模塊一測(cè)量分析電阻電路

1、電路基礎(chǔ)分析主編 何碧貴中國(guó)水利水電出版社模塊一模塊一模塊一模塊一 測(cè)量分析電阻電路測(cè)量分析電阻電路v教學(xué)要求教學(xué)要求1、掌握簡(jiǎn)單電阻電路的連接方法，建立理、掌握簡(jiǎn)單電阻電路的連接方法，建立理想電路模型概念。想電路模型概念。2、掌握測(cè)量電阻電路中電流、電壓的方法。、掌握測(cè)量電阻電路中電流、電壓的方法。3、正確使用基爾霍夫定律分析電阻電路。、正確使用基爾霍夫定律分析電阻電路。4、掌握受控源分析方法。、掌握受控源分析方法。5、能進(jìn)行實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的等效、能進(jìn)行實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的等效變換。變換。 任務(wù)一任務(wù)一 測(cè)量分析簡(jiǎn)單的電阻電路測(cè)量分析簡(jiǎn)單的電阻電路 1.1.1 電路模型的建立電路

2、模型的建立1. 電路的定義及功能電路的定義及功能 電路是電流的流通的路徑。電路的基本功能是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和分配或者電信號(hào)的產(chǎn)生、 傳輸、 處理加工及利用。 2. 對(duì)實(shí)際電路元件理想化的意義對(duì)實(shí)際電路元件理想化的意義 為了分析電路方便起見(jiàn)， 在一定條件下對(duì)實(shí)際電路元(器)件加以近似化， 用一些以表示實(shí)際電路元(器)件主要物理性質(zhì)的模型來(lái)代替實(shí)際電路元(器)件。 構(gòu)成模型的元(器)件稱為理想電路元件。 3. 三種理想電路元件三種理想電路元件 常用的三種最基本的理想元件是： 電阻元件電阻元件 、電容元件電容元件、電感元件。電感元件。理想元件圖理想元件圖 4. 電路模型電路模型 所謂電路模型，就是把實(shí)

3、際電路的本質(zhì)抽象出來(lái)所構(gòu)成的理想化了的電路。將電路模型用規(guī)定的理想元件符號(hào)畫(huà)在平面上形成的圖形稱作電路圖。 圖1.1就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的實(shí)際電路與電路模型。 圖1.1一個(gè)最簡(jiǎn)單的電路圖 1.1.2 分析電流、電壓、電功率分析電流、電壓、電功率 電流及其參考方向電流及其參考方向 1. 電流的表達(dá)式及單位電流的表達(dá)式及單位 tqIdtdqi（1.11） 國(guó)際單位制(SI)中，電荷的單位是庫(kù)侖(C)，時(shí)間的單位是秒(s)，電流的單位是安培， 簡(jiǎn)稱安(A)， 實(shí)用中還有毫安(mA)和微安(A)等。元件參考方向?qū)嶋H方向I 0元件參考方向?qū)嶋H方向I 0 圖1.2電流的參考方向 2.電流的參考方向電流的參考方向

4、 參考方向可以任意設(shè)定， 在電路中用箭頭表示， 并且規(guī)定，如果電流的實(shí)際方向與參考方向一致， 電流為正值；反之，電流為負(fù)值， 如圖1.2所。不設(shè)定參考方向而談電流的正負(fù)是沒(méi)有意義的。 aI1I2I3cbd圖1.4例例1.1 已知 I1=10A, I2=2A, I3=8A。試確定I1、 I2、 I3的實(shí)際方向。解解 ：I10, 故I1的實(shí)際方向與參考方向相同， I1由a點(diǎn)流向b點(diǎn)。 I20, 故I3的實(shí)際方向與參考方向相同， I3由b點(diǎn)流向d點(diǎn)。電壓及其參考方向電壓及其參考方向 1. 電壓的定義及單位電壓的定義及單位 移動(dòng)單位電荷所作的功移動(dòng)單位電荷所作的功 電壓的單位為伏特，簡(jiǎn)稱伏(V)，實(shí)用

5、中還有千伏(kV)，毫伏(mV)和微伏(V)等。dqdu（1.12） 2. 用電位表示電壓（電位差）及正負(fù)電壓的討論用電位表示電壓（電位差）及正負(fù)電壓的討論 baabU電位絳為正電位絳為正 ，電位升為負(fù)。，電位升為負(fù)。（2）如果正電荷由高位b點(diǎn)移到低位a點(diǎn)，電壓（電位差）為正， 即（1）如果正電荷由低位a點(diǎn)移到高位b點(diǎn)，電壓（電位差）為負(fù)，即 圖1.7關(guān)聯(lián)參考方向U(a)IU(b)I(c)3 關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向 在電路分析中，電流的參考方向和電壓的參考極性都可以各自獨(dú)立地任意設(shè)定。但為了方便，通常采用關(guān)聯(lián)參考方向，即：電流從標(biāo)電壓“+”極性一端流入，并從標(biāo)電壓“”極性的另一端流出，如圖1

6、.7所示。 例1.1-1電路 例1.1-1 在圖1.1-4所示電路中，選d為參考點(diǎn)，已知Va=2V，Vb=3V，Vc=1V，現(xiàn)選a為參考點(diǎn)，求Vb，Vc和Vd。解：解：當(dāng)選d為參考點(diǎn)，有 VUVVUVVUVcdCbdbaba132， VUUVVUUUUUVVUUUUUVaddadadcddacdcacadbddabdbab2121123 可見(jiàn)，選擇不同的參考點(diǎn)，電位會(huì)發(fā)生變化。因電位與參考點(diǎn)的選取有關(guān)，而任意兩點(diǎn)間的電壓不會(huì)改變，與參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。當(dāng)選a為參考點(diǎn)時(shí)，有電功率電功率 我們知道，做功的速率稱為功率。在電路中，電功率就是電場(chǎng)力做功的速率，電功率簡(jiǎn)稱功率，用符號(hào)表示，有 dtdwp（

7、1.1-3） 式（1.1-3）中為在時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。在國(guó)際單位制（SI）中，功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦（W）。 在SI中，電能的單位為焦耳，簡(jiǎn)稱焦(J)。實(shí)用單位還有度，1度=1千瓦1小時(shí)=1千瓦時(shí)(kWh)。例1.1-2圖5U1U51I1I33U3I224U2U4 例例1.1-2 在圖1.13中，方框代表電源或電阻，各電壓、電流的參考方向均已設(shè)定。已知I1=2A,I2=1A,I3=1A,U1=7V,U2=3V,U3=4V,U4=8V,U5=4V。求各元件消耗或向外提供的功率。 解解 元件1、3、4的電壓、電流為關(guān)聯(lián)方向， P1=U1I1=72=14W(消耗) P3=U3I2=41=4(提

8、供) P4=U4I3=8(1)=8(提供) 元件2、5的電壓、電流為非關(guān)聯(lián)方向。 P2=U2I1=32=6W(提供) P5=U5I3=4(1)=4W(消耗) 電路向外提供的總功率為 4+8+6=18W 電路消耗的總功率為 14+4=18W 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明符合能量守恒原理，因此是正確的。 1.1-3 電阻電阻1. 線性電阻及其伏安特性曲線線性電阻及其伏安特性曲線 圖1.1-7線性電阻及伏安特性O(shè)UI(a)(b)URI關(guān)聯(lián)一致IRU （1.16）在式（1.1-6）中，R是一個(gè)與電壓和電流均無(wú)關(guān)的常數(shù),稱為元件的電阻。在SI中，電阻的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱歐()。常用單位還有千歐(k),兆歐(M)等。2.

9、歐姆定律歐姆定律GUI RRUIPUI22電阻R為正實(shí)常數(shù)，故功率P恒為正值，這是其耗能性質(zhì)的真實(shí)體現(xiàn)。 3. 電導(dǎo)電導(dǎo) 電阻的倒數(shù)叫做電導(dǎo),用G表示。在SI中,電導(dǎo)的單位是西門子，簡(jiǎn)稱西(S)，用電導(dǎo)表征電阻時(shí),歐姆定律可寫(xiě)成 4. 電阻元件的功率電阻元件的功率 根據(jù)式(16),在關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻元件消耗的功率為任務(wù)二任務(wù)二 電壓源和電流源電壓源和電流源 圖12-1理想電壓源 經(jīng)過(guò)抽象，常用的兩種理想電源元件是電壓源和電流源。1.2.1電壓源電壓源 1.理想電壓源理想電壓源 （1）定義）定義 理想電壓源是這樣的一種理想二端元件：不管外部電路狀態(tài)如何，其端電壓總保持定值US或者是一定的時(shí)間

10、函數(shù)，而與流過(guò)它的電流無(wú)關(guān)。理想電壓源的電路圖及直流伏安特性如圖1.2-1所示。（2）電壓源作電源或負(fù)載的判定）電壓源作電源或負(fù)載的判定 從正極流出電流是電源，從正極流入電流是負(fù)載。IRUUUUSSRS（1.2-2） 圖1.2-2 實(shí)際電壓源(a)模型； (b)伏安特性曲線US(a)RIUUS(b)UIOU US RSI 2.實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源 （1）實(shí)際電壓源的模型）實(shí)際電壓源的模型 （2）電路的兩種特殊狀態(tài)）電路的兩種特殊狀態(tài) 開(kāi)路狀態(tài)。如圖1.20(a)所示。 短路狀態(tài)，如圖1.20(b)所示。 圖1.20電壓源的兩種特殊狀態(tài)(a)開(kāi)路狀態(tài)； (b)短路狀態(tài)US(a)RSU UOCUS

11、(b)RSISCUOCRS 1.2.2 電流源電流源 1. 理想電流源理想電流源 理想電流源是另一種理想二端元件，不管外部電路狀態(tài)如何，其輸出電流總保持定值IS或一定的時(shí)間函數(shù)，而與其端電壓無(wú)關(guān)。理想電流源的電路圖及直流伏安特性如圖1.2-3所示。 圖1.2-3理想電流源(a)電路圖；(b)直流伏安特性 2. 實(shí)際電流源實(shí)際電流源 RUIISS（1.2-4）模型； 伏安特性曲線 圖1.2-4實(shí)際電流源1.2.3兩種電源模型的等效變換兩種電源模型的等效變換兩個(gè)電壓源串聯(lián)時(shí)，可以用圖1.2-5（b）代替 (a) (b) 圖1.2-5 實(shí)際電壓源串聯(lián) （a） (b) 圖1.2-6實(shí)際電流源并聯(lián)兩個(gè)電

12、流源并聯(lián)時(shí)，可以用圖1.2-6（b）代替。 在電路分析中，有時(shí)候需要用電壓源與電流源進(jìn)行等效變換。 (a) (b) 圖1.2-8 兩種電源模型的等效變換任務(wù)三任務(wù)三 用基爾霍夫定律測(cè)量分析電阻電路用基爾霍夫定律測(cè)量分析電阻電路支路：支路：電路中通過(guò)同一電流的每一個(gè)分支（至少包含一個(gè)元件），叫做支路。若支路中有電源，則稱為含源支路；若支路中無(wú)電源，則稱為無(wú)源支路。 節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：由3條或3條以上支路連接而成的點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)?；芈罚夯芈罚河芍窐?gòu)成的任一閉合路徑稱為回路。網(wǎng)孔：網(wǎng)孔：在回路內(nèi)部不含任何支路的回路稱為網(wǎng)孔。該電路中有6條支路；有4個(gè)節(jié)點(diǎn)；有7個(gè)回路；有3個(gè)網(wǎng)孔。1.3.1基爾霍夫電流定律（

13、基爾霍夫電流定律（KCL） 基爾霍夫電流定律(KCL)：在集中參數(shù)電路中，任一時(shí)刻流出（或流入）節(jié)點(diǎn)的各個(gè)支路電流的代數(shù)和恒等于零，即 0I 此時(shí)，若流入節(jié)點(diǎn)的電流前面取正號(hào)，則流出該節(jié)點(diǎn)的電流前面取負(fù)號(hào)。 (1.3-1)1.3.2 基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（KVL） 基爾霍夫電壓定律(KVL)：在集中參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一回路方向，回路中各支路電壓降代數(shù)和恒等于零， 即 0U 注意：建立KVL方程時(shí)，必須先任選一個(gè)回路參考方向（簡(jiǎn)稱回路方向），并在電路圖中標(biāo)明，凡支路電壓參考方向于回路參考方向一致者，該支路電壓取“+”號(hào)，反之，取“-”號(hào)。 (1.3-2)USbaR2R1I1

14、I2I3 例例 在下圖所示電路中，已知R1=2 ，R2=5，US=10V。 求各支路電流。 對(duì)節(jié)點(diǎn)a列方程，有 解解 首先設(shè)定各支路電流的參考方向如圖中所示， 由于Uab=US=10V，根據(jù)歐姆定律，有 USaR4R2I1I2I3R4U10 V4 A6 V3 2 b例例 電路如圖所示，有關(guān)數(shù)據(jù)已標(biāo)出，求UR4、I2、I3、R4及US的值。 代入數(shù)值后,有對(duì)于節(jié)點(diǎn)a,依KCL,有則 解解 設(shè)左邊網(wǎng)孔繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，依KVL,有 對(duì)右邊網(wǎng)孔設(shè)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)槔@行方向，依KVL,有 則任務(wù)四任務(wù)四 測(cè)量分析受控源測(cè)量分析受控源 電壓源的電壓和電流源的電流都不受電路中其他元器件的影響而單獨(dú)存在，因此把它們稱為獨(dú)立電源。 而在實(shí)際電子電路中，經(jīng)常會(huì)遇到另一種類型的電源，就是受控源。受控源