电路基础(唐民丽高职高专).ppt

书名：电路基础 ISBN： 978-7-111-33738-6 作者：唐民丽 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,电路基础,主编：唐民丽 吴恒玉,电路基础 ppt 课件,第2章 电路的等效变换,2.1 电阻的串、并、混联 2.2 电源的等效变换 2.3 戴维南定理与诺顿定理 2.4 叠加定理与替代定理,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,图2-1 二端网络等效,2.1.1 电阻的串联 1.等效电阻 两个或两个以上的二端元件首尾依次相连且中间没有分支称为串联。串联电路上所有元件流过的是同一电流。,所谓等效是指若在二端网络 和 上加上相同的电压 时，产生的电流 也相同，则网络 和 网络对外部电路是等效的。这时在进行电路分析计算时，网络 和 网络可以互换。,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,图2-2 电阻的串联,2.串联电阻的分压作用 串联电阻具有分压作用，其分得的电压和电阻成正比。电阻越大分压值越高。 电阻的串联在实际中应用非常广泛，最典型的应用就是利用串联电阻的分压特性来扩大电压表的量程。,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,图2-3 例2-1图,例2-1 如图2-3所示，一个内阻Rg为1k，电流灵敏度为10A的表头，今欲将其改装成10V的电压表，问需串联一个多大电阻？,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,图2-4 电阻的并联,2.1.2 电阻的并联 1.等效电阻 两个或两个以上的二端元件均接在两个公共节点之间称为并联。并联电路上所有元件的端电压为同一电压。,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,2.并联电阻的分流作用 并联电阻具有分流作用，其分得的电流和电阻成反比，电阻越大分流值越小。实际应用中扩大电流表的量程就是利用并联电阻的分流作用实现的。,图2-5 例2-2图,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,例2-2 如图2-5所示，一个内阻Rg为1k，电流灵敏度为10A的表头，今欲将其改装成100mA的电流表，问需并联一个多大电阻？,图2-6 例2-3图,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,2.1.3 混联电路的分析计算 电路中元件既有串联关系又有并联关系时称为混联电路，在混联电路中，若各部分电阻串并联关系很明显，则可直接按串并联特点分别进行分析和计算。 例2-3 如图2-6所示电路，已知U=100V，R1=10k，R2=20k，R3=12k，R4=8k，求电路的等效电阻及各支路电流。 例2-4 求图2-7a所示电路的等效电阻RAB。,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,解：首先在图2-7a原电路中找出所有节点，观察其电位是否与A或B相等，若相等就相应标出A或B，或不等则说明找到新电位节点，可起名为C。然后重新画电路，分别将电路中的电阻搭接在A、B、C三点间，如图2-7b所示。注意在A、B间搭接电阻时不能将A、B两点封闭，应保持A、B两点是两个引出端，为了容易观察，应将C点画到两引出端的另一侧，搭接电阻时应尽量使电阻方向保持一致，如果某个电阻的两端接在了同一个节点上，说明该电阻已被短路。,图2-7 例2-4图,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,1.求图2-8所示各电路中的等效电阻RAB。,图2-8 思考与练习1题图,2.图2-9所示电路为多量程电压表的电路，已知表头内阻Rg=1k，各档分压电阻分别为R1=9k，R2=90k，R3=900k,这只表的最大量程(用端子0、4测量)为500V。,思考与练习,电路基础 ppt 课件,2.1 电阻的串、并、混联,图2-9 思考与练习2题图,2.2 电源的等效变换,2.2.1 两种电源等效变换条件 前面已经介绍过实际电源的电压源模型和电流源模型，如图210所示，图210a中：,图2-10 两种电源模型等效变换,例2-5 如图2-11a所示电路，利用电源等效变换将电路化简。,2.2 电源的等效变换,图2-11 例2-5图,解:先将2A电流源与10电阻并联转化成电压源与电阻串联，如图2-11b所示,再利用KVL求出A、B两点的开路电压，计算串联等效电阻，得到最简电路如图2-11c所示。,2.2 电源的等效变换,例2-6 如图2-12a所示，已知US1=10V，US2=6V，IS3=0.5A，R1=1，R2=3，10，R=5.25，试求R中的电流I。,图2-12 例2-6图,2.2 电源的等效变换,2.2.2 理想电源的串、并联 1.理想电压源与其他支路并联 理想电压源与任何支路并联，对外电路来说总可以等效成单独的电压源。电路如图2-13（a）（b）(c)所示。,图2-13 理想电压源与其他支路并联,2.理想电流源与其他支路串联 理想电流源与任何支路串联，对外电路来说总可以等效成单独的电流源。电路如图2-14（a）（b）(c)所示。,2.2 电源的等效变换,图2-14 理想电流源与其他支路串联,3.多个理想电压源串联 多个理想电压源串联时，可依据KVL求出对外电路等效电压值，电路如图2-15所示。 4.多个理想电流源并联 多个理想电流源并联时，可依据KCL求出对外电路等效电流值，电路如图2-16所示。,2.2 电源的等效变换,图2-15 多个理想电压源串联,2.2 电源的等效变换,图2-16 多个理想电流源并联,1.将图2-17所示电路化简成电压源模型。 2.将图2-18所示电路化简成电流源模型。,思考与练习,2.2 电源的等效变换,图2-17 思考与练习1题图,2.2 电源的等效变换,图2-18 思考与练习2题图,3.如图2-19所示电路，利用电源等效变换求支路电流I。,2.2 电源的等效变换,图2-19 思考与练习3题图,2.3 戴维南定理与诺顿定理,2.3.1 戴维南定理 任何一个线性含源二端网络，对外电路来说，总可以用一个电压源和电阻串联的模型来替代。电压源电压等于含源二端网络的开路电压 ，其电阻等于该网络中所有独立电压源短路、独立电流源开路时的等效电阻，称为二端网络的输入电阻 ，这就是戴维南定理。,图2-20 戴维南定理的等效过程,2.3 戴维南定理与诺顿定理,1)在给定二端网络的两引出端分别标注名称，如a、b。 2)画出戴维南等效电路的电路结构。 3)求戴维南等效参数：开路电压UOC=Uabk，输入电阻Ri(电压源开路，电流源短路)。,图2-21 例2-7图,已知含源二端网络求戴维南定理等效电路的解题步骤：,2.3 戴维南定理与诺顿定理,4)在电路结构中标明各元件参数(若UOC=Uabk0，则电压源极性a端为正，b端为负；若UOC=Uabk0，则电压源极性a端为负，b端为正)。 例2-7 求图2-21a所示电路的戴维南等效电路。 解：首先由已知图2-21a直接画出图2-21b所示戴维南等效电路的电路结构。 1)先将被求支路断开，其他电路将视为一个含源二端网络，两个断点即为两个引出端a、b。 2)求出该含源二端网络的戴维南定理等效电路。 3)将被求支路接回到戴维南定理等效电路的a、b端，再求解该支路的电压或电流。 例2-8 求图2-22a所示电路RL上的电流I。 解：将RL所在支路断开，生成断点a、b，如图2-22b所示。,2.3 戴维南定理与诺顿定理,图2-22 例2-8图,2.3.2 诺顿定理 任何一个线性含源二端网络，对外电路来说，总可以用一个电流源和电阻并联的模型来替代。电流源电流等于含源二端网络的短路电流 ，其电阻等于该网络中所有独立电压源短路、独立电流源开路时的输入电阻 ，这就是诺顿定理。,2.3 戴维南定理与诺顿定理,例2-9 如图2-23a所示电路，用诺顿定理求a、b两点间的电压U。,图2-23 例2-9图,解：先将图2-23a中被求支路断开，得到图2-23b。,2.3 戴维南定理与诺顿定理,图2-24 思考与练习1题图,1.将图2-24所示各电路化简成戴维南等效电路。 2.利用戴维南定理求图2-25所示电路中负载RL上的电流I。,思考与练习,2.3 戴维南定理与诺顿定理,图2-25 思考与练习2题图,3.对某个含源二端网络，先用一内阻为1M的电压表测量其端电压，读数为30V，再用一内阻为500k的电压表测量其端电压，读数为20V，试求该网络的戴维南等效电路。,2.4 叠加定理与替代定理,2.4.1 叠加定理 前面讲述的电源等效变换和戴维南定理，都是将复杂电路变换成简单电路，便于电路的分析和计算。 叠加定理的内容：在线性电路中有两个或两个以上的电源共同作用时，任意支路的电流（或电压）响应，等于电路中每个电源单独作用下在该支路产生的电流（或电压）响应的代数和。 叠加定理的解题步骤： 1)把原多电源电路化分成N个简单分电路叠加的形式。 2)在各个图中标明电流(或电压)的参考方向。 3)在各个分电路中分别计算被求量。 4)在原图中把各分量叠加，求得总电压或总电流(叠加时若分电路的电压或电流参考方向与原图一致，则该分量取正，否则该分量取负)。,2.4 叠加定理与替代定理,图2-26 例2-10图,解：(1)先将原电路画成两个分电路叠加的形式，如图2-26b、c所示。 (2)原电路中I1和I2的参考方向已给定，分别在两个分电路中标出对应电流的参考方向，为了分析方便，尽量与单独电源提供的电流方向一致。 (3)在分电路中计算各电流分量： (4)回到原电路中把各分量叠加：,例2-10 如图2-26a所示电路，用叠加定理求各支路电流I1、I2及6电阻所消耗的功率。,2.4 叠加定理与替代定理,(5)6电阻所消耗的功率为P=UI=I2R=126W=6W 应用叠加定理所注意的事项： 1)叠加定理只适用于线性电路，而不适合非线性电路。 2)由于功率不是电压或电流的一次函数，所以不能用叠加定理求功率。 3)当电路中存在受控源时，由于受控源不能像独立源一样单独提供电压或电流，因此要将受控源作为负载保留在各分电路中。 例2-11 如图2-27a所示电路，用叠加定理求IX和UX。,2.4 叠加定理与替代定理,图2-27 例2-11图,解：图2-27a中有两个独立源，分别单独作用时可画出图2-27b、c所示电路。 2.4.2 替代定理,2.4 叠加定理与替代定理,在分析电路时，根据等效的概念，我们可以把电路中的一部分电路或元件用其他元件来替换，这种替换不会影响电路其他部分的工作状态，那么替换时，所用的替换元件与被替换支路之间应遵循什么样的规则，这就是替代定理所要阐述的内容。,图2-28 例2-12图,替代定理的内容：在具有唯一解的线性或非线性电路中，第条支路的电压和电流为已知的和，则不管该支路是什么元件，总可以用以下三种元件中任一元件来替代，替代前后，电路中其他各处的电流和电压保持不变。1)电压值为Uk且方向与原支路电压方向一致的理想电压源。 2)电流值为Ik且方向与原支路电流方向一致的理想电流源。 3)电阻值为R=的电阻元件。,2.4 叠加定理与替代定理,例2-12 求图2-28a所示电路中电阻R的值。 解：图2-28a中，由并联电阻的电流关系可知,图2-29 思考与练习1题图,1.如图2-29所示电路，IS1=2,IS2=4,R=2,用叠加定理求电流I。 2.若在上题电路中再加一个US3=6V的电压源，其他参数不变，如图2-30所示，则电流I又为多少？,思考与练习,2.4 叠加定理与替代定理,图2-30 思考与练习2题图,2.4 叠加定理与替代定理,一、实验目的 1.掌握EWB软件的使用。 2.通过实验理解电压源和电流源的概念和各自的外部特性。 3.理解理想电压源与实际电压源的区别及理想电流源与实际电流源的区别。 4.掌握电压源与电流源进行等效变换的条件。 二、实验原理 1.理想电压源是指能输出恒定电压的电源。 2.理想电流源是指能输出恒定电流的电源。 3.理想电压源和理想电流源在实际中并不存在。 4.电压源和电流源都是用来表示一个实际电源的，所以它们之间可以进行等效变换，其等效变换的条件为US=ISRS或IS=US/RS。,仿真实验1 实际电压源与实际电流源的等效变换,2.4 叠加定理与替代定理,图2-31 电压源实验电路图,，,2.4 叠加定理与替代定理,三、实验内容与步骤 1.在EWB软件中按图2-31连接电压源实验电路，其中电压源的电压为10V，电压源内阻为1k。 2.单击仿真开关，并调节电位器阻值百分比，使阻值分别为0、250、500、750、1000，将所测得的电流值与电压值记录在表2-1中。 3.按图2-32连接电流源实验电路，根据电压源与电流源等效变换条件，取电流源的电流为10mA，电流源内阻仍为1k。,表2-1 电压源实验电路数据,2.4 叠加定理与替代定理,图2-32 电流源实验电路图,2.4 叠加定理与替代定理,4. 单击仿真开关，并调节电位器阻值百分比，使阻值分别为0、250、500、750、1000，将所测得的电流值与电压值记录在表2-2中。,表2-2 电流源实验电路数据,5.比较实验数据表2-1和表2-2中的电压与电流数据，可以看出符合等效条件(US=ISRS)的电压源与电流源对外电路是等效的。 四、思考题 理想电压源与理想电流源是否能够等效变换？,2.4 叠加定理与替代定理,一、实验目的 1.验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。 2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法，并了解各种测量方法的特点。 3.熟悉EWB软件的使用。 二、实验原理 1.戴维南定理指出，任何一个线性含源二端电阻网络，对外电路来说，可以用一条含源支路等效替代。 2.有源二端网络等效参数的测量方法如下： 1)开路电压、短路电流法：在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则电阻为R0=。,仿真实验2 戴维南定理的验证,2.4 叠加定理与替代定理,2)测定有源二端网络等效电阻的其他方法：将被测有源网络中内部的独立电压源US处短接，独立电流IS处开路，被测网络成为无独立源的二端网络，然后用外加电源法或直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路后A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0。 三、实验内容及步骤 1.在EWB软件中按图2-33连接仿真电路。,图2-33 含源二端网络实验电路,2.4 叠加定理与替代定理,2.按空格键将外电路控制开关断开，单击仿真开关，测得含源二端网络的开路电压UOC(图2-33中电压表的电压值)，将测量结果记录在表2-3中。 3.按空格键将外电路控制开关接通，按Shift+A组合键调节负载电路使其为0，单击仿真开关按钮，测量负载的短路电流ISC(图2-33中电流表的电流值)，将测量结果记录在表2-3中。 4.根据测量结果计算出R0的值。 5.根据前面的测量和计算结果建立戴维南等效电压源电路，电路如图2-34所示。 6.按图2-33改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。,表2-3 开路电压和短路电流实验数据表,2.4 叠加定理与替代定理,图2-34 戴维南等效实验电路,2.4 叠加定理与替代定理,表2-4 含源二端网络外特性实验数据表,7.按图2-34接线，UOC和R0为有源二端网络的开路电压和等效电阻，改变RL的值，测量相应的端电压U和电流I，记入表2-5中。,表2-5 戴维南等效实验电路外特性实验数据表,8.将表2-4和表2-5的值进行比较，验证戴维南定理的正确性。 四、思考题 在戴维南定理中，等效电压源的内阻为什么可用开路电压除以短路电流进行计算？,2.4 叠加定理与替代定理,一、实验目的 1.验证叠加定理的正确性。 2.加深对线性电路叠加性的认识和理解。 二、实验原理 叠加定理指出：在有几个独立源共同作用的线性电路中，任一支路电流(或电压)都是电路