电路分析基础复习.ppt

第1章电路分析基础,1.1电路元件,1.2基尔霍夫定律,1.4叠加原理,1.5等效电源定理,1.3电路中电位的概念及计算,本章要求:1.理解电压与电流参考方向的意义；2.会计算电路中各点的电位；3.了解电路的有载工作、开路与短路状态，理解电功率和额定值的意义，掌握各种基本元件的特性和用法；4.理解电路的基本定律和定理并能正确应用。,第1章电路分析基础,1.1.1电流、电压的参考方向,物理中对电学基本物理量规定的方向,1.电路基本物理量的实际方向,(2)参考方向的表示方法,电流：,电压：,(1)参考方向（正方向）,在分析与计算电路时，为计算方便，对元件中的电流或其两端的电压所假定的方向。,2.电路基本物理量的参考方向,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,(3)实际方向与参考方向的关系,注意：只有在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。,若I=5A，则电流从a流向b；,例：,若I=5A，则电流从b流向a。,若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；,若U=5V，则电压的实际方向从b指向a。,2.电阻元件的功率和能量,在关联参考方向下，电阻元件的功率为,（W）瓦,在t1到t2的时间内，电阻吸收的能量为,（J）焦耳,实际的电阻，R为正值，所以，p及W为非负值，电阻是无源元件。,理想电压源（恒压源）,例1：,(2)输出电压是一定值，不受外电路影响。对直流电压，有UE。,(3)恒压源中的电流由外电路决定。,特点:,(1)内阻R0=0,设E=10V，接上RL后，恒压源对外输出电流。,当RL=1时，U=10V，I=10A当RL=10时，U=10V，I=1A,电压恒定，电流随负载变化,1.1.3理想电压源与理想电流源,理想电流源（恒流源),例1：,(2)输出电流是一定值，不受外电路影响。,(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。,特点:,(1)内阻R0=；,设IS=10A，接上RL后，恒流源对外输出电流。,当RL=1时，I=10A，U=10V当RL=10时，I=10A，U=100V,外特性曲线,I,U,IS,O,电流恒定，电压随负载变化。,受控源（受控电源）,独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独立存在的电源。,受控源的特点：受控源的输出与控制量成比例。当控制电压或电流等于零时，受控源的输出电压或电流也将为零。,受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中其它部分的电流或电压控制的电源。,四种理想受控电源的模型,电压控制电压源,电流控制电压源,电压控制电流源,电流控制电流源,1.1.4元件的功率,当U、I参考方向相同：P=UI若：P0，负载（吸收功率）P0，电源（发出功率）,元件的功率计算和参考方向设置有关,U、I参考方向不同，P=UI若P0，负载P0，电源。,不管参考方向如何设置，一定有：P吸=P发即一个电路的总吸收功率等于总发出功率。或P=0（将发出功率记为负值）。,电压源模型,由上图电路可得:U=EIR0=Us-IR,若R0=0,理想电压源:UE,Us=E,电压源的外特性,1.电压源：是由电动势E和内阻R0串联的电源的电路模型。,若R0RL，IIS，可近似认为是理想电流源。,电流源,电源与负载的判别,U、I参考方向不同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。,U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。,1.根据U、I的实际方向判别,2.根据U、I的参考方向和功率进行判别,电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出（发出功率）；,负载：U、I实际方向相同，即电流从“+”端流入（吸收功率）。,电气设备的额定值,额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值,电气设备的三种运行状态,欠载(轻载)：IPN(设备易损坏),额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠),3.电压源与电流源的等效变换,由图a：U=EIR0,由图b：U=ISR0IR0,对外有效！,等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。,理想电压源与理想电流源之间无等效关系。,电压源和电流源的等效关系只对外电路而言，对电源内部则是不等效的。,注意事项：,例：当RL=时，电压源的内阻R0中不损耗功率，而电流源的内阻R0中则损耗功率。,任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路，都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路。,支路：电路中的每一条分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：内部不含其它支路的单孔回路。,1.2基尔霍夫定律,1.2.1基尔霍夫电流定律(KCL定律),1定律,即:in=out,在任一瞬间，流入任一结点的电流和恒等于流出该结点的电流和。,实质:电流连续性的体现。,或:=0,对结点a：,I1+I2=I3,或I1+I2I3=0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。(广义节点),2推广,I=?,例:,广义结点,I=0,IA+IB+IC=0,在任一瞬间，沿任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.2.2基尔霍夫电压定律（KVL定律),1定律,即：U=0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路绕行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1：,对回路2：,E1=I1R1+I3R3,I2R2+I3R3=E2,或I1R1+I3R3E1=0,或I2R2+I3R3E2=0,基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,1列方程前标注回路循行方向；,电位升=电位降E2=UBE+I2R2,U=0I2R2E2+UBE=0,2应用U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3.开口电路可按回路处理,注意：,对回路1：,两点之间电压与路径无关！,1.2.3基尔霍夫定律的应用,1.支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。,对上图电路支路数：b=3结点数：n=2,回路数=3单孔回路（网孔）=2,若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程,2.结点电压法,结点电压的概念：,任选电路中某一结点为零电位参考点(用表示)，其他各结点对参考点的电压，称为结点电压。结点电压的参考方向从结点指向参考结点。,结点电压法适用于支路数较多，结点数较少的电路。,结点电压法：以结点电压为未知量，列电流方程求解。,在求出结点电压后，可应用基尔霍夫定律或欧姆定律求出各支路的电流或电压。,在左图电路中只含有两个结点，若设b为参考结点，则电路中只有一个未知的结点电压。,2个结点的结点电压方程（弥尔曼定理）,设：Vb=0V结点电压为U，参考方向从a指向b。,2.应用欧姆定律求各支路电流：,1.用KCL对结点a列方程：I1I2+ISI3=0,将各电流代入KCL方程则有：,整理得：,注意：(1)上式仅适用于两个结点的电路。,(2)分母是各支路电导之和,恒为正值；分子中各项可以为正，也可以可负。当E和IS与结点电压的参考方向相反时取正号，相同时则取负号。而与各支路电流的参考方向无关。,2个结点的结点电压方程的推导：,即结点电压方程：,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。,1.电位的概念,电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,1.3电路中电位的概念及计算,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；,(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,1.4叠加原理,叠加原理：对于线性电路，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。P15,叠加原理,适用范围,适用变量,由图(c)，当IS单独作用时,同理：I2=I2+I2,由图(b)，当E单独作用时,根据叠加原理,叠加原理只适用于线性电路。,不作用电源的处理(去源)：E=0，即将E短路；Is=0，即将Is开路。对实际电源应保留电源的内阻。,线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，但功率P不能用叠加原理计算。例：,注意事项：,应用叠加原理时可把电源分组求解，即每个分电路中的电源个数可以多于一个。,解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方向相反时，叠加时相应项前要带负号。,例2：,已知：US=1V、IS=1A时，Uo=0VUS=10V、IS=0A时，Uo=1V求：US=0V、IS=10A时，Uo=?,解：电路中有两个电源作用，根据叠加原理可设Uo=K1US+K2IS,当US=10V、IS=0A时，,当US=1V、IS=1A时，,得0=K11+K21,得1=K110+K20,联立两式解得：K1=0.1、K2=0.1,所以Uo=K1US+K2IS=0.10+(0.1)10=1V,1.5等效电源定理,二端网络的概念：二端网络：具有两个出线端的部分电路。无源二端网络：二端网络中没有电源。有源二端网络：二端网络中含有电源。,无源二端网络,有源二端网络,电压源（戴维宁定理）,电流源（诺顿定理）,无源二端网络可化简为一个电阻,有源二端网络可化简为一个电源,1.戴维宁定理,任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替。,等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻。,等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压U0，即将负载断开后a、b两端之间的电压。,等效电源,例1：,电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4，R3=13，试用戴维宁定理求电流I3。,a,b,注意：“等效”是指对端口外等效,即用等效电源替代原来的二端网络后，待求支路的电压、电流不变。,有源二端网络,等效电源,2.诺顿定理,任何一个有源二端线性网络都可以用一个电流为IS的理想电流源和内阻R0并联的电源来等效代替。,等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻。,等效电源的电流IS就是有源二端网络的短路电流，即将a、b两端短接后其中的电流。,等效电源,实际的电阻,电阻的主要指标1.标称值2.额定功率3.允许误差种类:碳膜、金属膜、线绕、可变电阻,一般电阻器按标准化系列生产。,电阻的标称值,误差,标称值,10%（E12）,5%（E24）,1.0、1.2、1.5、1.8