1电路及其分析方法ppt课件

1、电电 工工 技技 术术一、电能的运用 电能运用在工业、农业及国民经济各部门，在日常生活中也是不可短少的。 绪论1. 电能的优越性 1便于转换 2便于传输 3便于控制 2. 缺乏之处 难于储存二 、课程的目的和学习方法 目的获得电的根本实际知识，为今后的学习和工程技术研讨打下根底。 方法掌握好物理概念多看参考书；多做习题。第第 1 1 章章电路及其分析方电路及其分析方法法 1-1 电路的作用与组成部分电路的作用与组成部分 电路电路电流流经的闭合途径由电工设备和元电流流经的闭合途径由电工设备和元件件 组成。组成。 一一. 电路的组成电路的组成 电源信号源电源信号源 中间环节中间环节 负载负载 二二

2、. 电路的作用电路的作用传输和转换电能；传输和转换电能； 传送和处置信号。传送和处置信号。电源：将非电能转换成电能的安装电源：将非电能转换成电能的安装(干电池干电池,蓄电池蓄电池,发电机发电机)或信号源。或信号源。中间环结：把电源与负载衔接起来的部分中间环结：把电源与负载衔接起来的部分(衔接导线衔接导线,开关开关)负载：将电能转换成非电能的用电设备负载：将电能转换成非电能的用电设备(电灯电灯,电炉电炉,电动机电动机)一一. 电路的组成：电路的组成：电池电池灯泡灯泡EIRU+_负载负载电源电源电路的组成电路的组成二二. 电路的作用电路的作用1. 电能传输和转换电能传输和转换发电机发电机升压变压器

3、升压变压器降压变压器降压变压器电灯电炉电灯电炉热能热能,水水能能,核能核能转电能转电能传输分配电能传输分配电能电能转换电能转换为光能为光能,热热能和机械能和机械能能2. 信号的传送和处置信号的传送和处置放大器放大器话筒话筒扬声器扬声器将语音转换将语音转换为电信号为电信号(信号源信号源)信号转换、放信号转换、放大、信号处置大、信号处置(中间环节中间环节)接受转换信接受转换信号的设备号的设备(负载负载)电路分析电路分析在知电路构造与元件参数情在知电路构造与元件参数情 况下研讨电路鼓励与呼应之间况下研讨电路鼓励与呼应之间 的关系。的关系。鼓励鼓励推进电路任务的电源的电压或电流。推进电路任务的电源的电

4、压或电流。呼应呼应由于电源或信号源的鼓励作用，在由于电源或信号源的鼓励作用，在 电路中产生的电压与电流。电路中产生的电压与电流。将实践元件理想化，由理想化的电路将实践元件理想化，由理想化的电路元件组成的电路。元件组成的电路。EIRU+_例如：例如：理想化理想化导线导线理想化理想化元件元件今后我们分析的都是今后我们分析的都是电路模型，简称电路。电路模型，简称电路。1-2 电路的模型电路的模型理想化理想化电源电源电路模型电路模型: 由理想元件组成的电路由理想元件组成的电路.一理想无源元件一理想无源元件(线性元件线性元件)1.电阻电阻: 电路中耗费电能的理想元件电路中耗费电能的理想元件2.电容电容:

5、 电路中储存电场能的理想元件电路中储存电场能的理想元件3.电感电感: 电路中储存磁场能的理想元件电路中储存磁场能的理想元件线性电路线性电路: 由线性元件和电源元件组成的电路由线性元件和电源元件组成的电路.二理想电源元件二理想电源元件1.理想电压源理想电压源+ +- -U=定值U=定值+ +- -I ISUSUO OI IU U 恒压源恒压源2.理想电流源理想电流源SIO OI IU U- -I=定值I=定值+ +U USI恒流源恒流源1-3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向I=0+_RUESU0R0ba 电路中的箭头方向为电压与电动电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的参考方向势和电流

6、的参考方向.电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向(参考方向参考方向)物理量的正方向：物理量的正方向：实践正方向实践正方向假设正方向假设正方向实践正方向：实践正方向： 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向参考正方向：假设正方向参考正方向： 在分析计算时，为了解题方便，对物理量在分析计算时，为了解题方便，对物理量恣意假设的参考方向。恣意假设的参考方向。物理量的实践正方向物理量的实践正方向一、电流一、电流电流方向电流方向正电荷运动的方向正电荷运动的方向 实践方向。实践方向。电流参考方向电流参考方向任选一方向为电流正方向。任选一方向为电流正方向。正值正值负值负值Iab = -

7、 Iba例：例：IIaabb二、电压二、电压电压方向电压方向由高电位端指向低电位端实践方向。由高电位端指向低电位端实践方向。电压参考方向电压参考方向任选一方向位为电压正方向。任选一方向位为电压正方向。电压表示方法：电压表示方法：U+-UabUabUab = -Uba关联正方向：关联正方向：UI关联正关联正方向方向UI非关联非关联正方向正方向三、电动势三、电动势电动势的方向电动势的方向电位升高的方向实践方向。电位升高的方向实践方向。电动势的参考方向电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。任选一方向为电动势的正方向。电动势的表示方法：电动势的表示方法：a.箭头箭头b.正负号正负号c.双下标双下

8、标电动势和电压的关系：电动势和电压的关系：EU 电压与电动势规定正方向相反时电压与电动势规定正方向相反时 E=UEU 电压与电动势规定正方向一样时电压与电动势规定正方向一样时 E= -U由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等，由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等， 方向相反的外加电压表示。方向相反的外加电压表示。例：例：EUU(U=E)实践方向与参考方向一致，电流实践方向与参考方向一致，电流(或电压或电压)值为正值；值为正值；实践方向与参考方向相反，电流实践方向与参考方向相反，电流(或电压或电压)值为负值。值为负值。留意：留意： 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电

9、压或电压 ) 值才有正负值才有正负之分。之分。 假设假设 I = 5A，那么电流从，那么电流从 a 流向流向 b；例：例：假设假设 I = 5A，那么电流从，那么电流从 b 流向流向 a 。abRIabRU+假设假设 U = 5V，那么电压的实践，那么电压的实践方向从方向从 a 指向指向 b；假设假设 U= 5V，那么电压的实践，那么电压的实践方向从方向从 b 指向指向 a 。欧姆定律欧姆定律U、I 参考方向一样时，参考方向一样时，RU+IRU+I 表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号： 式前的正负号由式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；参考方向的关系确定； U、I 值本身的正负那

10、么阐明实践方向与参考值本身的正负那么阐明实践方向与参考 方向之间的关系。方向之间的关系。 通常取通常取 U、I 参考方向一样。参考方向一样。U = I R解：对图解：对图(a)有有, U = IR例：运用欧姆定律对以下图电路列出式子，并求电阻例：运用欧姆定律对以下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A电路分析中的假设正方向电路分析中的假设正方向( (参考方向参考方向问题的提出：在复杂电路中难于判别元件中物理量问题的提出：在复杂电路中难于判别元件中物理量 的实践方向，电路如何求

11、解？的实践方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；处理方法处理方法(3) 根据计算结果确定实践方向：根据计算结果确定实践方向： 假设计算结果为正，那么实践方向与假设方向一致；假设计算结果为正，那么实践方向与假设方向一致； 假设计算结果为负，那么实践方向与假设方向相反。假设计算结果为负，那么实践方向与假设方向相反。(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算；系的代数表达式并计算；例例知：知：E=2V,

12、 R=1求：求： 当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?E IRRURabUab解：解：(1) 假定电路中物理量的正方向如下图；假定电路中物理量的正方向如下图；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURabREURUIabRREUUabR U(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRabRabIUIU实践方向与假设方向一致实践方向与假设方向一致实践方向与假设方向相反实践方向与假设方向相反REUIabRE IRRURabUabU(4) 为了防止列方程时出错，习惯上把为了防止列方程时出错，习惯上把 I 与与 U 的方向的方向 按一样方向假设按一样方向假设(关联

13、正方向。关联正方向。(1) 方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2) “实践方向是物理中规定的，而实践方向是物理中规定的，而“假设假设 正方向正方向那么那么 是人们在进展电路分析计算时是人们在进展电路分析计算时,恣意假设的。恣意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，留意一定要先假定在以后的解题过程中，留意一定要先假定“正方向正方向 (即在图中阐明物理量的参考方向即在图中阐明物理量的参考方向)，然后再列方程，然后再列方程 计算。短少计算。短少“参考方向的物理量是无意义的参考方向的物理量是无意义的. 提示提示RIURR IRURab假设假设: 与与

14、 的方向一致的方向一致RIRU例例RIRU假设假设: 与与 的方向相反的方向相反RIURR IRURab关联正方向关联正方向非关联正方向非关联正方向p5 练习与思索1-3,课堂练习 4,作业1-4电源有载任务、开路和短路电源有载任务、开路和短路1.4.1 电源有载任务电源有载任务电路特征：电路特征： I = E/(R0+R)U = IR = E IR0P = PE - P 将上式乘以将上式乘以I，得，得留意：电源输出的功率留意：电源输出的功率和电流由负载决议。和电流由负载决议。当当RR0时时UE1、电压和电流、电压和电流+_IRUabESR0ab负载大小的概念负载大小的概念: 负载添加指负载取

15、用的负载添加指负载取用的电流和功率添加电流和功率添加(电压一定电压一定)。电源的外特性曲线电源的外特性曲线 表示电源端电压与输出电流之间的关系表示电源端电压与输出电流之间的关系曲线，称为外特性曲线。曲线，称为外特性曲线。U = IR = E IR0IU0EIR0上式阐明：当上式阐明：当R变化时，变化时，电源端电压变化不大，那电源端电压变化不大，那么此电源带负载的才干强。么此电源带负载的才干强。2. 功率与功率平衡功率与功率平衡20IREIUIPPPE 电源的发出功率电源的发出功率=负载的取用功率负载的取用功率+电源内阻上的耗费功率电源内阻上的耗费功率P-电源输出的功率电源输出的功率PE -电源

16、产生的功率电源产生的功率P-电源内阻上耗费的功率电源内阻上耗费的功率IUE+_RabSR0功率平衡方程式：功率平衡方程式：电源：电源： U U、I I 实践方向相反，即电流从实践方向相反，即电流从“+ +端流出端流出， 发出功率；发出功率； 负载：负载： U、I 实践方向一样，即电流从实践方向一样，即电流从“-端流出。端流出。 吸收功率。吸收功率。根据能量守衡关系根据能量守衡关系P吸收吸收= P发出发出B.B.在在 U U、 I I 正方向选择一致的前提下：正方向选择一致的前提下： IRUab或或IRUab“吸收功率负载吸收功率负载“发出功率电源发出功率电源假设假设 P = UI 0假设假设

17、P = UI P = UI 0 0根据能量守衡关系根据能量守衡关系P吸收吸收= P发出发出 当当 计算的计算的 P 0 P 0 时时, , 那么阐明那么阐明 U U、I I 的实的实践方向一致，此部分电路耗费电功率，为负载。践方向一致，此部分电路耗费电功率，为负载。功率性质判别：功率性质判别： 当计算的当计算的 P 0 P 0 时时,那么电源耗费功率，为负载那么电源耗费功率，为负载；当计算的电源功率当计算的电源功率PE 0 时时,那么电源发出功率，为电源那么电源发出功率，为电源.例例IUU=10VI= -1A电路电路IUU=-10VI= 1A电路电路IUU=10VI= 1A电路电路P=UI=-

18、10W0，耗费功率，是负载。耗费功率，是负载。 P=-UI=-10W0，发出功率，是电源。发出功率，是电源。练习1.4.44. 额定值与实践值额定值与实践值 额定值额定值: 制造厂为了使电子设备能在给定的制造厂为了使电子设备能在给定的任务条件下正常运转而规定的正常允许值。任务条件下正常运转而规定的正常允许值。 UN 、IN 、PN 运用时，电压、电流、功率的实践值不一定运用时，电压、电流、功率的实践值不一定等于额定值。等于额定值。电器运用时的实践值不一定等于额定值的缘由：电器运用时的实践值不一定等于额定值的缘由： a.电器受外界影响电器受外界影响如电压动摇。如电压动摇。 b.负载变化时，电源负

19、载变化时，电源/电机的电流、功率通常电机的电流、功率通常不一定处于不一定处于 额定任务形状。额定任务形状。额定任务形状：额定任务形状： I = IN ，P = PN (经济合理平安可靠经济合理平安可靠) 开关开关S断开时，外电路的电阻无穷大断开时，外电路的电阻无穷大, 电流为零，电流为零，电源的端电压电源的端电压U0等于电源电动势等于电源电动势E。1.4.2 、电源开路断路或空载、电源开路断路或空载电路特征：电路特征：I = 0 , U = 0 U0 = E- R0 I =EPE = P = 0I=0+_RUEabSU0R0其中：其中：PE = EI、P = UI1.4.3. 电源短路电源短路

20、U=0 I=00SREI20IsRPPESI短路电流短路电流P=0电路特征：电路特征：+ +- -E E+ +- -0RUIsI=0+_RUEabSR0当当R0 0时，时，Is 烧毁电源。烧毁电源。留意：电压源不允许短路！留意：电压源不允许短路！接熔断器接熔断器ISU = 0Ex. P45 1.4.5 1.4.7 用来描画电路中各部分电压或各部分电流用来描画电路中各部分电压或各部分电流间的关系间的关系,其中包括基氏电流和基氏电压两个其中包括基氏电流和基氏电压两个定律。定律。术语：术语：网孔：不包含任何支路的回路网孔：不包含任何支路的回路支路：电路中的每一个分支支路：电路中的每一个分支 一个支路

21、流过一个电流一个支路流过一个电流结点：三个或三个以上支路的结合点结点：三个或三个以上支路的结合点回路：电路中任一闭合途径回路：电路中任一闭合途径1 1基尔霍夫定律基尔霍夫定律( (克希荷夫克希荷夫) )支路：支路：ab、ad、 . 共共6条条回路：回路：abcda、 abca、abdca 、 adbca . 共共7 个个结点：结点：a、 b、 . (共共4个个例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-网孔：网孔：abda、 bcdb、adca 共共3 个个 描画描画1、 对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流流 等于由结点流

22、出的电流。等于由结点流出的电流。 基氏电流定律的根据：电流的延续性基氏电流定律的根据：电流的延续性 I =0即：即：I1I2I3I44231IIII例例或：或：04231IIII1.1.1 .1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律KCL)KCL) I入入 = I出出即：即：设：流入结点为正，流出结点为负。设：流入结点为正，流出结点为负。描画描画2、在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为、在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。电流定律还可以扩展到电路的恣意封锁面广义结点。电流定律还可以扩展到电路的恣意封锁面广义结点。例例I1+I2=I3例例I=0基氏电流定律的扩展基氏电流定律的扩展I=?I1I2

23、I3E2E3E1+_RR1R+_+_R描画描画1 不引荐不引荐 对电路中的任一回路，沿对电路中的任一回路，沿恣恣意循行方向的各段电压的代数和等于零。意循行方向的各段电压的代数和等于零。即：即：IRE1.1.2 .2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律KVLKVL即：即：0U描画描画2 在任一回路的循行方向上，电动势的代数在任一回路的循行方向上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。和等于电阻上电压降的代数和。描画描画3在任一回路的循行方向上，电位降之和在任一回路的循行方向上，电位降之和等于电位升之和。等于电位升之和。基氏电压定律的根据：能量守恒基氏电压定律的根据：能量守恒E、U和和IR与循行方

24、向一样为正，反之为负。与循行方向一样为正，反之为负。例如：例如： 回路回路 a-d-c-a55443343RIRIRIEE或：或：留意：与循行方向一样为正，留意：与循行方向一样为正， 反之为负。反之为负。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-I3R3+E4=E3+I4R4+I5R5(电位降电位降) (电位升电位升)RIUEab基氏电压定律也适宜开口电路。基氏电压定律也适宜开口电路。例例RIE由：由：得：得：E+_RabUabIABCUA+_UAB+_根据根据 U = 0UAB = UA UB UA UB UAB = 0基氏电压定律也适宜开口电路。基氏电压定律也

25、适宜开口电路。例例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下电路中应列几个电流方程？几个分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？电压方程？基尔霍夫电流方程：基尔霍夫电流方程：结点结点a：结点结点b：321III213III独立方程只需独立方程只需 1 个个基尔霍夫电压方程：基尔霍夫电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIEERIRIERIRIE独立方程只需独立方程只需 2 个个aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1网孔网孔网孔网孔设：电路中有设：电路中有N个结点，个结点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小小 结结独立的结点电流方程有独立的结点电流方程有 (N -1) 个个独立的回路网孔电压方程有独立的回路网孔电压