关系：伏安关系：符号：符号：dtduCi dtduCi只有电容上的电压变化时，电只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但中，电容上即使有电压，但，相当于开路，即，相当于开路，即 电容具电容具有有隔直作用隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。）。（1）伏安关系）伏安关系u=uS 端电压为端

8、电压为us，与流过电与流过电压源的电流无关，由电压源的电流无关，由电源本身确定，电流任意源本身确定，电流任意，由外电路确定。，由外电路确定。：i=iS流过电流为流过电流为is，与电源与电源两端电压无关，由电两端电压无关，由电源本身确定，电压任源本身确定，电压任意，由外电路确定。意，由外电路确定。（2）特性曲线与符号）特性曲线与符号电路中通过同一电流的每个分支称为电路中通过同一电流的每个分支称为。3条或条或3条以上支路的连接点称为条以上支路的连接点称为。电路中任一闭合的路径称为电路中任一闭合的路径称为。图示电路有图示电路有3条条支路，支路，2个节点，个节点，3个回路。个回路。在任一瞬时，流入任一

9、节点的电流之和必在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。定等于从该节点流出的电流之和。出入ii 在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和恒等于零。恒等于零。0i可假定流入节点的电流为正，流出节点可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。的电流为负；也可以作相反的假定。所有电流均为正。所有电流均为正。KCL通常用于节点，但是对于包围通常用于节点，但是对于包围几个节点的闭合面也是适用的。几个节点的闭合面也是适用的。例：列出下图中各节点的例：列出下图中各节点的KCL方程方程解：取流入为正解：取流入为正以上三式相加：以上

10、三式相加：i1 i2i3 0 节点节点a i1i4i60节点节点b i2i4i50节点节点c i3i5i60 在任一瞬时，在任一回路上的电位升在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。之和等于电位降之和。在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。恒等于零。降升uu电压参考方向与回路绕行方向一致时电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。取正号，相反时取负号。所有电压均为正。所有电压均为正。0u 对于电阻电路，回路中电阻上电压降对于电阻电路，回路中电阻上电压降的代数和等于回路中的电压源电压的代数的代数和等于回路中的电压源电压的代数和。和。

11、suiR 在运用上式时，电流参考方向与回路在运用上式时，电流参考方向与回路绕行方向一致时绕行方向一致时iR前取正号，相反时取负前取正号，相反时取负号；电压源电压方向与回路绕行方向一致号；电压源电压方向与回路绕行方向一致时时us前取负号，相反时取正号。前取负号，相反时取正号。KVL通常用于通常用于闭合闭合回路，但回路，但也可推也可推广应用到任一不闭合的电路上广应用到任一不闭合的电路上。0111222333sssabuRiuRiRiuu例：列出下图的例：列出下图的KVL方程方程nRRRR21n个电阻串联可等效为一个电阻个电阻串联可等效为一个电阻分压公式分压公式uRRiRukkk两个电阻串联时两个电

12、阻串联时uRRRu2111uRRRu2122n个电阻并联可等效为一个电阻个电阻并联可等效为一个电阻nRRRR111121分流公式分流公式两个电阻并联时两个电阻并联时iRRRuikkkiRRRi2121iRRRi2112 支路电流法是以支路电流为未知量，直支路电流法是以支路电流为未知量，直接应用接应用KCL和和KVL，分别对节点和回路列出分别对节点和回路列出所需的方程式，然后联立求解出各未知电流。所需的方程式，然后联立求解出各未知电流。一个具有一个具有b条支路、条支路、n个节点的电路，根个节点的电路，根据据KCL可列出（可列出（n1）个独立的节点电流方个独立的节点电流方程式，根据程式，根据KVL

13、可列出可列出b(n1)个独立的回个独立的回路电压方程式。路电压方程式。图示电路图示电路（2）节点数）节点数n=2，可列出可列出21=1个独个独立的立的KCL方程。方程。（1）电路的支路）电路的支路数数b=3，支路电流支路电流有有i1、i2、i3三个。三个。（3）独立的）独立的KVL方程数为方程数为3(21)=2个。个。13311suRiRi回路回路I23322suRiRi回路回路0321iii节点节点a 解得：解得：i1=1A i2=1Ai10说明其实际方向与图示方向相反。说明其实际方向与图示方向相反。对节点对节点a列列KCL方程：方程：i2=2+i1例：如图所示电路，用支路电流法求各支路例：

14、如图所示电路，用支路电流法求各支路电流及各元件功率。电流及各元件功率。解：解：2个电流变量个电流变量i1和和i2，只需列只需列2个方程。个方程。对图示回路列对图示回路列KVL方程：方程：5i1+10i2=5各元件的功率：各元件的功率：5电阻的功率：电阻的功率：p1=5i12=5(1)2=5W 10电阻的功率：电阻的功率：p2=10i22=512=10W 5V电压源的功率：电压源的功率：p3=5i1=5(1)=5W 因为因为2A电流源与电流源与10电阻并联，故其两端的电阻并联，故其两端的电压为：电压为：u=10i2=101=10V，功率为：功率为：p4=2u=210=20W 由以上的计算可知，由

15、以上的计算可知，2A电流源发出电流源发出20W功率功率，其余，其余3个元件总共吸收的功率也是个元件总共吸收的功率也是20W，可见可见电路功率平衡。电路功率平衡。对只有两个节点的电路，可用弥尔曼公对只有两个节点的电路，可用弥尔曼公式直接求出两节点间的电压。式直接求出两节点间的电压。RiRuuss1ab如图电路，根据如图电路，根据KCL有：有：i1+i2-i3-is1+is2=0设节点设节点ab间电压为间电压为uab，则有：则有：3ab32ab221ab11RuiRuuiRuuiss321212211ab111RRRiiRuRuussss因此可得：因此可得：例：用节点电压法求图示电路中节点例：用节

16、点电压法求图示电路中节点a的电位的电位ua。+15V 34+8Vaa+15V+8V6V6 6V+(a)电路(b)图(a)还原后的电路34644V6416141316648315au解：解：求出求出ua后，可用后，可用欧姆定律求各支欧姆定律求各支路电流。路电流。实际电源的伏安特性实际电源的伏安特性oIRUUs或或oRUIIs 电压源：电压源：恒压源恒压源Us和内阻和内阻Ro串联串联 电流源：电流源：恒流源恒流源Is和内阻和内阻Ro并联并联同一个实际电源的两种模型对同一个实际电源的两种模型对等效，等效，等效条件为：等效条件为：oRUIssoRIUss或或且两种电源模型的内阻相等且两种电源模型的内阻

17、相等例：用电源模型等效变换的方法求图（例：用电源模型等效变换的方法求图（a）电路电路的电流的电流i1和和i2。解：将原电路变换为图（解：将原电路变换为图（c）电路，由此可得：电路，由此可得：(a)电路2Ai1i2 +5V 105(b)(a)的等效电路2Ai21051A3Ai210 5(c)(b)的等效电路A1351052iA121221 ii例 1.8 试用电压源与电流源等效变换的方法计算图 1.28（a）中的电流 I。解 根据图 1.28的变换次序，最后化简为图 1.28（e）所示的电路。由图 1.28（e）可得：2.0642I（A）2A+6V-32AI6623A32AI6623A（a）例

18、2.7的电路 （b）电压原变换为电流源+8V-4AI2623AI262+6V-+2V-I46 （c）恒流源等效变换 （d）电流源变换为电压源 （e）恒压源等效变换图 1.28 例 1.8的图在任何由线性电阻、线性受控源及独立源在任何由线性电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压等于每组成的电路中，每一元件的电流或电压等于每一个独立源单独作用于电路时在该元件上所产一个独立源单独作用于电路时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。这就是生的电流或电压的代数和。这就是。：当某一独立源单独作用时，其他独立当某一独立源单独作用时，其他独立源置零源置零。开路短路0 0SSIu例：例：求求

19、I解：应用叠加定理解：应用叠加定理R12AIR2A224 IA12222 IA211I4VR1R22A22IR1R2I4V对外电路来说，任何一个线性有源二端网对外电路来说，任何一个线性有源二端网络，都可以用一条含源支路即电压源和电阻串络，都可以用一条含源支路即电压源和电阻串联的支路来代替，其电压源电压等于线性有源联的支路来代替，其电压源电压等于线性有源二端网络的开路电压二端网络的开路电压uOC，电阻等于线性有源电阻等于线性有源二端网络除源后两端间的等效电阻二端网络除源后两端间的等效电阻Ro。这就是这就是。NabusRoab+(a)电路(b)求开路电压的电路3+24V663 I3+24V662A

20、+UOC2A例：用戴维南定理求图示电路的电流例：用戴维南定理求图示电路的电流I。解：解：(1)断开待求支路，得有源二端网络如断开待求支路，得有源二端网络如图图(b)所示。由图可求得开路电压所示。由图可求得开路电压UOC为：为：V181262466632OCU636Ro(c)求串联电阻的电路(2)将图将图(b)中的电压源短路，电流源开路，得中的电压源短路，电流源开路，得除源后的无源二端网络如图除源后的无源二端网络如图(c)所示，由图可所示，由图可求得等效电阻求得等效电阻Ro为：为：63366663oR I 18V63(d)图(a)的等效电路 +UOC Ro(3)根据根据UOC和和Ro画出戴维南等效电路并接画出戴维南等效电路并接上待求支路，得图上待求支路，得图(a)的等效电路，如图的等效电路，如图(d)所示，由图可求得所示，由图可求得I为：为：A23618I