电路分析与检测项目化教程课件-项目三 复杂直流电阻电路的测量与分析

任务描述：通过本项目的学习，会进行复杂电阻电路的搭接与测试，掌握复杂电路的分析方法，并灵活应用这些方法解决实际电路问题，进行电路分析与故障排除。知识目标技能目标职业素养1、万用表测量电压、电流的操作知识；2、复杂电阻电路识图知识；3、复杂电阻电路的测试知识；4、复杂电阻电路的电阻、电压、电流分析与计算基本知识；5、故障分析方法1、会使用面包板搭复杂电阻电路；2、会使用万用表测量复杂电阻电路电压电流；3、常见故障检测安全操作服从指挥团队合作爱护设备教学目标：任务一利用星-三角等效变换分析电路

能不能直接利用电阻串、并联计算出的电阻大小呢？

测量作业1【任务引入】1.电阻网络的Y-

转换（星-三角转换）

123123三角形形星形Y形互相转换利用星形联接(Y型)与三角形联接（△型）的等效变换后，再利用电阻串、并联可计算出电阻。【任务资讯】123123三角形形星形Y形互相转换电阻三角形联接R12R23R31123R1R2R3电阻星形联接o电阻三角形联接R23R31R12123R1R2R3电阻星形联接oY-

等效变换△型联接Y型联接△型联接等效变换Y型联接Y型联接等效变换△型联接任务二利用基尔霍夫定律分析电路【任务引入】检测并分析电路中电流的关系【任务资讯】电路名词1.支路：（branch）由一个二端元件或若干个二端元件串联组成、不分叉的一段电路称为支路，因此支路只有两个端点。同一支路上，通过每个元件的电流相同，称为支路电流。2.节点：（node）三条或三条以上支路的联接点称之为节点。3.回路：（loop）由支路构成的、闭合且不重复的路径称为回路。回路由一条或多条支路构成。4.网孔：（mesh）回路中不包含其他支路的单一回路称为网孔。

节点共a、b

2个支路共3条回路共3个例#1#2#3回路几个？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_几条支路？节点几个？网孔数？网孔共2个例支路：共？条回路：共？个节点：共？个6条4个独立回路：？个7个有几个网眼就有几个独立回路I3US4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_【任务实施】按照电路图测量电流测量测量值(mA)流进A流出A流进A流出A流进A流出A

电流测量结果测量测量值(mA)流进A0.78流出A-0.78流进A0.97流出A-0.97流进A-1.75流出A1.75【任务实施】按照电路图测量电流测量测量值(mA)流进A0.78流出A-0.78流进A0.97流出A-0.97流进A-1.75流出A1.75归纳由表可知：1、同一电流设不同方向，电流数值大小不会改变，只是数值前有正、负符号之别（对于复杂电路通常先假设电流方向，即参考方向，按照假设方向试测，数值是正值表示假设电流方向即为实际电路电流方向；反之假设电流方向与实际电路电流方向相反。图中带箭头实线代表参考方向）；对于A点：流进A的电流=0.78＋0.97＝1.75mA，流出A点的电流=1.75mA，即ΣΙ入＝ΣΙ出，流进A的电流与流出A的电流相等，该关系称为基尔霍夫结点电流定律（简称KCL）。A点称为结点（三个或三个以上支路电流的联结点）；3、对于B点：与A点的基尔霍夫结点电流表达式数学形式相同，两个结点可写出不重复表达式数＝结点数-1。归纳2、按照图所示电路在该电路中，引入了新的电路定律：基尔霍夫电流定律。基尔霍夫电流定律也称为节点电流定律，是基尔霍夫在1845年通过实验的方法总结出来的，又称基尔霍夫第一定律。内容是电路中任一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和，也即该节点的全部支路电流的代数和为零。数学表达式为电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。I=0I=?US2US3US1+_RR1R+_+_RI1+I2=I3I1I2I3解:解:基尔霍夫电流定律的扩展【任务实施】按照电路图测量电压顺时针测量测量值(V)逆时针测量测量值(V)顺时针测量测量值(V)【任务实施】按照电路图测量电压测量结果顺时针测量测量值(V)逆时针测量测量值(V)顺时针测量测量值(V)0.8310.830.839.179.17-10.8310.020.00-10.00

归纳由测量结果可知：1、D→A→B→C→D回路中，

F→A→B→E→F回路中，

D→A→F→E→B→C→D回路中，

即：回路中回路电压代数和等于零。该关系称为基尔霍夫电压定律(KVL)。回路loop：电路中任一闭合路径。=10V；=20V；=-10V；2、三个回路三个表达式，任意一个表达式等于其它两个表达式相加之和。即三个回路可写出独立回路电压方程式数＝支路数—（结点数—

1）。归纳或：独立回路电压方程式数＝网孔数

依据基尔霍夫定律，对上述测量电路进行分析计算如下：（1）设电路各支路电流如图所示，依KCL得（2）路径D→A→B→C→D回路中，依KVL得（回路电压表达式中正负规定，凡是电阻通过的电流方向与回路路径方向一致，取正；凡是电源电压方向与回路路径方向一致，取正。）路径F→A→B→E→F回路中，依KVL得（3）代入已知数据，解三元一次方程组，所得数值大小即为电路电流大小。正值表示电流实际方向与假设参考方向相同，负值表示电流实际方向与假设参考方向相反。电流乘以相应电阻即为电压。解得：=0.817mA、=0.983mA、＝1.80mA解：按图所示方向为参考方向。根据KCL和KVL列方程如下：将数值代入得任务三利用叠加定理分析电路【任务引入】对于图3-2-1所示的复杂电路能不能拆分成两个简单电路，然后对这两个简单电路进行分析，再把分析结果合成，分析的结果是否和采用支路电流法结果一致呢？【任务资讯】一、线性电路概念线性是指输入和输出之间关系可以用线性函数表示，即：y=ax+

b。线性电路是指完全由线性元件、独立源或线性受控源构成的电路，如纯电阻电路等。二、拆分、求解电路的步骤（1）保持电路结构不变，将多电源电路等效成各电源单独作用于该电路，当只考虑其中某一个电源时，将其他电源视为零值。原则是：其他电压源短路，但保留其串联内阻；其他电流源开路，但保留其并联内阻。（2）在求解各单电源电路时，应在图中标出各支路电流（或电压）的参考方向，该参考方向既可以与原电路参考方向一致，也可以相反，以方便求解为准则。（3）分别测量和分析各单电源电路中的支路电流（或电压）。（4）将各单电源电路中的同一条支路的电流（或电压）求代数和，并注意拆分后电路与原电路中各支路电流（或电压）参考方向的对应关系，即可得到多电源共同作用的结果。【任务实施】叠加定理的验证将图3-2-1所示电路拆分成两个单电源电路，如图3-3-1所示。按照表3-3-1中要求测量图3-3-1所示电路，将测量数据填写在表中，并对结果进行分析。测量结果由表可知：单独作用不作用测量值＋单独作用不作用测量值＝两电源同时作用测量值。此规律就是叠加定理内容得体现。

叠加原理是线性电路的重要性质之一。叠加原理是指在线性电路中，任一支路的电流（或电压）都是电路中各个独立源单独作用时，在该支路所产生的电流（或电压）的代数和。用叠加原理计算复杂电路，就是把一个多电源的复杂电路化为几个单电源（独立源）来进行计算。所谓电路中只有一个独立电源单独作用，就是假设其余的独立源提供的值为零，如果作用于电路的独立源是电流源，要使电流源等于零，就是将电流源所在处开路；如果作用于电路的独立源是电压源，要使电压源等于零，就是将电压源所在处用导线代替。应用叠加定理要注意的问题1.叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令U=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令Is=0。3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电流的代数和。=+4.叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率，即功率不能叠加。如：

设：则：I3R35.运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。=+++__+_+___++应用叠加原理解题步骤是：(1)将电路等效画成各个独立源单独作用的分电路图；(2)在各分电路图中标出与原电路图中一致的支路电流（或电压）的参考方向，然后求解支路电流（或电压）；(3)将各分电路的支路电流（或电压）求代数和。例+-10

I4A20V10

10

用迭加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10

I´4A10

10

+-10

I"20V10

10

解：“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒流源去掉，使电路开路。任务四利用戴维南定理分析电路【任务引入】采用支路电流法计算复杂电路中某一支路电流时，计算过程繁琐，极不方便。如果将待求支路从电路中分离出来，而把其余部分采用等效电源定理将其等效为一个有源二端网络。那么问题就可以简化成求解该等效电源与待求支路组成的简单电路。【任务资讯】一、二端网络或单口网络线性电路概念在电路分析中可以把一组元件作为一个整体来看待，当这个整体只有两个端口可与外部电路连接，且进出这两端口的电流是同一电流时，则这个由一组电路元件构成的整体就称为二端网络或单口网络（简称单端口或单口）。二、简单线性二端网络的等效变换1.电源的等效变换实际电压源与理想电压源是有差别的，它总有内阻，其端电压不为定值，可以用一个电压源与电阻相串联的模型来表征实际电压源。实际电流源与理想电流源也有差别，其电流值不为定值，可以用一个电流源与电阻相并联的模型来表征实际电流源。如图所示。+-USRSI+-abU0UUSIU=USU=Us-RsI实际电源两种模型是可以等效互换的。如图所示。电压源变电流源：Ri不变电流源变电压源：Ri不变说明：1.理想电压源与理想电流源之间不能进行等效互换；2.等效互换仅对外部电路而。3.互换时要考虑电压源电压的极性与电流源电流的方向的关系。两种电源等效变化的条件是：2.理想电源与电阻组合的二端网络理想电压源和理想电流源不能互相转换。一个理想电压源与与任何一个两端网络并联，对外均等效为原来的理想电压源。一个理想电流源与任何一个两端网络串联，对外均等效为原来的理想电流源。(a)、(b)、(c)三个电路都等效为(d)中的电压源(a)、(b)、(c)三个电路都等效为(d)中的电流源3.理想电源、受控源与电阻组合的二端网络在电路网络中，除了含有独立源外，还可能含有受控源，加上不同的电阻网络，可以构成一个十分复杂的电路。在分析电路时，同独立电源类似，实际受控源的两种模型之间也可以进行等效变换，等效变换的方法是将受控源当作独立电源一样进行变换，但是在变换过程中一定要使受控源的控制量在变换前后保持不变，一般将受控源的控制量用电路变量来表示。【任务实施】戴维南定理的验证第1步测负载(load)通过的电流第2步测负载开路时的电压第3步测上述电源不作用时开路两端的电阻第4步、测负载通过的电流调开路电压（2）调电阻（3）串联串联串联电流表读电流值并与第1步测得电流值比较有源二端网络RUORO+_R注意：“等效”是指对端口外等效，即R两端的电压和流过R电流不变有源二端网络可以用电压源模型等效,该等效电压源的电压等于有源二端网络的开路电压；等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的等效电阻。

戴维宁(Thevenintheorem)定理分析等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的等效电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）等效电压源的电压（UO）等于有源二端网络的开路电压UABABOUU=有源二端网络ABUAB有源二端网络RABUORO+_RAB相应的无源二端网络ABRAB=RO求：UL=?4

4

50

5

33

AB1ARL+_8V_+10VCDEUL第一步：求开路电压UAB_AD+4

4

50

B+_8V10VCEUAB1A5

UL=UAB

=9V对吗？V91

58

010=-++=+++=EBDECD