大學(xué)電工電子技術(shù)電路的分析方法.ppt

1、1,電路的分析方法,第2章,2,2.1 電阻串、并聯(lián)連接的等效變換(自學(xué)）,2.3 電源的等效變換,2.4 支路電流法,第2章電路的分析方法,2.5 結(jié)點(diǎn)電壓法,2.6 疊加原理,2.7 戴維寧定理與諾頓定理,2.8 受控電源電路的分析,2.9 非線性電阻電路的分析,3,電路的分析方法,電路分析通常是已知電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，電路中的基本物理量。分析的依據(jù)是電路的基本定律。,對于簡單電路，通過串、并聯(lián)關(guān)系即可求解。如,4,對于復(fù)雜電路（如下圖）僅通過串、并聯(lián)無法求解， 必須經(jīng)過一定的解題方法，才能算出結(jié)果。,如：,5,2.1 電阻串并聯(lián)聯(lián)接的等效變換 （自學(xué)，要求掌握）,目的：化簡部分復(fù)雜的純電阻

2、電路,6,1.理想電壓源 :,2.3.1電壓源,定義：電壓總是保持某個(gè)給定的時(shí)間函數(shù)， 與通過它的電流無關(guān)。,特點(diǎn)：(1）輸出電 壓是固定的，不會因?yàn)橥怆娐返?不同而不同。,（2）電源中的電流由外電路決定。,2.3 電源的兩種模型及其等效變換,7,電路模型:,或者,恒壓源：,如果理想電壓源的電壓u(t)恒等于常數(shù)U（u(t)=U），則稱為恒壓源。,伏安特性：,U=E I=E/RL,8,恒壓源中的電流由外電路決定,設(shè): E=10V,當(dāng)R1 R2 同時(shí)接入時(shí)： I=10A,9,理想電壓源的應(yīng)用:,（1）如果令一個(gè)理想電壓源的電壓E=0，則此電壓源相當(dāng)于短路，即：理想電壓源置零相當(dāng)于短路。,（2）與

3、理想電壓源并聯(lián)的支路電壓受理想電壓源的約束。,（3）電壓源中電流的實(shí)際方向既可以從電壓的高電位流向低電位，也可以從低電位流向高電位，電源在電路中 不一定起電源的作用。,10,10v的恒壓源：電流從低電位流向高電位。 起電源的作用,5v的恒壓源：電流從高電位流向低電位。 起負(fù)載的作用,11,2.實(shí)際電壓源,任何一個(gè)實(shí)際的電源都含有內(nèi)阻，由理想電壓源和內(nèi)阻R0串聯(lián)組成。,U=E-IR0,I U ,12,1. 理想電流源 :,2.3.2 電流源,定義：通過的電流與兩端的電壓大小無關(guān)的 理想元件。,（2）電源兩端的電壓由外電路決定。,電路模型：,13,恒流源：若理想電流源的電流恒等于常數(shù) 則稱為恒流源

4、。,伏安特性：,I=ISU=ISRL,14,理想電流源的應(yīng)用:,（1）如果令一個(gè)理想電流源的電流I=0，則此電流源相當(dāng)于開路，即：理想電流源置零相當(dāng)于開路。,（2）與理想電流源串聯(lián)的支路電流受理想電流源的約束。,（3）恒流源中兩端的電壓的實(shí)際方向既可以與電流方向一致，也可以與電流方向相反，即電流源在電路中 不一定起電源的作用。,15,恒流源兩端電壓由外電路決定,設(shè): IS=1 A,16,求：R= 1和R= 10兩種情況下的UIs，并判斷恒流源的電路性質(zhì)。,取關(guān)聯(lián)參考方向：,當(dāng)R=1， UIs =10-2R=8v當(dāng)R=10，UIs =10-2R=-10v,是負(fù)載,是電源,17,原則：Is不能變，

5、E 不能變。,恒壓源中的電流 I= IS,恒流源兩端的電壓,18,2. 實(shí)際電流源,由理想電流源與內(nèi)阻R0并聯(lián)組成,Uab = Is R0-I R0,19,2.3.3 電壓源與電流源的等效變換,E,20,兩種電源的等效互換,等效互換的條件：對外的電壓電流相等。,I = I Uab = Uab,即：外特性一致,21,22,等效變換的注意事項(xiàng),（1）“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏-安特性一致），對內(nèi)不等效。,RO中不消耗能量,RO中則消耗能量,對內(nèi)不等效,對外等效,23,(2) 注意轉(zhuǎn)換前后 E 與 Is 的方向,E與IS方向一致！,24,(3) 恒壓源和恒流源不能等效互換,恒壓源和

6、恒流源伏安特性不同！,(4) 在進(jìn)行等效變換時(shí)，與恒壓源串聯(lián)的電阻和與恒流源并聯(lián)的電阻可以作為其內(nèi)阻處理。,25,(5) 串聯(lián)的恒壓源可以合并，并聯(lián)的恒流源可以合并。,26,利用電源的等效變換分析電路,變換,合并,簡化電路,1）、所求支路不得參與變換；,2）、與恒壓源并聯(lián)的元件、與恒流源串聯(lián)的元件對外電路不起作用。,27,求 I=？,28,R1,R3,Is,R2,R5,R4,I3,I1,I,29,IS,R5,R4,I,R1/R2/R3,I1+I3,30,31,未知：各支路電流,思路：根據(jù)電路的基本定律，列節(jié)點(diǎn) 電流和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解。,2.4 支路電流法,已知：電路結(jié)構(gòu)和參數(shù),32,

7、關(guān)于獨(dú)立方程式的討論,問題：在用基爾霍夫電流定律或電壓定律列方程時(shí)，可以列出多少個(gè)獨(dú)立的KCL、KVL方程？,3條支路；2個(gè)節(jié)點(diǎn)；3個(gè)回路，2個(gè)網(wǎng)孔,KCL方程：,節(jié)點(diǎn)a：,節(jié)點(diǎn)b：,KVL方程：,獨(dú)立方程只有 1 個(gè),#1：,#2：,#3：,獨(dú)立方程只有 2 個(gè),33,設(shè)：電路中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路,N=2、B=3,小 結(jié),34,用支路電流法解題步驟,1. 對每一支路假設(shè)一未知電流（I1IB）；,4. 解聯(lián)立方程組，得 I1IB 。,2. 列N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程；,3. 列 B -（N-1）個(gè)回路（取網(wǎng)孔）電壓方程；,設(shè)：電路中有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，B個(gè)支路,35,節(jié)點(diǎn)a：,列3個(gè)獨(dú)立KCL方程,節(jié)點(diǎn)

8、c：,節(jié)點(diǎn)b：,節(jié)點(diǎn)數(shù) N=4 支路數(shù) B=6,列3個(gè)獨(dú)立KVL方程（網(wǎng)孔）,電壓、電流方程聯(lián)立求得：I1I6,36,是否能少列 一個(gè)方程?,N=2 B=3,支路電流未知數(shù)少一個(gè)：,支路中含有恒流源的情況,I1+6=I,解得： I = 4A I1 = -2A,2I1+4 I =12,37,支路電流法的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：支路電流法是電路分析中最基本的 方法之一。只要根據(jù)KCL、KVL、 歐姆定律列方程，就能得出結(jié)果。,缺點(diǎn)：電路中支路數(shù)多時(shí)，所需方程的個(gè) 數(shù)較多，求解不方便。,手算時(shí)，適用于支路數(shù)較少的電路。,38,2.5 結(jié)點(diǎn)電壓法,未知：結(jié)點(diǎn)電壓和支路電流,已知：兩結(jié)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)和參數(shù),結(jié)點(diǎn)電壓：

9、任意選擇電路中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，其他結(jié)點(diǎn)與此參考結(jié)點(diǎn)之間的電壓稱為結(jié)點(diǎn)電壓。,39,以b點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，,I1+I2+I3 =0,若結(jié)點(diǎn)電壓Uab已知，,列KCL方程：,結(jié)點(diǎn)電壓：,則各支路電流：,40,歸納：對于兩結(jié)點(diǎn)電路，結(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算公式：,（1）分母各項(xiàng)總為正，等于與該結(jié)點(diǎn)相連的各支 路的電阻的倒數(shù)和。,（2）分子各項(xiàng)可為正，也可為負(fù)。當(dāng)與該結(jié)點(diǎn)相連的支路包含電壓源，電壓源的電壓與結(jié)點(diǎn)電壓一致時(shí)，為正，反之，為負(fù)。若該支路包含電流源，電流源的電流流入結(jié)點(diǎn)為正，相反為負(fù)。,41,與結(jié)點(diǎn)M相連的各支路電阻的倒數(shù)和。,電源電壓與結(jié)點(diǎn)電壓的參考方向一致為正，相反為負(fù)。,電流源電流流入結(jié)點(diǎn)M，為

10、正，相反為負(fù),42,以b為參考結(jié)點(diǎn)：,43,已知：如圖，求I=？,44,2.6 疊加原理,在多個(gè)電源同時(shí)作用的線性電路中，任何支路的電流或任意兩點(diǎn)間的電壓，都是各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)所得結(jié)果的代數(shù)和。,概念,線性電路：電路中不含有任何非線性元件,電源的單獨(dú)作用：電路中每次只保留一個(gè)電源作用，其余電源均置零。電壓源置零指把理想電壓源短路，電流源置零指把理想電流源斷路，但是要保留各自的內(nèi)阻。,45,+,46,+,I1 =,47,48,證明：,利用支路電流法求解,解得：,49,I=2A,I= -1A,I = I+ I= 1A,電路如圖所示，用疊加原理求I=？,50,應(yīng)用疊加定理要注意的問題,1. 迭加定

11、理只適用于線性電路中電壓電流的計(jì)算，不能計(jì)算功率；,51,52,如圖所示電路，已知：,E=12V，IS=10A,R1= R2 = R3 = R4 =1,用疊加原理計(jì)算U =？,解：,原圖化為：,+,U=101/21=5V,U=12/4=3V,U = U+ U=8V,53,等效電源定理的概念,有源二端網(wǎng)絡(luò)用電源模型替代，便為等效 電源定理。,2.7 戴維寧定理和諾頓定理,54,名詞解釋,無源二端網(wǎng)絡(luò)： 二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源,有源二端網(wǎng)絡(luò)： 二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源,55,一、戴維寧定理：,定義：對外電路來說，任一線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 都可以用一個(gè)等效的電壓源來替代。,注意：“等效”是指對端口外等效,56,等

12、效電壓源的內(nèi)阻等于有源 二端網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)無源二端網(wǎng)絡(luò) 的輸入電阻。（有源網(wǎng)絡(luò)變 無源網(wǎng)絡(luò)的原則是：恒壓源 短路，恒流源開路）,等效電壓源的電動勢 （E）等于有源二端 網(wǎng)絡(luò)的開端電壓U0,57,等效電壓源的方向：,根據(jù)的U0參考方向和代數(shù)值確定電壓源的極性， U0是正，電壓源的方向與U0的參考方向相同， U0為負(fù)，電壓源的方向與U0的參考方向相反 。,58,戴維南定理的證明,=,原圖（ a ）用疊加原理計(jì)算，得,從（ a ）圖的戴維南等效電路（ b ）中計(jì)算，得,等效！,59,60,戴維南定理的應(yīng)用,應(yīng)用戴維南定理分析電路的步驟：,1,將待求支路畫出，其余部分就是一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)；,2,求有源二端網(wǎng)

13、絡(luò)的開路電壓；,3,求有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻；,4,畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路；,5,將（1）中畫出的支路接入有源二端網(wǎng)絡(luò)，由此電路計(jì)算待求量；,畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路；,求有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻；,61,等效電源定理中等效電阻的求解方法,求簡單二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻時(shí)，用串、并聯(lián)的方法即可求出。如前例：,62,不能用簡單 串/并聯(lián) 方法 求解， 怎么辦？,求某些二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻時(shí)，用串、并聯(lián)的方法則不行。如下圖：,A,Ro,C,R1,R3,R2,R4,B,D,R0,63,求 開端電壓 Uo 與 短路電流 Is,開路、短路法,64,已知：R1=20 、 R2=30 R3=30 、 R4=20

14、 E=10V 求：當(dāng) R5=10 時(shí)，I5=?,等效電路,65,1）求開端電壓UO,2）求等效內(nèi)阻RO,66,3）畫等效電路,4）求未知電流 I5,R5=10 ,67,求：U=?,68,1）求開路電壓Uo,此值是所求結(jié)果嗎？,69,2）求等效內(nèi)阻Ro,70,3）畫等效電路,4）求解未知電壓,71,二、諾頓定理：,定義：對外電路來說，任一線性有源二端網(wǎng)絡(luò) 都可以用一個(gè)等效的電流源來替代。,72,等效電源的內(nèi)阻等于有源 二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電源被置零后，從兩個(gè)出線端看進(jìn)去的電阻,等效電流源的電流(IS)等于有源二端網(wǎng)絡(luò)出線端的短路電流；,IS = I0,73,電流源的方向,等效的電流源中理想電流源的方向與

15、短路電流的實(shí)際方向相反（指定I0的參考方向，若I0為正， Is與I0的參考方向相反，若I0為負(fù)， Is與I0的參考方向相同）,74,三、戴維寧定理與諾頓定理的互換,等效后的電壓源與電流源對外電路存在等效的關(guān)系：,E = R0IS 或 IS = E/R0,75,用諾頓定理求解電流I (E1=6v, E2=12v, R1=3 , R2=RL=6 ),IS = I1 + I2 = E1/R1 + E2/R2 =6/3+12/6 =4A,R0= R1/R2 =2,76,作諾頓等效電路：,77,2.8 受控電源電路的分析,一、受控源,1、定義：在電路中起電源作用，但其電壓或電流受電路其他部分控制的電源，

16、稱為受控源,2、分類：,四類：壓控電壓源（VCVS）、壓控電流源（VCCS） 流控電壓源（CCVS）、流控電流源（CCCS）,78,3、電路模型,壓控電壓源（VCVS）, 無量綱,壓控電流源（VCCS）,:電導(dǎo)的量綱,79,流控電壓源（CCVS）,r:電阻的量綱,流控電流源（CCCS）,:無量綱,80,受控源舉例,81,獨(dú)立源和受控源的異同,相同點(diǎn)：兩者性質(zhì)都屬電源，均可向電路 提供電壓或電流。,不同點(diǎn)：獨(dú)立電源的電動勢或電流是由非電 能量提供的，其大小、方向和電路 中的電壓、電流無關(guān)； 受控源的電動勢或輸出電流，受電 路中某個(gè)電壓或電流的控制。它不 能獨(dú)立存在，其大小、方向由控制 量決定。,

17、82,二、含有受控源電路的分析方法,原則：,1、控制量的大小、方向都影響受控量,2、電路的分析方法也適用于受控源電路,4、用疊加原理求解時(shí)，受控源一般不單獨(dú)作用,5、用戴維寧和諾頓定理時(shí)，求有源二端網(wǎng)絡(luò)的 等效內(nèi)阻R0的方法：,R0= U0 / IS,83,求電路中的電壓U,KCL: I1 + U/6 = I2,KVL: 2I1 + U = 8,歐姆定律：U = 3I2,解得： I2 = 2A，U = 6v,84,例2、應(yīng)用疊加原理 求解電路中的 電壓U和電流I2,85,用戴維寧定理求解電流I2,(3) R0=U0/IS =80 3/40 =6,(4),I2=E/(4+R0)=80/(4+6)

18、=8A,86,用電源的等效變換求解I,I1 =1AI=0.5A,87,2.9 非線性電阻電路的分析,一、非線性電阻：,1、定義：非線性電阻的電阻值不是一個(gè)常數(shù)， 而是隨著電壓或電流變化。,2、符號：,非線性電阻兩端的電壓與流過的電流不遵循歐姆定律，一般用伏安特性曲線表示。,88,3、非線性電阻的工作點(diǎn)：,由于非線性電阻的阻值不是一個(gè)常數(shù)，計(jì)算電阻時(shí)，必須指明工作電流或工作電壓,4、非線性電阻：,動態(tài)電阻：,89,2、圖解法,非線性電阻的電壓、電流值必須滿足伏安特性曲線與外部電路特性曲線的交點(diǎn),伏安曲線,外部特性曲線,外部特性曲線方程：,U=E - IR1,非線性電阻的工作點(diǎn)： Q（ U0 ，I0 ）,90,R1=3k、 R2=1kR3=0.25k、 E1=5vE2=1v，D是二極管。用圖解法求解I3 、 U 并求I1 、I2,解：用戴維寧定理求解：,KVL: -E1+I1R1+I2R2