電工基礎(chǔ)(第五版)第三章勞動版ppt課件

3 1基爾霍夫定律 3 2電壓源與電流源的等效變換 3 3戴維南定理 3 4疊加原理 1 了解復(fù)雜電路和簡單電路的區(qū)別 了解復(fù)雜電路的基本術(shù)語 2 掌握基爾霍夫第一定律的內(nèi)容 并了解其應(yīng)用 3 掌握基爾霍夫第二定律的內(nèi)容 并了解其應(yīng)用 3 1基爾霍夫定律 不能用電阻串 并聯(lián)化簡求解的電路稱為復(fù)雜電路 節(jié)點(diǎn)3條或3條以上連接有電氣元件的導(dǎo)線的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn) 一 復(fù)雜電路的基本概念 圖3 1復(fù)雜電路示例 支路電路中相鄰節(jié)點(diǎn)間的分支稱為支路 它由一個或幾個相互串聯(lián)的電氣元件所構(gòu)成 且每條支路中除了兩個端點(diǎn)外不再有其他節(jié)點(diǎn) 其中含有電源的支路稱為有源支路 不含電源的支路稱為無源支路 回路和網(wǎng)孔電路中任一閉合路徑都稱為回路 一個回路可能只含一條支路 也可能包含幾條支路 其中 在電路圖中不被其他支路所分割的最簡單的回路又稱獨(dú)立回路或網(wǎng)孔 網(wǎng)孔一定是回路 但回路不一定是網(wǎng)孔 基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律 它指出 在任一瞬間 流進(jìn)某一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和 即對任一節(jié)點(diǎn)來說 流入 或流出 該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零 二 基爾霍夫第一定律 流入總電流 流出總電流流入總水量 流出總水量 基爾霍夫第一定律 在應(yīng)用基爾霍夫第一定律求解未知電流時(shí) 可先任意假設(shè)支路電流的參考方向 列出節(jié)點(diǎn)電流方程 通?？蓪⒘鬟M(jìn)節(jié)點(diǎn)的電流取正 流出節(jié)點(diǎn)的電流取負(fù) 再根據(jù)計(jì)算值的正負(fù)來確定未知電流的實(shí)際方向 有些支路的電流可能是負(fù)的 這是由于所假設(shè)的電流方向與實(shí)際方向相反 例 圖示電路中 I1 2A I2 3A I3 2A 求電流I4 解 由基爾霍夫第一定律可知代入已知值可得 例 電路如圖所示 求電流I3 解 對A節(jié)點(diǎn)因?yàn)镮1 I2 所以I3 0 同理 對B節(jié)點(diǎn)因?yàn)镮4 I5 也得I3 0 由此可知 沒有構(gòu)成回路的單支路電流為零 基爾霍夫第一定律可以推廣應(yīng)用于任一假設(shè)的閉合面 廣義節(jié)點(diǎn) 或流入此閉合面的電流恒等于流出該閉合面的電流 廣義節(jié)點(diǎn) 例 下圖所示電路中 若電流IA 1A IB 5A ICA 2A 求電流IC IAB和IBC 解 由可得 三 基爾霍夫第二定律 基爾霍夫第二定律又稱回路電壓定律 它指出 在任一回路中 各段電路電壓降的代數(shù)和恒等于零 用公式表示為 電源電動勢之和 電路電壓降之和攀登總高度 下降總高度 基爾霍夫第二定律 基爾霍夫第二定律的另一種表示形式 在任一回路循環(huán)方向上 回路中電動勢的代數(shù)和恒等于電阻上電壓降的代數(shù)和 在用式 U 0時(shí) 凡電流的參考方向與回路循環(huán)方向一致者 該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓降取正 反之取負(fù) 電動勢也作為電壓來處理 即從電源的正極到負(fù)極電壓取正 反之取負(fù) 在用式 E IR時(shí) 電阻上電壓的規(guī)定與用式 U 0時(shí)相同 而電動勢的正負(fù)號則恰好相反 也就是當(dāng)循環(huán)方向與電動勢的方向 即由電源負(fù)極通過電源內(nèi)部指向正極 一致時(shí) 該電動勢取正 反之取負(fù) 四 支路電流法 例 下圖所示電路 E1 18V E2 9V R1 R2 1 R3 4 求各支路電流 解 1 標(biāo)出各支路電流參考方向和獨(dú)立回路的循環(huán)方向 應(yīng)用基爾霍夫第一定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程 2 應(yīng)用基爾霍夫第二定律列出回路電壓方程對于回路1有對于回路2有 整理得聯(lián)立方程 3 解聯(lián)立方程得電流方向都和假設(shè)方向相同 這種以支路電流為未知量 依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程 然后聯(lián)立求解的方法稱為支路電流法 支路電流參考方向和獨(dú)立回路循環(huán)方向可以任意假設(shè) 繞行方向一般取與電動勢方向一致 對具有兩個以上電動勢的回路 則取較大電動勢的為循環(huán)方向 在上例電路中 雖然有三條支路 但只有兩個節(jié)點(diǎn) 求解這一類電路時(shí) 可以先求出兩個節(jié)點(diǎn)間的電壓 然后再求各支路電流 節(jié)點(diǎn)電壓法 1 理解電壓源和電流源的特點(diǎn) 2 能正確進(jìn)行電壓源和電流源之間的等效變換 3 2電壓源與電流源的等效變換 通常把內(nèi)阻為零的電源稱為理想電壓源 又稱恒壓源 其符號如圖所示 理想電壓源在實(shí)際中并不存在 電源都會有一定的內(nèi)阻 在分析電路時(shí) 可以把一個實(shí)際電源用一個恒壓源和內(nèi)阻串聯(lián)表示 稱為電壓源模型 簡稱電壓源 一 電壓源 理想電壓源 恒壓源 電壓源模型 二 電流源 通常把內(nèi)阻無窮大的電源稱為理想電流源 又稱恒流源 實(shí)際中理想電流源并不存在 在分析電路時(shí) 可以把一個實(shí)際電源用一個恒流源和內(nèi)阻并聯(lián)表示 稱為電流源模型 簡稱電流源 理想電流源 恒流源 電流源模型 三 電壓源與電流源的等效變換 同一電源的兩種電源模型應(yīng)對外等效 那么它們對相同的電阻R應(yīng)產(chǎn)生相同的作用效果 即負(fù)載電阻應(yīng)得到相同的電壓U和電流IL 并且電源的內(nèi)阻r也應(yīng)相等 電壓源與電流源的等效變換 例 將圖a中的電壓源轉(zhuǎn)換為電流源 將圖b中的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源 電壓源與電流源等效變換時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 1 電壓源正負(fù)極參考方向與電流源電流的參考方向在變換前后應(yīng)保持一致 2 兩種實(shí)際電源等效變換是指外部等效 對外部電路各部分的計(jì)算是等效的 但對電源內(nèi)部的計(jì)算是不等效的 3 理想電壓源與理想電流源不能進(jìn)行等效變換 例 電路如圖a所示 用電源變換的方法求R3支路的電流 受控源 前面所討論的電源都是獨(dú)立電源 簡稱獨(dú)立源 獨(dú)立源所提供的電壓或電流都是由電源本身決定的 與電源之外的其他電路無關(guān) 而受控源的電壓或電流則要受其他電路的電壓或電流的控制 為了與獨(dú)立源相區(qū)別 受控源的圖形符號用菱形表示 受控電壓源受控電流源受控源的圖形符號 受控源是一種四端元件 一對是輸入端 另一對是輸出端 輸出受輸入的控制 因此 輸入量稱為控制量 輸出量稱為受控量 根據(jù)控制量是電壓還是電流 受控源是電壓源還是電流源 受控源可分為四種類型 電壓控制電壓源 VCVS 電壓控制電流源 VCCS 電流控制電壓源 CCVS 電流控制電流源 CCCS 晶體三極管及其等效的受控源模型 1 理解戴維南定理 并能應(yīng)用于分析計(jì)算電路 2 理解負(fù)載獲得最大功率的條件和功率匹配的概念 3 3戴維南定理 一 戴維南定理 如果一個復(fù)雜電路 并不需要求所有支路的電流 而只要求某一支路的電流 在這種情況下 可以先把待求支路移開 而把其余部分等效為一個電壓源 這樣計(jì)算就很簡便了 戴維南定理所給出的正是這種方法 所以戴維南定理又稱等效電壓源定理 這種等效電壓源電路也稱戴維南等效電路 等效電路 任何具有兩個引出端的電路 也稱網(wǎng)絡(luò) 都可稱為二端網(wǎng)絡(luò) 若在這部分電路中含有電源 就稱為有源二端網(wǎng)絡(luò) 否則就稱為無源二端網(wǎng)絡(luò) 有源二端網(wǎng)絡(luò)無源二端網(wǎng)絡(luò) 利用戴維南定理求解的步驟如下 1 戴維南定理只適用于線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 若有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有非線性電阻 則不能應(yīng)用戴維南定理 2 在畫等效電路時(shí)電壓源參考方向應(yīng)與選定的有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓參考方向一致 例 電橋電路如圖a所示 已知R1 10 R2 2 5 R3 5 R4 20 E 12 5V 內(nèi)阻不計(jì) R5 69 求電阻R5上通過的電流 解 1 先移開R5支路 求開路電壓UAB 如圖b所示 2 再求等效電阻RAB 注意要將電源除去 視為短路 如圖c所示 3 畫出等效電路 并將R5接入 如圖d所示 則 二 電源向負(fù)載輸出的功率 負(fù)載獲得最大功率的條件是 負(fù)載電阻與電源的內(nèi)阻相等 即R r 這時(shí)負(fù)載獲得的最大功率為 由于負(fù)載獲得最大功率也就是電源輸出最大功率 因而這一條件也是電源輸出最大功率的條件 當(dāng)電動勢和內(nèi)阻均為恒定時(shí) 負(fù)載功率P隨負(fù)載電阻R變化的關(guān)系曲線如圖所示 負(fù)載獲得最大功率的條件 結(jié)論并不僅限于實(shí)際電源 它同樣適用于有源二端網(wǎng)絡(luò)變換而來的等效電壓源 例 圖a所示電路中 電源電動勢E 6V 內(nèi)阻r 10 電阻R1 10 要使R2獲得最大功率 R2的阻值應(yīng)為多大 這時(shí)R2獲得的功率是多少 解 1 移開R2支路 將左邊電路看成有源二端網(wǎng)絡(luò) 圖b 2 將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效變換成電壓源 圖c 3 R2 r0 5 時(shí) R2可獲得最大功率 圖d 當(dāng)負(fù)載電阻與電源內(nèi)阻相等時(shí) 稱為負(fù)載與電源匹配 這時(shí)負(fù)載上和電源內(nèi)阻上消耗的功率相等 電源的效率即負(fù)載功率與電源輸出總功率之比只有50 在電子電路中 因?yàn)樾盘栆话愫苋?常要求從信號源獲得最大功率 因而必須滿足匹配條件 在負(fù)載電阻與信號源內(nèi)阻不等的情況下 為了實(shí)現(xiàn)匹配 往往要在負(fù)載之前接入變換器 未接變換器前輸出功率小接入變換器后輸出功率大變換器的作用 1 了解疊加原理的內(nèi)容和適用條件 2 能正確使用疊加原理分析計(jì)算電路 3 4疊加原理 實(shí)際電路設(shè)E1單獨(dú)作用設(shè)E2單獨(dú)作用疊加原理 解含有幾個獨(dú)立源的復(fù)雜電路時(shí) 可將其分解為幾個獨(dú)立源單獨(dú)作用的簡單電路來研究 然后將計(jì)算結(jié)果疊加 求得原電路的實(shí)際電流 電壓 這一原理稱為疊加原理 應(yīng)用疊加原理解題步驟如下 計(jì)算功率不能采用疊加原理直接疊加 1 疊加原理只適用于線性電路 2 計(jì)算某一獨(dú)立電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電流 或電壓 時(shí) 應(yīng)將電路中其他獨(dú)立恒壓源視為短路 即令US 0 其他獨(dú)立恒流源視為開路 即令I(lǐng)S 0 所有獨(dú)立源的內(nèi)阻都應(yīng)保留不變 3 在進(jìn)行疊加時(shí) 要注意各個分量在電路圖中所標(biāo)出的參考方向 若所求分量的參考方向與圖中總量的參考方向一致 疊加時(shí)取正號 相反時(shí)取負(fù)號 4 疊加原理只能用來計(jì)算線性電路中的電流或電壓 但功率P不能用疊加原理計(jì)算 因?yàn)楣β逝c電流 或電壓 之間不是線性關(guān)系 本章小結(jié) 1 基爾霍夫第一定律 反映了節(jié)點(diǎn)上各支路電流之間的關(guān)系 其表達(dá)式為 I進(jìn) I出 2 基爾霍夫第二定律 反映了回路中各元件電壓之間的關(guān)系 其表達(dá)式為 E IR 3 支路電流法是以支路電流為未知量 依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程 然后聯(lián)立方程 求出各支路電流 如果電路有m條支路 n個節(jié)點(diǎn) 即可列出 n 1 個獨(dú)立節(jié)點(diǎn)電流方程和 m n 1 個獨(dú)立回路電壓方程 4 電壓源與電流源的外特性相同時(shí) 對外電路來說 這兩個電源是等效的 電壓源變換為電流源 內(nèi)阻r阻值不變 但要將其改為并聯(lián) 電流源變換為電壓源 內(nèi)阻r