电工基础（第三版）课件：复杂直流电路

上述两个电路中的电阻能用电阻串、并联来等效吗？基尔霍夫定律课题一1．掌握常用复杂电路的名词。2．掌握基尔霍夫第一定律的内容和适用范围。3．掌握基尔霍夫第二定律的内容和适用范围。教学目标一、复杂电路名词

两条基本定律——欧姆定律＋基尔霍夫定律。想一想复杂直流电路基尔霍夫第一定律：在电路中的任一节点，流进节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。二、基尔霍夫第一定律（简称KCL）∑I＝0对任一节点来说，流入（或流出）该节点电流的代数和等于零。基尔霍夫第一定律的另一种表达形式。数学表达式为：∑Ii＝∑Io流入封闭面S的电流等于流出封闭面S的电流，即I1＝I2。霍尔基夫定律也可推广用于电路中任一假设的封闭面（也称广义节点）。最后根据计算结果确定电流的实际方向。根据基尔霍夫第一定律求节点未知电流：对于已知电流可按原电流方向标出。对于未知电流可任意标出。首先标出各支路电流的正方向然后根据基尔霍夫第一定律列出节点电流方程求解。学与用—基尔霍夫第一定律的应用在图中所示电路中，已知I1＝2A，I2＝4A，I3＝1A，I4＝5A，求I5。解题过程[例3—1]

基尔霍夫第二定律又称为回路电压定律，是描述电路中各部分电压之间相互关系的定律。电动势之和＝电压降之和

登楼梯总高度＝下楼梯总高度三、基尔霍夫第二定律（简称KVL）基尔霍夫第二定律4．凡是电动势方向与回路绕行方向一致者，该电动势为“＋”号，反之为“－”号。应用基尔霍夫第二定律解题时，常采用公式∑IR＝∑E，应按照下列步骤确定各个量的正负号。1．首先选定各支路电流的参考方向。2．任意选定沿回路的绕行方向。3．凡是支路电流方向与回路绕行方向一致者，该电流为“＋”号，在电阻上产生的电压降也为“＋”正号。反之为“－”号。基尔霍夫第二定律应用于广义回路回路电压方程：U－IR＝E支路电流：推广后得到一段含源电路的欧姆定律，其数学表达式为：电压U=IR和电动势E的方向与电流I的方向一致时，取正号，相反时取负号。解题过程

［例3－2］在图中所示闭合回路中，已知E1＝12V，E2＝18V，R1＝R2＝2Ω，R＝6Ω，试求电路中的电流I。仿真验证

1．掌握支路电流法解复杂直流电路的方法步骤。支路电流法课题二2．掌握支路电流法的适用范围。教学目标

支路电流法——以支路电流为未知数，应用基尔霍夫定律列出所需要的方程组，然后联立求解各未知电流的方法。基尔霍夫第一定律：电路中各支路电流之间的关系。基尔霍夫第二定律：回路中各部分电压之间的关系。一、用支路电流法解题的步骤1．先标出各支路电流的参考方向和假定的回路绕行方向。2．根据KCL列出n－1个节点电流方程。3．根据KVL列出m－（n－1）个节点电流方程。4．代入数值，联立求解方程组，从而得到各支路电流。5．根据计算结果，确定各支路电流的实际方向。图中所示为一台汽车上使用的直流发电机和蓄电池并联供电的电路。试用支路电流法求各支路电流及负载R3两端的电压。解题过程

［例3－3］有几条支路，就有几个未知电流，也就要求列几个基尔霍夫定律的方程。因此支路电流法适合于求解某复杂电路中的所有电流，一般要求所有电流不得超过3个场合。

二、支路电流法的适用范围在图中，已知E1＝E2＝17V，R1＝2Ω，R2＝1Ω，R3＝5Ω，请你用支路电流法求出各支路电流的大小和实际方向。3．掌握电压源和电流源变换的方法。电压源、电流源及其等效变换课题三1．掌握电压源的定义和特点。2．掌握电流源的定义和特点。教学目标一、电压源电压源——用一个恒定电动势E和一个电阻r串联组成的电源。实际电压源电压源是以输出电压的形式向负载供电。

当电源内阻r＝0时，输出电压U＝E，而与输出电流的大小无关。电压源输出内阻为零的电压源称为理想电压源。理想电压源的输出电压恒等于电源电动势且与负载大小无关，所以又称为恒压源。提示理想电压源二、电流源电流源——用一个恒定电流IS和一个电阻r并联组成的电源。实际电流源电流源是以电流的形式向负载供电的。电流源输出内电阻为无穷大的电流源称为理想电流源。

理想电流源的输出电压与负载电阻的大小有关，即U＝IR＝ISR。理想电流源不允许开路。理想电流源当一个电压源和一个电流源的外特性相同时，对外电路来说，这两个电源是等效的。三、电压源和电流源的等效变换电压源与电流源的变换请将下图中的电压源变换成电流源。解题过程

[例3－4]请将下图中的电流源变换成电压源。解题过程

［例3－5］1．两种电源等效变换后只对外部电路有效，但对电源内部并不等效。电压源与电流源进行等效变换时，应注意：2．恒定电流IS的方向与电动势E的方向在变换前后应保持一致。3．理想电压源与理想电流源之间不能进行变换，因两者的变换条件无法实现。如图所示复杂电路，要求解出通过R3的电流I3。解题过程

［例3－6］仿真验证

2．掌握使用叠加原理解复杂电路的方法及步骤。叠加原理课题四1．掌握叠加原理的内容和适用范围。教学目标叠加原理：在含有两个以上电源的线性电路中，任意一条支路的电流（或电压），等于电路每个电源单独作用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。使用叠加原理时要注意：叠加原理仅适用于线性电路，而且只能用来计算电流和电压，不能用于功率的计算。二、用叠加原理分析计算电路的步骤1．首先将复杂电路分解为若干个由单个电源单独作用的分电路。当某一独立电源单独作用时，其他电源应置于零。2．分析计算各分电路，分别求得各支路电流。3．对各分电路的计算结果进行叠加（即求代数和），得最终结果。电路如图所示，要求用叠加原理求各支路电流。解题过程［例3－7］如图所示电路，求各支路电流及电阻R3上的电压和功率。解题过程

［例3－8］用支路电流法求解图所示电路中各支路电流。戴维南定理课题五1．掌握戴维南定理的内容和适用范围。2．掌握用戴维南定理解复杂电路中某一支路电流的方法及步骤。教学目标一、戴维南定理如果这部分电路中含有电源，则称为有源二端网络。如果电路中只有电阻而不含有电源，则称为无源二端网络。二端网络任何具有两个引出端的电路（也称为网络）都称为二端网络。戴维南定理：任何一个线性有源二端网络对于外电路而言，都可以用一个具有恒定电动势和电阻串联的等效电源来代替，等效电源的电动势E等于二端网络的开路电压UAB，等效电源的内阻r等于二端网络内所有电动势短路后，网络两端的输入等效电阻RAB。解题过程

［例3－9］如图所示有源二端网络，试应用戴维南定理求它的等效电源。二、用戴维南定理解题的步骤1．将电路分成有源二端网络和待求支路两部分。2．断开待求支路，求出有源二端网络的开路压UAB，作为等效电源的电动势E。3．将有源二端网络内的所有电动势短路，求出无源二端网络的等效电阻RAB，作为等效电源的内阻r。4．画出有源二端网络的等效电源图，接通待求支路，利用全电路欧姆定律解得待求支路的电流。解题过程

［例3－10］利用戴维南定理，求出如图所示电桥电路中通过检流计的电流IP。仿真验证在画等效电源时，等效电动势E的正方向应与有源二端网络的开路电压UAB的正方向相同。直流电桥电路课题六1．掌握直流电桥电路的组成。2．掌握直流电桥电路平衡的条件及特点。3．掌握直流电桥电路在生产实际中的应用。教学目标一、直流电桥的组成直流电桥原理图，又称惠斯登电桥。RX——被测臂R2、R3——比例臂R4——比较臂“桥”——cd两点之间的由检流计组成的支路直流电桥原理图图中所示直流电桥电路中，支路数是多少？回路数是多少？若用支路电流法所列方程组应该列多少个方程？直流电桥原理图电桥的平衡状态——接通按钮开关SB，反复调节标准电阻R2、R3、R4，使检流计P的指示为零，即IP＝0。由此得电桥的平衡条件：R2·R4=RX·R3电桥相对臂电阻的乘积相等时，电桥就处于平衡状态，检流计中的电流IP＝0。

电桥平衡时，IP＝0，表明电桥两端c、d的电位相等，故有Uac＝Uad

Ucb＝Udb即I1RX＝I

4R4

I

2R2＝I

3R3二、电桥平衡的特点1．电桥平衡时，IP＝0，可认为桥处于“开路”状态。

2．电桥平衡时，IP＝0，c、d两点处于“短路”状态。电桥平衡时，被测电阻RX

＝比例臂倍率×比较臂读数。利用电桥平衡的特点，人们制造出可以测量被测电阻阻值大小的仪器，称为直流单臂电桥。QJ23型直流单臂电桥外形图

小结

1．复杂电路2．支路3．节点4．回路5．基尔霍夫第一定律6．基尔霍夫第二定律7．复杂电路的理论依据和基础8．支路电流法9．电压源12．叠加原理13．二端网络、有源二端网络、无源二端网络14．戴维南定理15．电桥的平衡条件16．电桥平衡特点17．直流单臂电桥10．电流源11．电压源与电流源转化10．电流源一、实训目的1.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。2.熟练掌握电压表和电流表的使用方法。实验与实训3验证基尔