电工电子电路基本分析方法

1、电工电子电路基本分析方法第1页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 2.1 电阻串并联的等效变换 2.2 电压源与电流源及其等效变换 2.3 支路电流法 2.4 节点电压法 2.5 叠加原理 2.6 戴维宁定理与诺顿定理*2.7 受控电源电路的分析 2.8 非线性电阻电路的分析目 录第2页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 在电路中，电阻的联接形式是多种多样的，其中最简单和最常用的是串联与并联。具有串、并联关系的电阻电路总可以等效变化成一个电阻。所谓等效是指两个电路的对外伏安关系相同等效返回2.1 电阻串并联联接的等效变换第3页，共76页，2022年，

2、5月20日，23点23分，星期五 如果电路中有两个或两个以上的电阻串联，这些电阻的串联可以等效为一个电阻。2.1.1 电阻的串联伏安关系第4页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 两个串联电阻上的电压分别为：第5页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 式中G为电导，是电阻的倒数。在国际单位 制中，电导的单位是西门子（S）。 上式也可写成 两个或两个以上的电阻的并联也可以用一个电阻来等效。 2.1.2 电阻的并联第6页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 两个并联电阻上的电流分别为：第7页，共76页，2022年，5月20日，23点23分

3、，星期五 计算图中所示电阻电路的等效电阻R，并求电流 I 和I5 。例题2.1第8页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 可以利用电阻串联与并联的特征对电路进行简化(a)(b)(c)(d)解第9页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五由(d)图可知,(c)由(c) 图可知返回第10页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.2 电压源与电流源及其等效变换 一个电源可以用两种不同的电路模型来表示。用电压的形式表示的称为电压源；用电流形式表示的称为电流源。两种形式是可以相互转化的。返回第11页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，

4、星期五 任何一个实际的电源，例如发电机电池或各种信号源，都含有电动势E和内阻 ,可以看作一个理想电压源和一个电阻的串联。 2.2.1 电压源等效电压源第12页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五根据电压方程作出电压源的外特性曲线 当 = 0 或 时,这样的电压源被称为理想电压源也称恒压源。 理想电压源的特点是无论负载或外电路如何变化,电压源两端的电压不变。第13页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 电源除用电动势 E 和内阻 串联的电路模型表示以外，还可以用另一种电路模型来表示。2.2.2 电流源第14页，共76页，2022年，5月20日，23点23分

5、，星期五 图中负载两端电压和电流的关系为 将上式两端同除以 可得出令则有第15页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 我们可以用下面的图来表示这一伏安关系 负载两端的电压 和电流没有发生改变。等效电流源第16页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 当 时，这样的电源被称为理想电流源也称恒流源。理想电流源的特点是无论负载或外电路如何变化，电流源输出的电流不变。第17页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五一般不限于内阻 ，只要一个电动势为E的理想电压源和某个电阻R串联的电路，都可以化为一个电流为 的理想电流源和这个电阻并联的电路。第18页

6、，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五具体步骤如下 试用等效变换的方法计算图中 电阻上的电流I。例题2.2第19页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五解下页第20页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五返回第21页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.3 支路电流法 凡不能用电阻串并联化简的电路，一般称为复杂电路。在计算复杂电路的各种方法中，支路电流法是最基本的。它是应用基尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路列出方程，求出未知量。返回第22页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 一般地说，若一

7、个电路有b条支路，n个节点，可列n-1个独立的电流方程和b-(n-1)个电压方程。五条支路三个节点第23页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五， 在右图所示的桥式电路中，中间是一检流计，其电阻 为 ， 试求检流计中的电流 。 例题2.3已知第24页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 数一数 ： b=6, n=4 我们先来列3个节点电流方程，选a、 b、 c三个节点对节点a 解对节点b对节点c bC d a第25页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五再来列三个电压方程，选图中的三个回路对回路abda a bC d对回路acba 对回路

8、dbcd第26页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 解上面的六个方程得到 的值我们发现当支路数较多而只求一条支路的电流时用支路电流法计算，极为繁复，下节我们将介绍节点电压法返回第27页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.4 结点电压法 当电路中支路较多，结点较少时可选其中一个结点作参考点，求出其他结点的相对于参考点的电压，进而求出各支路电流。这种方法称为结点电压法。返回第28页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 以上图为例，共有三个结点，我们选取电源的公共端作为参考点， ba 通过a、b两点的结点电流方程，分别建立a、b两点的

9、电压方程。o 六条支路第29页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五先列结点的电流方程a点b点b再看各支路的伏安关系a第30页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五ab将各支路电流值代入结点电流方程第31页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 得如下方程令两方程变为第32页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五节点a的自电导节点b的自电导节点a、b间的互电导ab汇入a点的恒流源的代数和，流入为正，流出为负。汇入b点的恒流源的代数和第33页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 用结点电压法计算图中各支路

10、的 电流。 ，。，例题2.4第34页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五对于 a 点对于 b 点对于 c 点解得再根据各支路伏安关系得abc，。O解返回第35页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.5 叠加原理 对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）单独作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。这就是叠加原理。返回第36页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 *所谓电路中各个电源单独作用，就是将电路中其它电源置0， 即电压源短路，电流源开路。 第37页，共76页，2022年，5月20日，23

11、点23分，星期五 我们以下图为例来证明叠加原理的正确性。=+同理由(a)图由(b)图由(c) 图 (a)(b)以 为例通过计算 (c)第38页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五=, 用叠加原理计算图中电阻 上的电流 。已知 ,。例题2.5第39页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五=+ (a) (b)由(a)图由(b)图解第40页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 从数学上看，叠加原理就是线性关系的可加性。所以功率的计算不能用叠加原理。注意返回第41页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.6 戴维南定理与诺顿

12、定理 计算复杂电路中的某一支路时，为使计算简便些，常常应用等效电源的方法。其中包括戴维宁定理和诺顿定理。 返回第42页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五先说说有源二端网络的概念有源二端网络，就是具有两个出线端的部分电路,其中含有电源。有源二端网络第43页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.6.1 戴维南定理 任何一个线性有源二端网络都可以用一个电动势为 的理想电压源和一个电阻 的串联来等效。电压源的电压等于有源二端网络的开路电压，即将负载断开后a、b两端之间的电压。所串电阻 等于该有源二端网络除源后所得到的无源网络a、b两端之间的等效电阻。等效电压

13、源第44页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 戴维南定理的证明=+电流源置0最后得到再利用叠加原理 这样一来不会改变原有源二端网络各支路的电流和电压。 我们用一理想电流源替代负载第45页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 用戴维南定理计算例2.3.1中的电流 。，。例题2.6第46页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五ab解第47页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五/第48页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五第49页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 2.6.2 诺

14、顿定理 任何一个有源二端线性网络都可以用一个电流为 的理想电流源和内阻为 并联的电源来代替。理想电流源的电流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。等效电源的内阻 等于有源二端网络中所有电源均除去后所得无源网络a、 b之间的等效电阻。 第50页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 诺顿定理的证明 a、b两端短接后，为其中的短路电流第51页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五上式称为计算电阻 方法中的开、短路法此外还有外加激励法第52页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 用诺顿定理计算例 2.6.1中电阻 上的电

15、流 。 例题2.7第53页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五(a)(b)由(a)图计算得到短路电流由(b)图得到解第54页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五返回第55页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五*2.7受控电源电路的分析 我们以前用到的电源属于这一类。如果电压源的电压和电流源的电流受其他部分的电流或电压控制，这种电源称为受控电源。受控电源独立电源 如果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，这样的电源称为 。 返回第56页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五下面是四种理想受控电源的模型压

16、控压源 （VCVS）流控压源（CCVS）压控流源（CCCS）流控流源（CCCS）第57页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 下面我们将用学过的几种方法解含有受控源的电路问题第58页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五受控电流源控制量 求图示电路中的电压例题2.8第59页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五解1支路电流法按基尔霍夫定律列出方程解得第60页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 求图示电路中的电压例题2.9第61页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五解2节点电压法选O点为零参考电位，

17、a因解得O列出 a 点的电压方程第62页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五求所示电路中的电压U。例题2.10第63页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五+3 叠加原理（简述方法）解受控源需保留=第64页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五4 解I=4mA例题2.11第65页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五外加电压源返回第66页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五2.8 非线性电阻电路的分析 如果电阻是一个常数，即不随电压或电流变动，那么这种电阻就称为 。线性电阻非线性电阻 如果电阻不是一个

18、常数而是随着电压或电流变动，那么这种电阻就称为 。返回第67页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 线性电阻两端的电压和电流遵循欧姆定律，即线性电阻的伏安特性曲线第68页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 白炽灯丝的伏安特性曲线 半导体二极管的伏安特性曲线 我们通过实验作出伏安特性曲线来表示非线性电阻两端的电压与电流的关系。第69页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 非线性电阻有两种表示方式 静态电阻动态电阻工作点QIU第70页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 分析与计算非线性电阻电路时一般采用图解法。非线性电阻的电路符号先列出电压方程第71页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五作出直线Q电路的工作情况由上式表示的直线与非线性电阻元件R的伏安特性曲线I（U）的交点Q确定IU第72页，共76页，2022年，5月20日，23点23分，星期五 在图所示的电路中，