《電工技術(shù)》項(xiàng)目二

直流電路的認(rèn)識(shí)任務(wù)二任務(wù)一建立電路模型仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律任務(wù)三仿真驗(yàn)證戴維南定理及疊加原理

直流電路是實(shí)際應(yīng)用電路的基礎(chǔ)，通過(guò)直流電路知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握電路分析的基本方法、原理，進(jìn)而能應(yīng)用到解決實(shí)際電路的問(wèn)題中。電路仿真軟件的出現(xiàn)，極大地提高了電路的設(shè)計(jì)和故障的分析等解決實(shí)際電路問(wèn)題的效率，同時(shí)，仿真軟件的使用也是一種很有效地學(xué)習(xí)電路知識(shí)的方法。直流電路的認(rèn)識(shí)知識(shí)目標(biāo)1.了解電路的組成及各部分的作用，了解電路中的基本物理量，并掌握其計(jì)算方法，了解構(gòu)成電路的基本元件；2.了解電壓、電流的方向問(wèn)題，掌握電壓、電流的測(cè)量方法；3.掌握歐姆定律并能用來(lái)分析和計(jì)算簡(jiǎn)單電路，進(jìn)而掌握電阻串、并聯(lián)電路的分析和計(jì)算；4.了解并掌握基爾霍夫定律，了解戴維南定理及疊加原理，進(jìn)而掌握復(fù)雜電路的分析方法；5.了解電壓源與電流源及其等效變換的方法。直流電路的認(rèn)識(shí)技能目標(biāo)1.掌握測(cè)量電路基本參數(shù)的方法；2.掌握電壓表、電流表的使用方法；3.掌握仿真軟件Multisim10的基本使用方法，能用仿真的方式驗(yàn)證基爾霍夫定律、戴維南定理及疊加原理。直流電路的認(rèn)識(shí)本任務(wù)就是通過(guò)建立電路模型，掌握分析電路的規(guī)律和方法。任務(wù)一建立電路模型任務(wù)目標(biāo)書(shū)上兩幅圖，思考為什么先升壓再降壓？

降低損耗：雖然常常說(shuō)導(dǎo)線的電阻視為0。但是大家應(yīng)該知道，導(dǎo)線的電阻是不為0的。特別是城市供電，跨城市供電，導(dǎo)線長(zhǎng)度極長(zhǎng)，導(dǎo)線的電阻就不能忽略。因此在導(dǎo)線電阻不變的情況下，流經(jīng)導(dǎo)線的電流越小，損耗越小。但是供電局輸出的功率是不能減少的，這個(gè)是有終端用戶需求決定的。那么在保證功率不減小的情況，要減低輸送導(dǎo)線的電流，就只有提高輸送的電壓才行。所以在輸送電的時(shí)候需要升壓。

安全性：在終端用戶處，太高的電壓就需要等級(jí)較高的絕緣材料做絕緣，也容易導(dǎo)致高壓放電事故，所以高壓是不適合終端用戶的。你想想，如果用個(gè)風(fēng)扇，居然用幾千萬(wàn)伏的電壓的話，那豈不是很不安去？所以在終端用戶處就需要將電壓降下來(lái)。一、電路與電路模型（一）電路及電路組成任務(wù)一建立電路模型電路的組成一、電路與電路模型任務(wù)一建立電路模型2.負(fù)載

3.導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)

1.電源電源：其他能轉(zhuǎn)化為電能負(fù)載：電能轉(zhuǎn)換為其他能光電池、發(fā)電機(jī)、蓄電池電燈泡、電爐、電動(dòng)機(jī)一、電路與電路模型任務(wù)一建立電路模型（二）電路模型及電路圖常用的幾種理想元件的電路符號(hào)二、電路的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值任務(wù)一建立電路模型（一）電路的工作狀態(tài)1.通路2.開(kāi)路3.短路二、電路的工作狀態(tài)和電氣設(shè)備的額定值任務(wù)一建立電路模型（二）電氣設(shè)備的額定值

在電路中，各種電氣設(shè)備和電路元件都有額定值，只有按額定值使用，即處于額定工作狀態(tài)，電氣設(shè)備和電路元件的運(yùn)行才能安全可靠，使用壽命才會(huì)長(zhǎng)。三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（一）電流的形成

電流是由于電荷的定向移動(dòng)形成的。在金屬導(dǎo)體中，電子在外電場(chǎng)作用下有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)就形成了電流。而在某些液體或氣體中，電流則是由于正離子或負(fù)離子在電場(chǎng)力作用下有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而形成的。

三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（二）電流的方向電流的方向三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（三）電流的大小

電流的大小取決于在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少。在相同時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，就表示流過(guò)該導(dǎo)體的電流越強(qiáng)，反之越弱。任務(wù)一建立電路模型引例解析請(qǐng)看下面的例題任務(wù)一建立電路模型

某導(dǎo)體在0.5min的時(shí)間內(nèi)均勻通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為120C，求導(dǎo)體中的電流。解：三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（四）電壓的基本概念

電壓是用來(lái)衡量電場(chǎng)力推動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)，對(duì)電荷做功能力大小的物理量。電路中A、B兩點(diǎn)之間的電壓在數(shù)值上等于電場(chǎng)力把單位正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功。若電場(chǎng)力移動(dòng)的電荷量為q，所做的功為W，那么A與B點(diǎn)之間的電壓為：三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（五）電壓的參考方向電壓參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（六）電壓的測(cè)量（1）對(duì)交、直流電壓應(yīng)分別采用交流電壓表和直流電壓表。（2）電壓表必須并聯(lián)在被測(cè)電路的兩端。（3）直流電壓表表殼接線柱上標(biāo)明的“+”、“-”記號(hào)應(yīng)和被測(cè)兩點(diǎn)的電位相一致，即“+”端接高電位，“-”端接低電位，不能接錯(cuò)。（4）合理選擇電壓表的量程，其方法和電流表相同。任務(wù)一建立電路模型引例解析請(qǐng)看下面的例題任務(wù)一建立電路模型

某一電路如圖所示，各段電路的電流、電壓的參考方向均已標(biāo)注在圖中。(1)指出哪一段電路的電流與電壓是關(guān)聯(lián)參考方向?哪一段是非關(guān)聯(lián)參考方向?(2)已知I1＝

4A，I2＝

-3A，I3＝7A，U1=

-20V。指出各段電路電流的實(shí)際方向是什么?(3)由(2)中的已知條件判斷AB段電壓的實(shí)際方向是什么?。任務(wù)一建立電路模型解：(1)U2

和

I2、U3

和I3是非關(guān)聯(lián)參考方向，U1和I1是關(guān)聯(lián)參考方向。(2)從已知條件可知，電流I1、I3

為正值，表示它們的實(shí)際方向與參考方向相同；I2

為負(fù)值，表示它的實(shí)際方向與參考方向相反。(3)從已知條件可知，U1

為負(fù)值，表示它的實(shí)際方向與圖示的參考方向相反，即B

點(diǎn)是實(shí)際的高電位點(diǎn)，A

點(diǎn)是實(shí)際的低電位點(diǎn)，該段電壓的實(shí)際方向是從B點(diǎn)到A點(diǎn)。例題在圖(a)中，各方框泛指元件。已知I1=3A,I2=2A,I3=1A,φa=10V，φb=8V，φc=—3V。(1)欲驗(yàn)證I1、I2數(shù)值是否正確，問(wèn)電流表在圖中應(yīng)如何連接?并標(biāo)明電流表極性。

(2)求Uab和Ubd，若要測(cè)量這兩個(gè)電壓，問(wèn)電壓表如何連接?并標(biāo)明電壓表極性。模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)

解(1)驗(yàn)證I1、I2數(shù)值的電流表應(yīng)按圖(b)所示串入所測(cè)支路，其極性已標(biāo)注在圖上。(2)Uab=φa—φb=10—8=2VUbd=φb—φd=8—(—3)=11V

或Ubd=φb—φd=φb—φa+φa—φd=Uba+Uad

而Uba=φb—φa=8—10=—2VUad=φa—φd=10—(—3)=13V

故Ubd=Uba+Uad=—2+13=11V以上用兩種思路計(jì)算所得結(jié)果完全相同模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型（七）電動(dòng)勢(shì)1.電動(dòng)勢(shì)的基本概念

在電源內(nèi)部，電源力把正電荷從低電位(負(fù)極)移到高電位(正極)反抗電場(chǎng)力所做的功W與被移動(dòng)電荷的電荷量q的比值就是電源電動(dòng)勢(shì)。三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型2.電動(dòng)勢(shì)的參考方向

電動(dòng)勢(shì)的作用是把正電荷從低電位點(diǎn)移動(dòng)到高電位點(diǎn)，使正電荷的電勢(shì)能增加，所以規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向是由低電位指向高電位，即從電源的負(fù)極指向電源的正極。在電路中，電源的極性和電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值一般都是已知的，所以一般電動(dòng)勢(shì)的參考方向都取與實(shí)際方向相同的方向，即由電源的負(fù)極指向電源的正極。三、電流、電壓及電動(dòng)勢(shì)任務(wù)一建立電路模型3.電源端電壓與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系（1）)電源端電壓U反映的是電場(chǎng)力在外電路將正電荷由高電位點(diǎn)(正極)移向低電位點(diǎn)(負(fù)極)做功的能力。電動(dòng)勢(shì)E反映的是電源力將電源內(nèi)部的正電荷從低電位點(diǎn)(負(fù)極)移向高電位點(diǎn)(正極)做功的能力。（2）)若不考慮電源內(nèi)損耗，

則電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上與它的端電壓相等，但實(shí)際方向相反，即E

＝

-U。四、電功與電功率任務(wù)一建立電路模型

電功，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是電流所做的功。電流在經(jīng)過(guò)電器設(shè)備時(shí)會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換，能量轉(zhuǎn)換的大小就是電流所做功的大小，用符號(hào)“W”表示，單位為焦耳(J)。能量轉(zhuǎn)換的速率就是電功率，即單位時(shí)間內(nèi)電器設(shè)備能量轉(zhuǎn)換的大小，簡(jiǎn)稱為功率，用符號(hào)“P”表示：2.電功率的單位

功率的單位為瓦特，簡(jiǎn)稱瓦(W)。實(shí)用中還有千瓦(kW)，毫瓦(mW)等。一度電是多少？1kW=103W1mW=10-3W3.P為正負(fù)時(shí)的意義

在電壓電流符合關(guān)聯(lián)參考方向的條件下，如圖所示(a)，一段電路的功率代表該段電路消耗的功率，當(dāng)P為正值時(shí)，表明該段電路消耗功率；當(dāng)P為負(fù)值時(shí)，則表明該段電路向外提供功率，即產(chǎn)生功率。如果電壓、電流不符合關(guān)聯(lián)參考方向，如圖(b)所示，則結(jié)論與上述相反。模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)在計(jì)算功率時(shí):

1、u，i參考方向關(guān)聯(lián)時(shí):

P>0,元件或者支路實(shí)際上吸收功率;

P<0,元件或者支路實(shí)際上發(fā)出功率。

2、u，i參考方向非關(guān)聯(lián)時(shí):

P>0,元件或者支路實(shí)際上發(fā)出功率;

P<0,元件或者支路實(shí)際上吸收功率。注意：模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)關(guān)聯(lián)參考方向：

同一元件的i和u的參考方向取為一致稱為關(guān)聯(lián)參考方向。

如果圖中只標(biāo)了電流或電壓一個(gè)參考方向，則另一個(gè)隱含為關(guān)聯(lián)方向。電流的參考方向?yàn)閺模飨颍妷旱膮⒖紭O性為左邊為＋，右邊為－模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)書(shū)上P50例2-3五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型（一）電阻元件電阻元件是電路中使用最多的元件之一，常稱為電阻器。電阻器的主要特征是變電能為熱能，它是一個(gè)消耗電功率的元器件，在電路中主要起調(diào)節(jié)電流、電壓以及將電能轉(zhuǎn)換成熱能的作用。五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型1.線性電阻元件和非線性電阻元件電阻器的伏安特性五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型2.電阻器的選用

選用電阻器時(shí)，要根據(jù)電路和設(shè)備的實(shí)際要求來(lái)選用電阻器，從電氣性能到經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面綜合考慮，不要片面采用高精度和非標(biāo)準(zhǔn)系列電阻器。在一般場(chǎng)合下，主要是根據(jù)阻值、額定功率和允許誤差的要求來(lái)選擇合適的電阻器。也就是說(shuō)，電阻的標(biāo)稱阻值應(yīng)和電路要求相符，額定功率應(yīng)該是電阻器在電路中實(shí)際消耗的功率的1.5～2倍，允許誤差在要求的范圍之內(nèi)。五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型3.電導(dǎo)導(dǎo)體絕緣體AB超導(dǎo)體D半導(dǎo)體C上海磁浮示范運(yùn)營(yíng)線：整個(gè)工程已經(jīng)花費(fèi)將近100億元人民幣，加上每年高額的維修費(fèi)用和長(zhǎng)時(shí)間的低載客量，建造磁浮列車線只不過(guò)是一種夸張炫耀而不切實(shí)際的“形象工程”、“面子工程”。由于站點(diǎn)設(shè)置的原因，對(duì)于從機(jī)場(chǎng)出來(lái)前往上海市區(qū)的旅客，乘坐磁懸浮列車并不能帶來(lái)便利，與東京成田國(guó)際機(jī)場(chǎng)的成田特快和京成電鐵、香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)的機(jī)場(chǎng)快線通向市區(qū)的能力相比，缺少真正的實(shí)用性。。五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型（二）歐姆定律1.部分電路歐姆定律在一段不包括電源的電路中，電路中的電流

I與加在這段電路兩端的電壓U

成正比，與這段電路的電阻

R

成反比，這一結(jié)論稱為歐姆定律，它揭示了一段電路中電阻、電壓和電流三者之間的關(guān)系。書(shū)P53例2-5五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型2.全電路歐姆定律

全電路歐姆定律的內(nèi)容是：全電路中的電流I與電源的電動(dòng)勢(shì)E成正比，與電路的總電阻(外電路的電阻R和內(nèi)電路的電阻r0之和)成反比，即：書(shū)P53-54例2-6、2-7、2-8五、電阻元件及歐姆定律任務(wù)一建立電路模型（三）電源的外特性電源的外特性曲線六、電位的概念及計(jì)算任務(wù)一建立電路模型1.電位的概念

在電路中任選一個(gè)參考點(diǎn)（該點(diǎn)的電位值為零，又稱為零電位點(diǎn)），電路中某一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就稱為該點(diǎn)的電位。電位的符號(hào)用“V”表示，如電路中某點(diǎn)a和參考點(diǎn)o間的電壓Vao為a點(diǎn)的電位，記作Va，電位的單位也是伏特(V)。六、電位的概念及計(jì)算任務(wù)一建立電路模型2.電位參考點(diǎn)的意義1)電位的多值性

2)電壓的單一性電位的大小是相對(duì)的，跟參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。電位差是唯一的，和參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。P55~56例2-9、2-10問(wèn)題與思考1.為什么要假定電流和電壓的參考方向？2.什么是電流的參考方向和實(shí)際方向，它們之間有何關(guān)系？3.電壓和電位有何區(qū)別和聯(lián)系？參考點(diǎn)不同，某一點(diǎn)的電位是否改變？?jī)牲c(diǎn)之間的電壓是否改變？七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型1.電阻串聯(lián)電路電阻串聯(lián)電路七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型特點(diǎn)：（1）在電阻串聯(lián)電路中，不論各電阻的數(shù)值是否相等，通過(guò)各電阻的電流為同一電流，這是判斷電阻是否串聯(lián)的一個(gè)重要依據(jù)。（2）根據(jù)全電路歐姆定律，電阻串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各電阻兩端分電壓之和，電阻串聯(lián)電路的總電壓大于任何一個(gè)分電壓。七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型（3）串聯(lián)電路的總電阻(等效電阻)等于各電阻串聯(lián)之和，電阻串聯(lián)電路的總電阻大于任何一個(gè)分電阻。（4）電阻串聯(lián)電路中，各電阻上的電壓與它們的阻值成正比。七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型（5）電阻串聯(lián)電路的總功率P等于消耗在各串聯(lián)電阻上的功率之和，且電阻值大者消耗的功率大。任務(wù)一建立電路模型引例解析請(qǐng)看下面的例題任務(wù)一建立電路模型

有一個(gè)表頭電路如圖所示，它的滿刻度電流Ig為50μA（即允許通過(guò)的最大電流），內(nèi)阻rg為3kΩ。若改裝成量程（測(cè)量范圍）為10V的電壓表，應(yīng)串入多大的電阻？任務(wù)一建立電路模型解：

當(dāng)表頭滿刻度時(shí)，表頭兩端的電壓為：顯然用它直接測(cè)量10V電壓是不行的，需要串聯(lián)分壓電阻以擴(kuò)大測(cè)量范圍(量程)。設(shè)量程擴(kuò)大到10V所需要串入的電阻為Rb，則：即應(yīng)串聯(lián)197kΩ的電阻，才能把表頭改裝成量程為10V的電壓表七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型2.電阻并聯(lián)電路電阻并聯(lián)電路七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型特點(diǎn)：（1）加在各并聯(lián)電阻兩端的電壓為同一電壓，電阻兩端電壓相等。（2）電路的總電流等于各并聯(lián)電阻分電流之和，并聯(lián)電路的總電流大于任何一個(gè)分電流。七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型（3）電路的總電阻(等效電阻)R的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和，并聯(lián)電路的總電阻比任何一個(gè)并聯(lián)電阻的阻值都小。（4）流過(guò)各并聯(lián)電阻上的電流與其阻值成反比。七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型（5）并聯(lián)電阻電路的總功率P等于消耗在各并聯(lián)電阻上的功率之和，且電阻值大者消耗的功率小。任務(wù)一建立電路模型引例解析請(qǐng)看下面的例題任務(wù)一建立電路模型

某微安表頭的滿刻度電流Ig

=

50μA，內(nèi)阻rg

=

1kΩ，若把它改裝成量程為10mA的電流表，問(wèn)應(yīng)并聯(lián)多大的電阻?解：表頭的滿刻度電流只有50μA，用它直接測(cè)量10mA的電流顯然是不行的，必須并聯(lián)一個(gè)電阻進(jìn)行分流以擴(kuò)大量程，如圖所示:任務(wù)一建立電路模型解：

通過(guò)分流電阻Rb的電流為：

電阻Rb兩端的電壓Ub與表頭兩端的電壓Ug是相等的，因此有：七、電阻的串并聯(lián)連接及等效變換任務(wù)一建立電路模型3.電阻混聯(lián)電路電阻混聯(lián)電路任務(wù)一建立電路模型引例解析請(qǐng)看下面的例題任務(wù)一建立電路模型

如圖(a)所示電路，U

=

24V，求等效電阻Rab

及電路的總電流I。電阻混聯(lián)電路的等效變換任務(wù)一建立電路模型解：

（1）由圖（a）知3Ω與6Ω這兩個(gè)電阻是并聯(lián)的，其等效電阻為：（2）由圖（b）知R′與4Ω這兩個(gè)電阻是串聯(lián)的，其等效電阻為：（3）由圖（c）所示電路知R″與4Ω這兩個(gè)電阻是并聯(lián)的，其等效電阻為：

（4）根據(jù)歐姆定律，電路的總電流為：直流電橋電路知識(shí)拓展任務(wù)一建立電路模型

實(shí)際工作中還有另外一種電路，既不是串聯(lián)電路也不能當(dāng)做并聯(lián)電路，這就是電橋電路。電橋電路在生產(chǎn)實(shí)際和測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛。直流電橋電路知識(shí)拓展任務(wù)一建立電路模型直流電橋電路仿真是現(xiàn)代電路學(xué)習(xí)、分析的一種有效的方法和手段,Multisim10是電路仿真領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一款軟件，本任務(wù)通過(guò)仿真的方式學(xué)習(xí)并掌握基爾霍夫定律。任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律任務(wù)目標(biāo)一、基爾霍夫定律任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律（一）電路結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)名詞4.網(wǎng)孔1.支路2.節(jié)點(diǎn)3.回路節(jié)點(diǎn)：電路中3個(gè)或3個(gè)以上兩端元件聯(lián)接的點(diǎn)，稱為節(jié)點(diǎn)。支路：電路中通過(guò)同一電流的每一個(gè)分支，（或聯(lián)接于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一段電路）稱為支路?；芈罚弘娐分腥我婚]合的路徑，稱為回路網(wǎng)孔：回路內(nèi)不含有其它支路的回路。模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)例題圖示電路中每個(gè)方框代表一元件節(jié)點(diǎn)數(shù)N=2支路B=3回路數(shù)L=3網(wǎng)孔數(shù)M=2模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)一、基爾霍夫定律任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律（二）基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律簡(jiǎn)稱KCL，又稱節(jié)點(diǎn)電流定律，是反映電路中與同一節(jié)點(diǎn)相連的支路中電流之間關(guān)系的定律。其基本內(nèi)容是：在任意瞬間，流進(jìn)任一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出這個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流之和，即：

基爾霍夫定律是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，也是分析和計(jì)算電路的基礎(chǔ)。1．基爾霍夫電流定律（KCL）KCL可描述為：對(duì)于電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流出（或）流進(jìn)該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。在圖示各電流的參考方向下，依KCL,有模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)一、基爾霍夫定律任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律1．列寫KCL方程時(shí)，根據(jù)各支路電流的參考方向，以流入為正或流出為正均可。2．KCL表達(dá)了電路中支路電流間的約束關(guān)系。（只與電路聯(lián)接有關(guān)，而與元件組成無(wú)關(guān)）注意：模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)IAIBICIBCIABSABCICA圖1-1-33廣義節(jié)點(diǎn)的KCL基爾霍夫電流定律也可推廣應(yīng)用于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面，也稱為廣義節(jié)點(diǎn)。圖所示電路中，把閉合面S看成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則三個(gè)流入該節(jié)點(diǎn)的電流Ia、Ib和Ic：∑I=0即:IA+IB+IC=0（1-1-13）可見(jiàn)在任一時(shí)刻，通過(guò)任何一個(gè)閉合面的電流代數(shù)和也恒為零。它表示著流入閉合面的電流和流出閉合面的電流是相等的。P65例2-15一、基爾霍夫定律任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律(三)基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律簡(jiǎn)稱KVL，又稱回路電壓定律，它反映了回路中各電壓間的相互關(guān)系。其基本內(nèi)容是：在任意瞬間沿電路中任一回路繞行一周，各段電壓的代數(shù)和恒等于零，即：KVL可描述為：對(duì)于任一網(wǎng)絡(luò)中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿該回路的所有電壓降的代數(shù)和恒等于零。Σu=0

或：ΣU=0

（直流）例題

圖中：U1+U2

–U3+U4

–U5–U6=0首先要確定回路的繞行方向。若按順時(shí)針?lè)较蚶@行，支路電壓的參考方向與回路繞行方向一致時(shí)（從“＋”極性指向“－”極性）電壓取正號(hào)，相反時(shí)（從“－”極性指向“＋”極性）該電壓取負(fù)號(hào)。模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)注意：1.任何兩點(diǎn)間的電壓與計(jì)算時(shí)所選擇的路徑無(wú)關(guān)。2.列寫KVL方程時(shí)，所選回路的繞行方向任意。3.兩端元件正負(fù)號(hào)的確定方法：當(dāng)參考方向與繞行方向一致時(shí)取正號(hào)；反之取負(fù)號(hào)。4.KVL可推廣應(yīng)用于開(kāi)路電路。5.電壓求解的法則：欲求電路中任意兩端的電壓，只需按所求電壓的某一點(diǎn)沿電路任一路徑繞至另一點(diǎn)。該路徑上所有壓降的代數(shù)和就等于待求電壓。模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)一、基爾霍夫定律任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律基爾霍夫電壓定律P66例2-16二、電壓源與電流源及其等效變換任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律（一）電壓源實(shí)際電壓源理想電壓源二、電壓源與電流源及其等效變換任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律（二）電流源實(shí)際電流源與理想電流源一、實(shí)際電源兩種模型的等效變換

一個(gè)實(shí)際電源可以用電壓源模型來(lái)等效代替，也可以用電流源模型來(lái)等效代替。圖（ａ）所示為實(shí)際電源的串聯(lián)模型，由一個(gè)電壓源與一個(gè)電阻串聯(lián)組成，簡(jiǎn)稱電源串聯(lián)模型。圖（b）所示為實(shí)際電源的并聯(lián)模型，由一個(gè)電流源與一個(gè)電阻并聯(lián)組成，簡(jiǎn)稱電源并聯(lián)模型。兩種模型之間的等效變換公式為或

在進(jìn)行電源模型的等效變換時(shí)，應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題：

（１）等效變換僅對(duì)外電路成立，電源模型內(nèi)部并不等效；（２）變換時(shí)電壓源電壓的極性與電流源電流的方向的關(guān)系，即串聯(lián)模型中電壓源的電壓參考正極在哪一端，等效并聯(lián)模型中電流源電流的參考方向就指向哪一端；反之亦然。模塊二直流電路的分析方法二、幾種含源支路的等效變換

１．電壓源與電壓源串聯(lián)，電流源與電流源并聯(lián)

圖（ａ）所示為電壓源UＳ１與UＳ２串聯(lián)的電路，根據(jù)ＫＶＬ得

可等效為圖（ｂ）所示電路。若干個(gè)電壓源串聯(lián)的電路，其等效電壓源電壓等于各串聯(lián)電壓源電壓的代數(shù)和。求代數(shù)和時(shí)，與等效電壓源參考方向相同的串聯(lián)電壓源取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。模塊二直流電路的分析方法

若干個(gè)電流源并聯(lián)的電路，其等效電流源電流等于各并聯(lián)電流源電流的代數(shù)和。求代數(shù)和時(shí)，與等效電流源參考方向相同的并聯(lián)電流源取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。

圖（ａ）所示為電流源IＳ１與IＳ２并聯(lián)的電路，根據(jù)ＫＣＬ可得模塊二直流電路的分析方法２．電壓源與任意元件（或單口）并聯(lián)、電流源與任意元件（或單口）串聯(lián)注：凡是與電壓源并聯(lián)的電路元件，對(duì)外等效時(shí)可省去。模塊二直流電路的分析方法注：凡是與電流源串聯(lián)的電路元件，對(duì)外等效時(shí)可省去。注意：兩個(gè)電壓不等的電壓源并聯(lián)時(shí)，因不滿ＫＶＬ，因而無(wú)意義。同樣，兩個(gè)電流不相等的電流源串聯(lián)，因違背ＫＣＬ，也無(wú)意義。模塊二直流電路的分析方法二、電壓源與電流源及其等效變換任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律（三）電壓源與電流源的等效變換電壓源與電流源的等效變換P68例2-17三、含源混聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效變換例題1將圖（ａ）所示電路等效化簡(jiǎn)為一個(gè)串聯(lián)模型。解：圖示電路局部為并聯(lián)，整體為串聯(lián)關(guān)系，先將電流源模型等效變換成電壓源模型，然后再進(jìn)行合并化簡(jiǎn)。化簡(jiǎn)過(guò)程如圖所示。模塊二直流電路的分析方法例題2將圖（ａ）所示電路等效化簡(jiǎn)為一個(gè)串聯(lián)模型。解：圖示電路整體為并聯(lián)，局部為串聯(lián)支路，先將電壓源模型等效為電流源模型，然后再進(jìn)行合并化簡(jiǎn)?；?jiǎn)過(guò)程如圖所示。模塊二直流電路的分析方法例題3電路如圖（ａ）所示，用等效化簡(jiǎn)的方法求２Ω電阻中的電流I。解：從左向右的ab端逐步等效化簡(jiǎn)，等效變換的過(guò)程如圖（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ），最后等效化簡(jiǎn)為一個(gè)串聯(lián)模型，如圖（ｅ）所示，可求出模塊二直流電路的分析方法電壓源和電流源這兩種理想元件能否彼此等效？為什么？想一想模塊二直流電路的分析方法Multisim10簡(jiǎn)介知識(shí)拓展任務(wù)二仿真驗(yàn)證基爾霍夫定律Multisim10用戶界面

1.電流、電壓、功率和電位電流和電壓是電路中的基本物理量，其參考方向和關(guān)聯(lián)方向是個(gè)很重要的概念。分析計(jì)算電路時(shí)，必須首先設(shè)定電流和電壓的參考方向，這樣計(jì)算的結(jié)果才有實(shí)際意義。功率P=UI，在關(guān)聯(lián)參考方向下，P>0，表示電路消耗功率；P<0，表示電路提供功率。電路中某點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓就是該點(diǎn)的電位，其計(jì)算方法與計(jì)算電壓相同。

2.歐姆定律和基爾霍夫定律它們都是電路理論中的重要定律，歐姆定律確定了電阻元件上電壓和電流之間的約束關(guān)系，通常稱特性約束。KCL定律確定了電路中各支路電流之間的約束關(guān)系，其內(nèi)容為：對(duì)電路中任一節(jié)點(diǎn)在任一時(shí)刻，有I=0；KVL確定了回路中各電壓之間的約束關(guān)系，其內(nèi)容為：對(duì)電路中的回路，在任一時(shí)刻，沿回路繞行方向，有U=0?；鶢柣舴蚨杀磉_(dá)的約束關(guān)系通常稱為拓樸約束。兩種約束關(guān)系是分析電路的基礎(chǔ)。小結(jié)模塊一電路的基礎(chǔ)知識(shí)由于戴維南定理及疊加原理具有一定的抽象性，初學(xué)者在學(xué)習(xí)該內(nèi)容的時(shí)候往往不好理解，本任務(wù)通過(guò)仿真驗(yàn)證的方式，邊練邊學(xué)，可以化繁為簡(jiǎn)，理解并掌握戴維南定理及疊加原理。任務(wù)三仿真驗(yàn)證戴維南定理及疊加原理任務(wù)目標(biāo)一、支路電流法任務(wù)三仿真驗(yàn)證戴維南定理及疊加原理

支路電流法是分析復(fù)雜電路的基本方法，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜電路，在已知電路中各電阻和電動(dòng)勢(shì)的前提下，以各條支路電流為未知量，根據(jù)基爾霍夫第一定律和基爾霍夫第二定律分別列出電路中的節(jié)點(diǎn)電流方程及回路電壓方程，然后聯(lián)立求解，計(jì)算出各支路電流，這種分析電路的方法稱為支路電流法。P74P75例2-18

節(jié)點(diǎn)電位分析法實(shí)質(zhì)上是以節(jié)點(diǎn)電位為未知量的一組ＫＣＬ方程。通過(guò)求出電路中各節(jié)點(diǎn)的電位，則可根據(jù)各節(jié)點(diǎn)間的電壓求出各支路的電流。1、定義2、基本步驟（以圖示電路為例）一、選定參考點(diǎn)，如圖所示。二、列節(jié)點(diǎn)KCL方程。（對(duì)節(jié)點(diǎn)1）（對(duì)節(jié)點(diǎn)2）模塊二直流電路的分析方法三、以節(jié)點(diǎn)電位表示各支路電流。將以上各支路電流的表示式代入KCL方程式得四、解方程組即可。代入數(shù)據(jù)得方程組（V）（V）模塊二直流電路的分析方法進(jìn)一步求出各支路電流注：此結(jié)論可進(jìn)行校驗(yàn)，列出參考節(jié)點(diǎn)的KCL方程，將各支路電流值代入滿足KCL方程。也可校驗(yàn)電路是否滿足能量守恒定律，略。模塊二直流電路的分析方法二、疊加原理任務(wù)三仿真驗(yàn)證戴維南定理及疊加原理疊加原理是線性電路分析的基本方法，它的內(nèi)容是：在線性電路中，任一支路中的電流(或電壓)等于各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，在此支路中所產(chǎn)生的電流(或電壓)的代數(shù)和。應(yīng)用疊加原理求復(fù)雜電路，可將電路等效變換成幾個(gè)簡(jiǎn)單電路，然后將計(jì)算結(jié)果疊加，求得原來(lái)電路的電流、電壓。在等效變換過(guò)程中，要保持電路中所有電阻不變(包括電源內(nèi)阻)，假定電路中只有一個(gè)電源起作用，而將其他電源作多余電源處理，多余電壓源作短路處理，多余電流源作開(kāi)路處理。P75例2-19例題

計(jì)算圖(a)、(b)、(c)所示電路中電壓UＯ、UＯ′、UＯ″。模塊二直流電路的分析方法解：對(duì)圖（ａ）所示電路，列出節(jié)點(diǎn)方程，其中。（V）所以V，

在圖（ｂ）所示電路中，根據(jù)分流公式：模塊二直流電路的分析方法所以（V）

在圖（ｃ）所示電路中，根據(jù)分壓公式：（V）從計(jì)算結(jié)果可以看出：（V）顯然上式為疊加關(guān)系，這是線性電路的基本性質(zhì)。模塊二直流電路的分析方法注意：（１）疊加定理只適用于線性電路（即由線性元件組成的電路），而且只適用于電壓、電流的計(jì)算，不適用于功率的計(jì)算。（２）計(jì)算各獨(dú)立源單獨(dú)激勵(lì)下的響應(yīng)時(shí)，其他的電壓源用短路代替，電流源用開(kāi)路代替，電阻的阻值及位置保持不變。（３）疊加時(shí)要注意電壓和電流的參考方向，若分量的參考方向與原電路中該響應(yīng)的參考方向一致，則該分量取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。模塊二直流電路的分析方法例題用疊加定理計(jì)算圖（ａ）所示電路中通過(guò)１２Ω電阻上的電流I，并驗(yàn)證疊加定理不適用于功率計(jì)算。解：圖（ｂ）和（ｃ）分別為原電路中的兩獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)的電路，由（ｂ）圖可得１２Ω電阻的電流為該支路電壓為（V）功率為（W）模塊二直流電路的分析方法（W）根據(jù)疊加定理

（V）圖（ａ）中１２Ω電阻消耗的功率為（W）由于（W）所以可見(jiàn)疊加定理不適用于功率計(jì)算。（V）由圖（ｃ）得同一支路的電流為模塊二直流電路的分析方法三、戴維南定理任務(wù)三仿真驗(yàn)證戴維南定理及疊加原理1.二端網(wǎng)絡(luò)三、戴維南定理任務(wù)三仿真驗(yàn)證戴維南定理及疊加原理2.戴維南定理戴維南定理是說(shuō)明如何將一個(gè)線性有源二端電路等效成一個(gè)電壓源的重要定理。戴維南定理可以表述如下：對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，線性有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)理想電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)組合來(lái)代替。理想電壓源的電壓等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)兩端點(diǎn)間的開(kāi)路電壓，用U0表示；電阻則等于該網(wǎng)絡(luò)中所有電源都不起作用時(shí)（電壓源短接，電流源切斷）兩端點(diǎn)間的等效電阻