電路的作用與組成部分 、 電路的分析方法復(fù)習(xí)課

1、第一二章復(fù)習(xí)課1.1.1 1.1.1 電路的作用電路的作用 （1 1）電能的傳輸和轉(zhuǎn)換電能的傳輸和轉(zhuǎn)換 （2 2）信號(hào)的傳遞和處理信號(hào)的傳遞和處理1.1.2 1.1.2 電路的組成電路的組成 （1 1）電源電源 （2 2）負(fù)載負(fù)載 （3 3）中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)1.1 電路的作用與組成部分1.1.3激勵(lì)與相應(yīng)的概念激勵(lì)與相應(yīng)的概念 激勵(lì)： 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作。 響應(yīng)： 由于激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。 電路分析： 是在已知電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討論電路的激勵(lì)與相應(yīng)之間的關(guān)系。電源電源負(fù)負(fù)載載負(fù)載負(fù)載電源電源開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)實(shí)體電路實(shí)體電路ISUS+_R0

2、中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)電路模型電路模型RL+ U導(dǎo)線導(dǎo)線第四頁(yè)第四頁(yè)電路元件的理想化電路元件的理想化 在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì)在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素，把它近似地看作理想電，忽略其次要因素，把它近似地看作理想電路元件。路元件。為什么電路元件要理想化為什么電路元件要理想化? ? 便于對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行分析和用數(shù)學(xué)描述便于對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行分析和用數(shù)學(xué)描述，將實(shí)際元件理想化（或稱模型化）。，將實(shí)際元件理想化（或稱模型化）。1.2 1.2 電路模型電路模型電壓和電流的方向電壓和電流的方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向參考方向參考方向 在分析計(jì)算時(shí)人為規(guī)定的在分析計(jì)算時(shí)人為規(guī)定

3、的方向。方向。1.3 1.3 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 物理量物理量單位單位實(shí)際實(shí)際方向方向電流電流 IA、kA、mA、 A正電荷移動(dòng)正電荷移動(dòng)的方向的方向電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) E V、kV、mV、 V電源驅(qū)動(dòng)正電荷的電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向方向電源內(nèi)部由低電位指向電源內(nèi)部由低電位指向高電位高電位電壓電壓 UV、kV、mV、 V電位降低的方向電位降低的方向 電流、電動(dòng)勢(shì)、電壓的電流、電動(dòng)勢(shì)、電壓的實(shí)際方向?qū)嶋H方向 解題前在電路圖上標(biāo)示的電壓、電解題前在電路圖上標(biāo)示的電壓、電流方向稱為參考方向。流方向稱為參考方向。aIRUb aIRUb 第四頁(yè)第四頁(yè)當(dāng)當(dāng)ua =3V ub = 2V時(shí)時(shí)u1

4、=1Vu2=1V 第四頁(yè)第四頁(yè)問(wèn)題問(wèn)題 在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的 實(shí)際方向，如何解決？實(shí)際方向，如何解決？(1) (1) 在解題前任選某一個(gè)方向?yàn)閰⒖挤较颍ɑ蚍Q正在解題前任選某一個(gè)方向?yàn)閰⒖挤较颍ɑ蚍Q正 方向）；方向）； (3) (3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致；若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。(2) (2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互

5、關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；系的代數(shù)表達(dá)式；解決方法解決方法歐姆定律：歐姆定律：流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。RIUUIURI（a）UIURI（b）UIURI（c）1.4 1.4 歐歐 姆姆 定定 律律解解RU6VI2A(a)U6VI2A(b)RRU6VI2A(c)RU6VI2A(d)326326326326IURIURIURIUR(a)(b)(c)(d)應(yīng)用應(yīng)用歐姆定律歐姆定律對(duì)下圖的電路列出式子，并求電阻對(duì)下圖的電路列出式子，并求電阻R R例題例題1.11.11. 電路由哪幾電路由哪幾部分組成？試部分組成？試述電路的功能述電路的功能。2. 電路元件與實(shí)

6、電路元件與實(shí)體電路器件不何體電路器件不何不同？何謂電路不同？何謂電路模型？模型？3. 為何要引入為何要引入?yún)⒖挤较颍繀⒖挤较?？參考方向與實(shí)際考方向與實(shí)際方向有何聯(lián)系方向有何聯(lián)系與區(qū)別？與區(qū)別？第四頁(yè)第四頁(yè)1.5.1 1.5.1 電源有載工作電源有載工作開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)閉合閉合ER0+U-RIabdc有載有載開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷開(kāi)開(kāi)路開(kāi)路cdcd短接短接短路短路1.5 電源有載工作、開(kāi)路與短路電源有載工作、開(kāi)路與短路1 1電壓和電流電壓和電流由由歐姆定律歐姆定律可列上圖的電流可列上圖的電流RREI0負(fù)載電阻兩端電壓負(fù)載電阻兩端電壓RIU IREU0UEOI電源的外特性曲線電源的外特性曲線當(dāng)當(dāng)R R0 0R

7、R時(shí)時(shí)EU 由上兩式得由上兩式得2.2.功率與功率平衡功率與功率平衡 IUP功率功率 設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為 U U , ,流入此部分流入此部分電路的電流為電路的電流為 I I， 則這部分電路消耗的功率為則這部分電路消耗的功率為: :功率平衡：功率平衡：由由UER0I得得 UIEIR0I2PPE P電源輸出電源輸出的功率的功率電源內(nèi)阻上電源內(nèi)阻上損耗功率損耗功率電源產(chǎn)生電源產(chǎn)生的功率的功率W W為瓦為瓦 特特 KWKW為千瓦為千瓦功率的平衡功率的平衡 在一個(gè)電路中，電源產(chǎn)生的功率與負(fù)載取用的功率及電源內(nèi)阻和線路電阻上所消耗的功率是平衡的。 看下例E1-U1+-U2+E

8、2+_R01R02+_+U_I電源負(fù) 載解解(1)(1)電源電源 UE1 U1E1IR01E E1 1UR0101I2202200.60.65=2235=223V （2 2）負(fù)載負(fù)載UE2 U2E2R02IE2UR02I220 0.65 R01217V如圖，如圖，U220220V，I5 5A，內(nèi)阻，內(nèi)阻R0101R02020.60.6 (1)(1)求電源的電動(dòng)勢(shì)求電源的電動(dòng)勢(shì)E1 1和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)E2 2；(2)(2)試說(shuō)明試說(shuō)明功率的平衡功率的平衡例題例題1.31.3（2 2）由）由（1 1）中兩式得中兩式得 E1 1E2R01IR02 I等號(hào)兩邊同乘以等號(hào)兩邊同乘以I 得

9、得E1IE2IR01I2R02I2223521750.652 0.652 1115W=1085W15W15WE2I1085WR0101I21515WR0202I21515W負(fù)載取用負(fù)載取用功率功率電源產(chǎn)生電源產(chǎn)生的功率的功率負(fù)載內(nèi)阻負(fù)載內(nèi)阻損耗功率損耗功率電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻損耗功率損耗功率電源與負(fù)載判別電源與負(fù)載判別 ？3. 3. 電源與負(fù)載的判別電源與負(fù)載的判別分析電路時(shí)，分析電路時(shí)，如何判別哪個(gè)元件是電源？哪個(gè)是負(fù)載？如何判別哪個(gè)元件是電源？哪個(gè)是負(fù)載？U和和I 的參考方向與實(shí)際方向的參考方向與實(shí)際方向一致一致 電流從端電流從端流出流出，發(fā)出發(fā)出功率功率電源電源負(fù)載負(fù)載 電流從端電流從端流入

10、流入，吸收吸收功率功率I IU Ua ab b+ +- -I IR RU Ua ab bI IR RU Ua ab b當(dāng)當(dāng)1.5.2 1.5.2 電源開(kāi)路電源開(kāi)路ER0+U-RIabdc特征特征：I0 UU0E P01.5.3 1.5.3 電源短路電源短路特征特征：U0 IISER0 PEPR0I2 P01. 電源外電源外特性與橫特性與橫軸相交處軸相交處的電流的電流=？電源工作電源工作狀態(tài)？狀態(tài)？2. 該電阻允許加該電阻允許加的最高電壓的最高電壓=？允許通過(guò)的最大允許通過(guò)的最大電流電流=？UI0U0I=?“1W、100”第四頁(yè)第四頁(yè) 用來(lái)描述電路中各部分電壓或各部分電流的關(guān)用來(lái)描述電路中各部分

11、電壓或各部分電流的關(guān)系系, ,包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個(gè)定律。包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個(gè)定律。結(jié)點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路相聯(lián)接點(diǎn)三條或三條以上支路相聯(lián)接點(diǎn)支路：支路：電路中每一個(gè)分支電路中每一個(gè)分支回路：回路：電路中一條或多條支路所組成的閉合電路電路中一條或多條支路所組成的閉合電路注注基爾霍夫基爾霍夫電流電流定律應(yīng)用于定律應(yīng)用于結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)基爾霍夫基爾霍夫電壓電壓定律應(yīng)用于定律應(yīng)用于回路回路1.6 1.6 基爾霍夫定律基爾霍夫定律支路：支路：ab、ad、 . . （共（共6 6條）條）回路：回路：abda、 bcdb、 . . （共共7 7 個(gè)）個(gè)）結(jié)點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)：a、 b、 .

12、. ( (共共4 4個(gè)）個(gè)）I I3 3E E4 4E E3 3_ _+ +R R3 3R R6 6+ +R R4 4R R5 5R R1 1R R2 2a ab bc cd dI I1 1I I2 2I I5 5I I6 6I I4 4- - 節(jié)點(diǎn)共節(jié)點(diǎn)共a、 b 2個(gè)個(gè)支路共支路共3條條回路共回路共3個(gè)個(gè)例例#1#2#3回路幾個(gè)回路幾個(gè)？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_幾條幾條支路支路？結(jié)點(diǎn)幾個(gè)？結(jié)點(diǎn)幾個(gè)？網(wǎng)孔數(shù)網(wǎng)孔數(shù)？網(wǎng)孔共網(wǎng)孔共2個(gè)個(gè)第四頁(yè)第四頁(yè)1.6.1 1.6.1 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律E1I1E2U2I2I3R2R1R3abcd如圖如圖 I1I2I3 或

13、或 I1I2I30 0 即即 I I0 0在任一瞬時(shí)，在任一瞬時(shí)，流向流向某一結(jié)點(diǎn)的某一結(jié)點(diǎn)的電流之和電流之和應(yīng)該等于應(yīng)該等于流出流出該結(jié)點(diǎn)該結(jié)點(diǎn)的電流之和。即在任一瞬時(shí)，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上電流的電流之和。即在任一瞬時(shí)，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和恒等于的代數(shù)和恒等于零。零。1.6.2 1.6.2 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律從回路中任意一點(diǎn)出發(fā)，沿順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较驈幕芈分腥我庖稽c(diǎn)出發(fā)，沿順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较蜓幸恢?，則在這個(gè)方向上的電位升之和等于電位降循行一周，則在這個(gè)方向上的電位升之和等于電位降之和之和. . 或電壓的代數(shù)和為或電壓的代數(shù)和為 0。E1I1E2U2I2R2R1abcdU1+-

14、U3U4U1U4U2U3U1 1U2 2U3 3U4 40 0即即 U0 0上式可改寫(xiě)為上式可改寫(xiě)為 E1E2R1I1R2I20 或或 E1E2R1I1R1I1 即即 E （RI）在電阻電路中，在任一回路循行方向上，回路在電阻電路中，在任一回路循行方向上，回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和 在這里電動(dòng)勢(shì)的參考方向與在這里電動(dòng)勢(shì)的參考方向與所選回路循行方向相反者，取正所選回路循行方向相反者，取正號(hào)，一致者則取負(fù)號(hào)。號(hào)，一致者則取負(fù)號(hào)。 電流與回路循行方向相反者電流與回路循行方向相反者，取正號(hào)，反之則取負(fù)號(hào)。，取正號(hào)，反之則取負(fù)號(hào)。注注E1I1E2

15、U2I2R2R1abcdU1+-U3U4基爾霍夫電壓定律的基爾霍夫電壓定律的推廣推廣：可應(yīng)用于回路的部分電路可應(yīng)用于回路的部分電路+-ABC-UABUAUBER+-+-UI UUAUBUAB或或 UABUAUBEURI0或或 UERI注注列方程時(shí)，列方程時(shí)，要先在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或要先在電路圖上標(biāo)出電流、電壓或電動(dòng)勢(shì)的參考方向。電動(dòng)勢(shì)的參考方向。+-ACBD+-UABUBCUCDUDAUCA解解由由基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律可得可得（1 1）UABUBCUCDUDA=0 即即 UCD2V（2 2）UABUBCUCA0 即即 UCACA1V1V已知：下圖為一閉合電路，各支路的元件是任

16、意已知：下圖為一閉合電路，各支路的元件是任意的，但知的，但知UAB5V，UBC4V，UDA3V試求：（試求：（1 1）UCD：（：（2 2）UCA。例題例題1.71.7UsI1IBRBI2EBUBE+-解解應(yīng)用基爾霍夫電壓定律應(yīng)用基爾霍夫電壓定律列出列出 EB BRB BI2 2UBEBE0 0得得 I2 20.315mA0.315mAEBRBI2R1I1US0得得 I10.57mA應(yīng)用應(yīng)用基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律列出列出 I2I1IB0 得得 IB B0.255mA0.255mA如圖：如圖：RB B20K20K ， R1 110K10K ，EB B6V6VUS S6V6V，UBEBE

17、0.3V0.3V 試求電流試求電流IB ，I2 2及及I1 1。例題例題1.81.8E1=140V4A6A5206abcdE290V10A Va=Uab=60VVc=Ucb=140VVd=Udb=90V結(jié)論：結(jié)論：（1 1）電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)與參考點(diǎn) （電位為零）之間的電壓（電位為零）之間的電壓 （2 2）參考點(diǎn)選得不同，電路中各點(diǎn)的電位值隨著）參考點(diǎn)選得不同，電路中各點(diǎn)的電位值隨著 改變，但是任意兩點(diǎn)間的電位差是不變的改變，但是任意兩點(diǎn)間的電位差是不變的。各點(diǎn)電位的高低是各點(diǎn)電位的高低是相對(duì)相對(duì)的，而兩點(diǎn)間電位的的，而兩點(diǎn)間電位的差值是差值是絕對(duì)絕對(duì)

18、的。的。注注1.7 1.7 電路中電位的概念及計(jì)算電路中電位的概念及計(jì)算E1=140V4A6A5206abcdE2 9 0V10A Uab61060VUca20480VUda5630VUcb140VUdb90VE1=140V4A6A5206abcdE2 9 0V10A VbVaUba Vb60VVcVaUca Vc80VVdVaUda Vd30V 第2章 電路的分析方法電路的分析方法 基本要求 1.掌握用支路電流法、疊加定理和戴維寧定理分析電路的方法 2.；理解實(shí)際電源的兩種模型及其等效變換 兩個(gè)串聯(lián)電阻上的電壓分別為：+-+-+1R2R1U2UUIURRRIRU21111URRRIRU212

19、22 兩個(gè)并聯(lián)電阻上的電流分別為：兩個(gè)并聯(lián)電阻上的電流分別為：+-1R2RUI1I2IIRRRI2121IRRRI2112【解】【解】 Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5)R1R2R3R4R5R6ab由由a、b端向里看，端向里看， R2和和R3， R4和和R5均連接在相同的兩點(diǎn)之間，因均連接在相同的兩點(diǎn)之間，因此是此是并聯(lián)并聯(lián)關(guān)系，把這關(guān)系，把這4個(gè)電阻個(gè)電阻兩兩并兩兩并聯(lián)聯(lián)后，電路中除了后，電路中除了a、b兩點(diǎn)不再有結(jié)兩點(diǎn)不再有結(jié)點(diǎn)，所以它們的等效電阻與點(diǎn)，所以它們的等效電阻與R1和和R6相串聯(lián)。相串聯(lián)。第四頁(yè)第四頁(yè) 可以利用電阻串聯(lián)與并聯(lián)的特征對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化可以利用電阻串聯(lián)

20、與并聯(lián)的特征對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化7R3V3I6R134R2112R12I5I5R67I7R3V3I2112R12I7I3456R1R2R227R3V3I465R6R14R45I3RV3I51R(a)(b)(c)(d)解解 任何一個(gè)實(shí)際的電源，例如發(fā)電機(jī)電池或各種信號(hào)源，都含有電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻 ,可以看作一個(gè)理想電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)。ULRIabE0R 2.2.1 2.2.1 電壓源電壓源0RE0RULRIab等效電壓源E0RULRIab+-U0IEUO電 壓 源0REIS0IREU根據(jù)電壓方程作出電壓源的外特性曲線理想電壓源 當(dāng) = 0 或 時(shí),這樣的電壓源被稱為理想電壓源也稱恒壓源。0RLR0R理

21、想電壓源的特點(diǎn)是無(wú)論負(fù)載或外電路如何變化,電壓源兩端的電壓不變。E0RULRIab+- 圖中負(fù)載兩端電壓和電流的關(guān)系為0IREU 將上式兩端同除以 可得出0RIRERU00令sIRE0則有IRUIs0IabLR0R+-0REsI0RUUIRUIs0 我們可以用下面的圖來(lái)表示這一伏安關(guān)系 負(fù)載兩端的電壓 和電流沒(méi)有發(fā)生改變。等效電流源IabLR0R+-0REsI0RUU 當(dāng) 時(shí)，這樣的電源被稱為理想電流源也稱恒流源。理想電流源的特點(diǎn)是無(wú)論負(fù)載或外電路如何變化，電流源輸出的電流不變。0RLRU0I0RIUSO電 流 源SIIabLR0REsIU+-理想電流源IRUIs0一般不限于內(nèi)阻 ，只要一個(gè)電

22、動(dòng)勢(shì)為E的理想電壓源和某個(gè)電阻R串聯(lián)的電路，都可以化為一個(gè)電流為 的理想電流源和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。SI0RERababRSIV6A262V441Iab3具體步驟如下1 試用等效變換的方法計(jì)算圖中 電阻上的電流I。例題例題2.22.23A262V441IaA2b22V441IabA422V441IabV8解解下頁(yè)下頁(yè)41IabA2A14AI2122322V441IabV81IabA322.3 2.3 支路電流法支路電流法 凡不能用電阻串并聯(lián)化簡(jiǎn)的電路，一般稱為復(fù)雜電路。在計(jì)算復(fù)雜電路的各種方法中，支路電流法是最基本的。它是應(yīng)用基爾霍夫電流定律和電壓定律分別對(duì)節(jié)點(diǎn)和回路列出方程，求出未知量。 一

23、般地說(shuō)，若一個(gè)電路有b條支路，n個(gè)節(jié)點(diǎn)，可列n-1個(gè)獨(dú)立的電流方程和b-(n-1)個(gè)電壓方程。22V441IabA42.4 2.4 結(jié)點(diǎn)電壓法結(jié)點(diǎn)電壓法 當(dāng)電路中支路較多，結(jié)點(diǎn)較少時(shí)可選其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)作參考點(diǎn)，求出其他結(jié)點(diǎn)的相對(duì)于參考點(diǎn)的電壓，進(jìn)而求出各支路電流。這種方法稱為結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)電壓法電壓法。結(jié)點(diǎn)電壓方程的推導(dǎo)：結(jié)點(diǎn)電壓方程的推導(dǎo)：設(shè)：設(shè)：Vb = 0 V 結(jié)點(diǎn)電壓為結(jié)點(diǎn)電壓為 U，參，參考方向從考方向從 a 指向指向 b。111RIEU 因因?yàn)闉?11RUEI 所所以以2. 應(yīng)用歐姆定律求各支路電流應(yīng)用歐姆定律求各支路電流 ：111RUEI 222RUEI 33RUI 1. 用用KCL對(duì)結(jié)

24、點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a 列方程：列方程： I1 I2 + IS I3 = 0E1+I1R1U+baE2+I2ISI3E1+I1R1R2R3+U3211RUIRUERUE S23212211111RRRIREREUS RIREUS1 212S1S2211ab11RRIIREREU V24V312127330250 2.5 2.5 疊加原理疊加原理 對(duì)于線性電路，任何一條支路中的電流，都可以看成是由電路中各個(gè)電源（電壓源或電流源）單獨(dú)作用時(shí)，在此支路中所產(chǎn)生的電流的代數(shù)和。這就是疊加原理疊加原理。 *所謂電路中各個(gè)電源單獨(dú)作用，就是將電路中其它電源置0， 即電壓源短路，電流源開(kāi)路。 12112112111211 ) (RIRIRIIRIP SI1R2R3R3IE=, 用疊加原理計(jì)算圖中電阻 上的電流 。已知3R3I 61R 22R 33RA10SIV6E ,。例題例題2.52.5SI1R2R3R3IESI1R2R3R3I=+ (a) 1R2R3R3IEA4103223223SIRRRIA2 . 1326323RREIA2 . 5333III(b)由(a)圖由(b)圖解解 從數(shù)學(xué)上看，疊加原理就是線性關(guān)系的可加性。所以功率的計(jì)算不能用疊加原理。23323323332333IRIRIIRIRP注意注意2.6.1 2.6.1 戴維南定理戴維南