电工电子技术-第1章-电路的基本概念

1,电工电子技术C,2,课程基本描述课程名称：电工电子技术C理论学时:40课时成绩构成：,作业出勤20%实验成绩20%期末考试60%,3,第1章电路的基本概念与基本定律,1.1电路的作用和组成,能量的输送和转换,电路作用,1.2电路模型,信号的传递和处理,电源负载开关等辅助设备导线,R0,4,1.3电压和电流的参考方向,参考方向：为方便分析计算假定的方向，又称正方向。,关联参考方向下欧姆定律为：I=U/RL，否则I=-U/RL,+U-,I,欧姆定律：I=U/RL,I,负载,U,结果为正，参考方向与实际方向一致，否则相反。,关联参考方向：电流从负载电压的+流入，-流出，则电压与电流为关联参考方向,5,I=6/3=2A,I=-6/3=-2A,U=-IR=-(-2)*3=6V,6,1.4电源有载、开路与短路,通路,电源向负载输出电功率,称电源有载。,开路,短路,如果电源既不产生也不输出电功率，电源这时的状态称为空载。,短路处的电压等于零,电源短路,电源过载，则烧毁,7,由于内阻存在，电源输出的电压决于输出电流和外电路的情况，不是由电源本身决定的定值。,8,1.5基尔霍夫定律,一、基尔霍夫电流定律（KCL）,1.几个概念,有a、b两个结点,结点：支路：,b,a,d,c,e,电路中3个或3个以上电路元件的连接点。两节点之间的每一条电路称为支路。,有acb、adb、aeb三条支路,9,由于电流的连续性，流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。,对结点a：,I1I2I3,或I1I2I30,流入取正号，则流出取负号,2.基尔霍夫电流定律(KCL),基尔霍夫电流定律KCL:在电路的任何一个结点上，任一瞬间电流的代数和为零。直流电路中I=0对任意波形的电流i=0,10,3.KCL的推广,ICIBIE0,对于电路中任何一个假定的闭合面(广义结点)，任一瞬间流入与流出的电流的代数和也为零。,11,解：由图中所示电流的参考方向，应用LCL，分别由结点a、b、c求得:,I6I4I1(53)A8A,I2I5I48(5)A13A,I3I6I5(88)A16A,或由广义结点得：I3I1I2(313)A16A,12,二、基尔霍夫电压定律（KVL）,由电路元件组成的闭合路径称为回路。,有adbca、aebda和aebca三个回路,未被其他支路分割的单孔回路称为网孔。,1.几个概念,回路：网孔：,有adbca、aebda两个网孔。,13,对回路adbca由于电位的单值性，从a点出发沿回路环行一周又回到a点，电位的变化应为零。即电压升之和应等于电压降之和。,US2U1US1U2,与回路环行方向一致取正号与回路环行方向相反取负号。,或US2U1US1U20,2.基尔霍夫电压定律（KVL）,基尔霍夫电压定律KVL:在电路的任何一个回路中，沿同一方向循行，任一瞬间电压的代数和为零。直流电路中U=0对任意波形的电压u=0,14,解：由回路abcdefa,Uab+E2+UcdUed+UefE10,求得UedUab+Ucd+UefE1+E24+(6)52010V7V,15,将a、b两点间的电压作为电阻电压降一样考虑进去。,RIUE,或RIUUS0,3.KVL的推广,对于电路中任何一个假想的闭合回路，延同一方向巡行，任一瞬间电压的代数和也为零。,16,由假想的回路abcda,Uab+UcdUad+E20,求得UadUab+Ucd+E24+(6)10V8V,练习：E120V,E210V,Uab4V,Ucd6V,Uef5V。试求Ued和Uad。,17,1.6电阻串并联的等效变换,1.电阻串联：多个电阻顺序连接，电流相同。,2.电阻并联:多个电阻连接在两个公共节点之间，电压相同。,等效电阻：R=R1+R2,U2=UR2/(R1+R2)按比例分压,等效电阻：1/R=1/R1+1/R2,I2=IR1/(R1+R2)按反比分流,18,1.7支路电流法,1.支路电流法解题的一般步骤,(1)确定支路数，选择各支路电流的参考方向。,I1,I2,I3,(2)确定结点数，列出独立的结点电流方程式。,n个结点只能列出n1个独立的结点方程式。,结点a:I1I2I30,结点b:I1I2I30,19,(3)确定余下所需的方程式数，列出独立的回路电压方程式。,左网孔:R1I1R3I3E1右网孔:R2I2R3I3E2,(4)解联立方程式，求出各支路电流的数值。,R1I1R3I3E1,I1I2I30,R2I2R3I3E2,求出：I1、I2和I3。,20,解:选择各支路电流的参考方向和回路方向,练习：已知US112V，US212V，R11，R22，R32，R44。求各支路电流。,I1,I2,I3,I4,上结点I1I2I3I40,左网孔R1I1R3I3US10,中网孔R1I1R2I2US1US20,右网孔R2I2R4I4US20,代入数据,I14A，I22A，I34A，I42A,21,1.8叠加定理,1.内容：在含有多个电源作用的线性电路中，任一支路的电流和电压等于电路中各个电源分别单独作用时在该支路产生的电流和电压的代数和。,22,2.电源的处理：某一电源单独作用时，其他不起作用(US=0,IS=0),即电压源短路，电流源开路。,23,3.注意事项：最后叠加时，各个电源单独作用时的电流和电压分量的参考方向与总电流和电压的参考方向一致时前面取正号，不一致时前面取负号。仅适用于线性电路只能用来分析和计算电流和电压，不能用来计算功率。,24,其中：,25,26,解电压源单独作用时,=1.75V,27,电流源单独作用时,=(11.6+31.25)V=5.35V,最后求得,=(3.250.35)A=3.6A,=(1.75+5.35)V=3.6V,作业,第五页1.3.4,1.9电压源与电流源及其等效变换,1.9.1电压源,若R0=0,理想电压源:UE,U0=E,电压源的外特性,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，则IIS，可近似认为是理想电流源。,理想电流源（恒流源),(2)输出电流是一定值，恒等于电流IS；,(3)恒流源两端的电压U由外电路决定。,特点:,(1)内阻R0=；,1.9.3电压源与电流源的等效变换,等效变换条件:,E=ISR0,由开路电压相等,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。,例1:,求下列各电路的等效电源,解:,例2:,试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。,解:,1.10戴维宁定理,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,戴维宁定理内容：,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。,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。,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,解：(1)断开待求支路求等效电源的电动势E,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。,E也可用结点电压法、叠加原理等其它方法求。,E=U0=E2+IR2=20V+2.54V=30V,或：E=U0=E1IR1=40V2.54V=30V,解：(2)求等效电源的内阻R0除去所有电源（理想电压源短路，理想电流源开路）,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。,从a、b两端看进去，R1和R2并联,求内阻R0时，关键要弄清从a、b两端看进去时各电阻之间的串并联关系。,解：(3)画出等效电路求电流I3,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。,作业,第47页1.9.6第48页1.10.1,45,1.11电路中电位的概念及计算,1.两点电位差,Va-Vb=Uab,Uab=106=60V,46,1.11电路中电位的概念及计算,2.某一点的电位,指相对于参考点的电位。参考点可任意设定，通