《電子電工技術》課件-第一章 直 流 電 路

第一章直流電路

第一章直流電路

電路的基本概念

第一節(jié)第二節(jié)電壓源、電流源及其等效轉換第三節(jié)基爾霍夫定律第四節(jié)支路電流法第五節(jié)疊加原理第六節(jié)戴維寧定理

第七節(jié)非線形電阻簡介電池燈泡EIRU+_負載電源第一節(jié)電路的基本概念一、電路的組成和作用電路：電流所經之路。發(fā)電廠變壓器、傳輸線工商大學1、電路的組成電源---提供電能的裝置中間環(huán)節(jié)----傳輸、分配電能的作用負載----取用電能的裝置2、電路的作用電能的傳輸和轉換信息的傳遞和處理電流電壓電動勢二、電路中物理量的參考方向電路中的物理量物理量的實際方向實際方向：物理中對電量規(guī)定的方向。電路分析中的參考方向（正方向）問題：在復雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？E1AR3E2IR3B(1)在解題前先人為地設定一個正方向，作為參考方向。(3)根據計算結果確定實際方向：若計算結果為正，則實際方向與假設方向一致；若計算結果為負，則實際方向與假設方向相反。(2)根據電路的定律、定理，列出物理量間相互關系的代數表達式。解決方法1、正方向（參考方向）的定義：在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向2、物理量正方向的表示方法電池燈泡IRUabE+_abu_+正負號abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標箭頭uab電壓+-IR電流：箭頭從高電位指向低電位。例已知：E=2V,R=1Ω問：當U分別為3V和1V時，IR=?E

IRRURabU解：(1)假定電路中物理量的正方向如圖所示；(2)列電路方程：(3)數值計算（實際方向與假設方向一致）（實際方向與假設方向相反）E

IRRURabU(3)為了避免列方程時出錯，習慣上在負載兩端把

I

與U

的方向按相同方向假設，稱關聯正方向。(4)許多方程式，如U/I=R

僅適用于假設正方向一致的情況。(1)“實際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”（正方向）則是人們在進行電路分析計算時,任意假設的。假設時盡量同實際方向。(2)在以后的解題過程中，注意一定要先假定“正方向”

(即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程計算。缺少“參考方向”的物理量是無意義的.3、正方向小結

IRURab假設:

與的方向一致例假設:

與的方向相反

IRURab三、電路的三種工作狀態(tài)1、有載工作狀態(tài)aE+-bIUabRORLRL越小，I越大，RL小稱為負載重、RL大稱為負載輕電源提供的電流I由外電路決定；電源兩端的電壓Uab隨著輸出電流I的增大而下降。IUabE伏安特性Ro越大斜率越大2、開路狀態(tài)aE+-bIUabRORLaE+-bISRO3、短路狀態(tài)Uab0該狀態(tài)為事故，應避免！用電壓表測有源二端網絡的開路電壓就是有源二端網絡內部的E四、電功率aIRUb1、功率的概念：設電路任意兩點間的電壓為

U,流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:功率有無正負？如果UI方向不一致結果如何？

在U、I正方向選擇一致的前提下，

IRUab或IRUab“吸收功率”（負載）“發(fā)出功率”（電源）若P=UI0若P=UI0IUab+-根據能量守衡關系P（吸收）=P（發(fā)出）（I和實際方向相反因此為負值）

當計算的P>0

時,則說明U、I

的實際方向一致，此部分電路消耗電功率，為負載。

所以，從P的+或-可以區(qū)分器件的性質，或是電源，或是負載。2、結論在進行功率計算時，如果假設U、I正方向一致。

當計算的P<0

時,則說明U、I

的實際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。1、理想電壓源（恒壓源）:

RO=0時的電壓源.特點：(1）輸出電壓不變，其值恒等于電動勢。即Uab

US；（2）電源中的電流由外電路決定。IUS+_abUab伏安特性IUabUS第二節(jié)電壓源、電流源及其等效轉換一、電壓源RL恒壓源中的電流由外電路決定設:

US=10VIUS+_abUab2R1當R1

R2

同時接入時：I=10AR22例

當R1接入時：I=5A則：恒壓源特性中不變的是：_____________US恒壓源特性中變化的是：_____________I_________________會引起I的變化。外電路的改變I的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向+_I恒壓源特性小結USUababRLIs2、電壓源aIRO+-USbUabRL伏安特性IUabUS特點：(1）輸出端電壓隨著負載電阻的變化而變化。（2）輸出電壓隨著輸出電流的增大而減小。（電流由RL和R0共同決定）二、電流源ISROabUabIIsUabI外特性

RORO越大特性越陡描述實際電源另一種電路模型1、電流源模型特點：輸出電壓隨著輸出電流的減小而增大。RL2、理想電流源（恒流源):

RO=

時的電流源.特點：（1）輸出電流不變，其值恒等于電流源電流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）輸出電壓由外電路決定。RL恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設:IS=1AR=10

時，U=10

VR=1

時，U=1

V則:例恒流源特性小結恒流源特性中不變的是：_____________Is恒流源特性中變化的是：_____________Uab_________________會引起Uab

的變化。外電路的改變Uab的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向

理想恒流源兩端可否被短路？

abIUabIsR電壓源中的電流如何決定？電流源兩端的電壓等于多少？例IER_+abUab=?Is原則：Is不能變，E不能變。電壓源中的電流I=IS恒流源兩端的電壓恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量US+_abIUabUab=US（常數）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數）I

的大小、方向均為恒定，外電路負載對I

無影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定三.兩種電源的等效互換等效互換的條件：對外的電壓電流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRO+-USbaUabISabUab'I'RO'1、等效互換公式IRO+-USbaUabISabUab'I'RO'則I=I'Uab=Uab'若aUS+-bIUabRO電壓源電流源Uab'RO'IsabI'2、等效變換的注意事項“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏--安特性一致），對內不等效。(1)IsaRO'bUab'I'RLaUS+-bIUabRORL注意轉換前后US與Is

的方向(2)aUS+-bIROUS+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'E和IS方向相同US和IS方向相反(3)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaUS+-bI（不存在）

（4）該等效變換可推廣到含源支路。即恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。RO和RO'不一定是電源內阻。R1R3IsR2R5R4I3I1I應用舉例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I+RdEd+R4E4R5I--10V+-2A2I討論題哪個答案對???+-10V+-4V2克氏電流和克氏電壓兩個定律及歐姆定律是用來描述電路中各部分電壓或各部分電流之間的關系。名詞注釋：節(jié)點：三個或三個以上支路的聯結點支路：電路中每一個分支回路：電路中任一閉合路徑第三節(jié)基爾霍夫定律支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個）節(jié)點：a、b、…...(共4個）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-一、基爾霍夫電流定律(KCL)

對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流。或者說，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數和為0。I1I2I3I4克氏電流定律的依據：電流的連續(xù)性I=0即：例或：流入取正、流出取負。電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0基爾霍夫電流定律的擴展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R二、基爾霍夫電壓定律(KVL)

對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉一周，其電位升等于電位降?；?，電壓的代數和為

0。例如：回路a-d-c-a即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-I和E的正方向和循行方向相同取正，反之取負U的正方向和循行方向相同取正，反之取負即：E+_RabUabI克氏電壓定律也適合開口電路。例更方便，更好用。未知數：各支路電流解題思路：根據克氏定律，列節(jié)點電流和回路電壓方程，然后聯立求解。第四節(jié)支路電流法解題步驟：1.對每一支路假設一未知電流（I1--I6）4.解聯立方程組對每個節(jié)點有2.列電流方程對每個回路有3.列電壓方程節(jié)點數N=4支路數b=6E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_例1節(jié)點a：列電流方程節(jié)點c：節(jié)點b：節(jié)點d：bacd（取其中三個方程）節(jié)點數

N=4支路數b=6E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_按KCL可列（N-1）個獨立方程列電壓方程電壓、電流方程聯立求得：bacdE4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_按網孔列[b-（N-1）]個方程是否能少列一個方程?N=4b=6R6aI3sI3dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1Ux例2電流方程支路電流未知數少一個：支路中含有恒流源的情況N=4b=6電壓方程：結果：5個電流未知數+一個電壓未知數=6個未知數由6個方程求解。dE+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxaI3s支路電流法小結解題步驟結論與引申12對每一支路假設一未知電流1.假設未知數時，正方向可任意選擇。對每個節(jié)點有1.未知數=b，4解聯立方程組對每個回路有#1#2#3根據未知數的正負決定電流的實際方向。3列電流方程：列電壓方程：2.原則上，有b個支路就設b個未知數。

（恒流源支路除外）例外？若電路有N個節(jié)點，則可以列出？個獨立方程。(N-1)I1I2I32.獨立回路的選擇：已有(N-1)個節(jié)點方程，需補足b-（N

-1）個方程。

一般按網孔選擇支路電流法的優(yōu)缺點優(yōu)點：支路電流法是電路分析中最基本的方法之一。只要根據克氏定律、歐姆定律列方程，就能得出結果。缺點：電路中支路數多時，所需方程的個數較多，求解不方便。支路數b=4須列4個方程式ab討論題求：I1、I2

、I3

能否很快說出結果？1++--3V4V11+-5VI1I2I3第五節(jié)結點電壓法結點電壓的概念：

任選電路中某一結點為零電位參考點(用表示)，其它各結點對參考點的電壓，稱為結點電壓。

結點電壓的參考方向從結點指向參考結點。結點電壓法適用于支路數較多，結點數較少的電路。結點電壓法：以結點電壓為未知量，列方程求解。

在求出結點電壓后，可應用基爾霍夫定律或歐姆定律求出各支路的電流或電壓。baI2I3E+–I1R1R2ISR3

在左圖電路中只含有兩個結點，若設b為參考結點，則電路中只有一個未知的結點電壓。注意：1.

上式僅適用于兩個結點的電路。2.分母是各支路電阻倒數之和,恒為正值，不包括與恒流源串聯的電阻；分子中各項可以為正，也可以可負：當E和IS與結點電壓的參考方向相反時取正號，相同時則取負號。而與各支路電流的參考方向無關。即結點電壓方程：例1：baI2I342V+–I11267A3試求各支路電流。解：1.求結點電壓Uab2.應用歐姆定律求各電流例2:電路如圖：已知：E1=50V、E2=30V

IS1=7A、IS2=2AR1=2、R2=3、R3=5試求：各電源元件的功率。解：1.求結點電壓Uab注意：恒流源支路的電阻R3不應出現在分母中。b+–R1E1R2E2R3IS1IS2a+_I1I22.應用歐姆定律求各電壓源電流3.求各電源元件的功率（負號表示發(fā)出功率，為電源）（發(fā)出功率，為電源）（發(fā)出功率）（正號表示取用功率，為負載）

PE1=–U1

I1=–5013=–650Wb+–R1E1R2E2R3IS1IS2a+_I1I2

PE2=–U2

I2=–3018=–540W

PI1=–UI1

IS1=–Uab

IS1=–247=–168W

PI2=UI2

IS2=(Uab–IS2R3)IS2=142=28W+UI1–+UI2–第六節(jié)疊加原理

在多個電源同時作用的線性電路(電路參數不隨電壓、電流的變化而改變)中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得結果的代數和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原電路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2單獨作用一、:概念+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1單獨作用I2'I1'AI2''I1''+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3'R3R1R2ABE2I3''R3+_例+-10I4A20V1010用疊加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I′4A1010+-10I"20V1010解：二、應用疊加原理要注意的問題1.疊加原理只適用于線性電路（電路參數不隨電壓、電流的變化而改變）。2.疊加時應將電源分別考慮，電路的結構和參數不變。暫時不予考慮的恒壓源應予以短路，即令E=0；暫時不予考慮的恒流源應予以開路，即令Is=0。3.解題時要標明各支路電流、電壓的正方向。原電路中各電壓、電流的最后結果是各分電壓、分電流的代數和。方向相同取正，反之取負。=+4.疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。如：5.運用疊加原理時也可以把電源分組求解，每個分電路的電源個數可能不止一個。

設：則：I3R3=+名詞解釋：無源二端網絡：二端網絡中沒有電源有源二端網絡：二端網絡中含有電源第七節(jié)戴維寧定理二端網絡：若一個電路只通過兩個輸出端與外電路相聯，則該電路稱為“二端網絡”。

ABAB

有源二端網絡用電源模型替代，便為等效電源定理。有源二端網絡用電壓源模型替代

-----戴維寧定理有源二端網絡用電流源模型替代

----諾頓定理有源二端網絡RUSR0+_R注意：“等效”是指對端口外等效等效電壓源的內阻等于有源二端網絡相應無源二端網絡的輸入電阻。（有源網絡變無源網絡的原則是：電壓源短路，電流源斷路）等效電壓源的電動勢（US）等于有源二端網絡的開端電壓；有源二端網絡AB相應的無源二端網絡AB有源二端網絡RABAUSR0+_RB一、戴維寧定律二、戴維南定理應用舉例已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E