電工學(xué)第1章-直流電路

1、第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1.1電路的作用和組成電路的作用和組成1.2電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)1.3電路中的參考點電路中的參考點1.4電路中的參考方向電路中的參考方向1.5理想電路元件理想電路元件1.6基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.7支路電流法支路電流法1.8疊加原理疊加原理1.9等效電源定理等效電源定理1.10非線性電阻電路非線性電阻電路教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求分析與思考題分析與思考題練習(xí)題練習(xí)題第第1章章 直直 流流 電電 路路返回主頁返回主頁第第 1 章章 直直 流流 電電 路路電電源源1.1電路的作用和組成電路的作用和組成電路電路電流流通的路徑。電流流通的路徑。返返 回回下一頁下

2、一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)US第第 1 章章 直直 流流 電電 路路電路的作用電路的作用返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)3第第 1 章章 直直 流流 電電 路路電路的組成電路的組成返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)E電源：電源：E將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為電能的供電設(shè)備。電能的供電設(shè)備。負(fù)載：負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)化為非電形態(tài)的將電能轉(zhuǎn)化為非電形態(tài)的能量的用電設(shè)備。能量的用電設(shè)備。連結(jié)導(dǎo)線：連結(jié)導(dǎo)線：溝通電路、輸送電能。溝通電路、輸送電能。圖圖 1.1.1 簡單照明電路簡單照明電路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1.2電路中的參考點電路中的參考點返回返回

3、下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)UCCRCICRBIBIEaBCE將電路中的某一點選作將電路中的某一點選作參考點參考點，并規(guī)定其電位，并規(guī)定其電位為為零零。電路中其它任何一點電路中其它任何一點與參考點之間的電壓與參考點之間的電壓便是該點的便是該點的電位電位。6 V2 k 270 k 1 mA0.02 mAVe=0Va=UCC=6 VVb=UCCRBIB=0.6 VVc=UCCRCIC=4 V圖圖 1.3.1 電路中的參考點電路中的參考點第第 1 章章 直直 流流 電電 路路化簡電路化簡電路RCICRBIBIEaBCEUCC圖圖 1.3.1 電路中的參考點電路中的參考點第第 1

4、章章 直直 流流 電電 路路1.3電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)（一）通路（一）通路返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)EUSUL+_IS電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)通路通路電源的狀態(tài)電源的狀態(tài)有載有載電源產(chǎn)生的電功率為電源產(chǎn)生的電功率為 EI電源輸出的電功率為電源輸出的電功率為 US I負(fù)載取用的電功率為負(fù)載取用的電功率為 UL I 電氣設(shè)備工作時，其電壓、電流和功率均有一定限電氣設(shè)備工作時，其電壓、電流和功率均有一定限額，這些限額表示了電氣設(shè)備的正常工作條件和工作能額，這些限額表示了電氣設(shè)備的正常工作條件和工作能力，稱為電氣設(shè)備的力，稱為電氣設(shè)備的額定值額定值。圖圖 1.2.1 通路通路

5、第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（二）開路（二）開路返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié) 當(dāng)某部分電路與電源斷當(dāng)某部分電路與電源斷開，該部分電路中沒有電流，開，該部分電路中沒有電流，亦無能量的輸送和轉(zhuǎn)換，這亦無能量的輸送和轉(zhuǎn)換，這部分電路的狀態(tài)稱為部分電路的狀態(tài)稱為開路開路。S2S1I0有有源源電電路路U視電視電路而定路而定開路的特點開路的特點:圖圖 1.2.2 開路開路圖圖 1.2.3 開路的特點開路的特點第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（三）短路（三）短路返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié) 當(dāng)某部分電路的兩端用電阻當(dāng)某部分電路的兩端用電

6、阻可以忽略不計的導(dǎo)線或開關(guān)連接可以忽略不計的導(dǎo)線或開關(guān)連接起來，使得該部分電路中的電流起來，使得該部分電路中的電流全部被導(dǎo)線或開關(guān)所旁路，這部全部被導(dǎo)線或開關(guān)所旁路，這部分電路的狀態(tài)稱為分電路的狀態(tài)稱為短路短路。I 視電路而定視電路而定有有源源電電路路U 0短路的特點短路的特點:S2S1電源短路圖圖 1.2.4 短路短路圖圖 1.2.5 短路的特點短路的特點第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1.4電路中的參考方向電路中的參考方向返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)US+_ISR1R2I I 在復(fù)雜的直流電路中，電壓和在復(fù)雜的直流電路中，電壓和電流的實際方向往往是無法預(yù)知

7、的，電流的實際方向往往是無法預(yù)知的，且可能是待求的；而在交流電路中，且可能是待求的；而在交流電路中，電壓和電流的實際方向是隨時間不電壓和電流的實際方向是隨時間不斷變化的。這時只能給它們假定一斷變化的。這時只能給它們假定一個方向作為電路分析和計算時的參個方向作為電路分析和計算時的參考，這些假定的方向稱為考，這些假定的方向稱為參考方向參考方向或正方向或正方向。圖圖 1.4.1 關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向第第 1 章章 直直 流流 電電 路路電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：IE+_ 在分析與計算電路時，對在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)aR

8、b箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)極性+abU U+_第第 1 章章 直直 流流 電電 路路實際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。注意：注意： 在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 ( 或電壓或電壓 ) 值才有正負(fù)值才有正負(fù)之分。之分。 若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實際方向，則電壓的實際方向從從 a 指向指向

9、 b；若若 U= 5V，則電壓的實際方向，則電壓的實際方向從從 b 指向指向 a 。第第 1 章章 直直 流流 電電 路路關(guān)于歐姆定律關(guān)于歐姆定律U、I 參考方向相同時，參考方向相同時，RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號： 式前的正負(fù)號由式前的正負(fù)號由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系確定； U、I 值本身的正負(fù)則說明實際方向與參考值本身的正負(fù)則說明實際方向與參考 方向之間的關(guān)系。方向之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同。參考方向相同。U = I R第第 1 章章 直直 流流 電電 路路解：解：對圖對圖(a)有有, U = IR例：例：應(yīng)用歐姆定律

10、對下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖對圖(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性常數(shù)常數(shù)即：即： IUR 第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1.5理想電路元件理想電路元件返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié) 由實際電路元件組

11、成的電路稱為由實際電路元件組成的電路稱為電路實體電路實體。 可將電路實體中各個實際的電路元件都用表征可將電路實體中各個實際的電路元件都用表征其物理性質(zhì)的其物理性質(zhì)的理想電路元件理想電路元件代替。代替。 用理想電路元件組成的電路稱為電路實體的用理想電路元件組成的電路稱為電路實體的電電路模型路模型。第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（一）理想無源元件（一）理想無源元件返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（一）理想無源元件（一）理想無源元件1.1.理想電阻元件理想電阻元件返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)ABC定義定

12、義物理量物理量關(guān)系關(guān)系實物實物R電路中電能消耗的元件電路中電能消耗的元件是參數(shù)元件是參數(shù)元件線性元件線性元件圖圖 1.5.1 電阻電阻第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（一）理想無源元件（一）理想無源元件1.1.理想電阻元件理想電阻元件返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)ABC定義定義物理量物理量關(guān)系關(guān)系實物實物RR = u/i在直流電路中，在直流電路中，R = U/IR 的單位為歐姆（的單位為歐姆（）uiP= UI = U2/R = RI2圖圖 1.5.1 電阻電阻第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（一）理想無源元件（一）理想無源元件1.1.理想電阻元件理想電阻元

13、件返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)ABC定義定義物理量物理量關(guān)系關(guān)系實物實物第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（一）理想無源元件（一）理想無源元件. .理想電容元件理想電容元件返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)第第 1 章章 直直 流流 電電 路路返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)（一）理想無源元件（一）理想無源元件3 3理想電感元件理想電感元件第第 1 章章 直直 流流 電電 路路（二）理想電源元件（二）理想電源元件本身功耗忽略不計，本身功耗忽略不計，只起產(chǎn)生電能的作用只起產(chǎn)生電能的作用返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下

14、一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1.1.理想電壓源（恒壓源）理想電壓源（恒壓源）返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)（二）理想電源元件（二）理想電源元件第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1.1.理想電壓源（恒壓源）理想電壓源（恒壓源）返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)輸出電壓輸出電壓是由它本身確定是由它本身確定的的定值定值，與輸出，與輸出電流和外電路情電流和外電路情況無關(guān)。況無關(guān)。輸出電流輸出電流不是定值，與輸不是定值，與輸出電流和外電路出電流和外電路情況有關(guān)。情況有關(guān)。（二）理想電源元件（二）理想電源元件第第 1 章章

15、 直直 流流 電電 路路. .理想電流源（恒流源）理想電流源（恒流源）返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)（二）理想電源元件（二）理想電源元件第第 1 章章 直直 流流 電電 路路. .理想電流源（恒流源）理想電流源（恒流源）輸出電流輸出電流是由它本身確定是由它本身確定的的定值定值，與輸出，與輸出電壓和外電路情電壓和外電路情況無關(guān)。況無關(guān)。輸出電壓輸出電壓不是定值，與輸不是定值，與輸出電壓和外電路出電壓和外電路情況有關(guān)。情況有關(guān)。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)（二）理想電源元件（二）理想電源元件第第 1 章章 直直 流流 電電 路路3 3理想電源元

16、件的兩種工作狀態(tài)理想電源元件的兩種工作狀態(tài)返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)19（二）理想電源元件（二）理想電源元件第第 1 章章 直直 流流 電電 路路實際電源的模型實際電源的模型返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 例例 1.5.1 圖示直流電路已知理想電壓源的電壓圖示直流電路已知理想電壓源的電壓 US3 V，理想電流源的電流，理想電流源的電流 IS = 3 A，電阻，電阻 R = 1 。求（求（1）理想電壓源的電流和理想電流源的電壓；（）理想電壓源的電流和理想電流源的電壓；（2）討論電路的功率平衡關(guān)系。討論電

17、路的功率平衡關(guān)系。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)上一節(jié)上一節(jié)第第 1 章章 直直 流流 電電 路路支路：支路：電路中的每一個分支。電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。一條支路流過一個電流，稱為支路電流。三條或三條以上支路的聯(lián)接點。三條或三條以上支路的聯(lián)接點。由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。內(nèi)部不含支路的回路。內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E11 12 23 3第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等

18、于流出該結(jié)點的電流。點的電流。 實質(zhì)實質(zhì): 或或: = 0I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E1對結(jié)點對結(jié)點 a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0第第 1 章章 直直 流流 電電 路路I =?例例:廣義結(jié)點廣義結(jié)點I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V第第 1 章章 直直 流流 電電 路路即：即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路對回路1：對回

19、路對回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 I1I2I3ba+ + E2R2+ + R3R1E11 12 2第第 1 章章 直直 流流 電電 路路1列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路循行方向；回路循行方向； 電位升電位升 = 電位降電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項前符號的確定：項前符號的確定： 3. 開口電壓可按回路處理開口電壓可按回路處理 注意：注意：1 1對回路對回路1：E1UBEE+B+R1+E2R

20、2I2_第第 1 章章 直直 流流 電電 路路對網(wǎng)孔對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔對網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對回路對回路 adbca，沿逆時針方向循行，沿逆時針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用應(yīng)用 U = 0列方程列方程對回路對回路 cadc，沿逆時針方向循行，沿逆時針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章

21、 直直 流流 電電 路路2. 舉例舉例 求圖示電路中求圖示電路中各點的電位各點的電位: :Va、Vb、Vc、Vd 。解：解：設(shè)設(shè) a為參考點，為參考點， 即即Va=0V設(shè)設(shè) b為參考點，即為參考點，即Vb=0Vbac20 4A6 10AE290V+ + E1140V5 6A+ + d第第 1 章章 直直 流流 電電 路路bca20 4A6 10AE290V+ + E1140V5 6A+ + d+90V20 5 +140V6 cd第第 1 章章 直直 流流 電電 路路圖示電路，計算開關(guān)圖示電路，計算開關(guān)S S 斷開和閉合時斷開和閉合時A點點 的電位的電位VA解解: (1)當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S S斷開時

22、斷開時(2) 當(dāng)開關(guān)閉合時當(dāng)開關(guān)閉合時, ,電路電路 如圖（如圖（b）電流電流 I2 = 0，電位電位 VA = 0V 。電流電流 I1 = I2 = 0，電位電位 VA = 6V 。電流在閉合電流在閉合路徑中流通路徑中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 當(dāng)不需求當(dāng)不需求a、c和和b、d間的電流時，間的電流時，(a、c)( b、d)可分

23、別看成一個結(jié)點。可分別看成一個結(jié)點。第第 1 章章 直直 流流 電電 路路 支路數(shù)支路數(shù)b =4，且恒流，且恒流源支路的電流已知。源支路的電流已知。I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例例3：試求各支路電流。試求各支路電流。對結(jié)點對結(jié)點 a： I1 + I2 I3 = 7對回路對回路1：12I1 6I2 = 42對回路對回路2：6I2 + UX = 0baI2I342V+I112 6 7A3 cd123+UX對回路對回路3：UX + 3I3 = 0第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路2121RREII+ + SIRRRI2121+ + S2122

24、1111IRRRRREIII+ + + + + + SIRRRI2112+ + S21121IRRRRRE+ + + + 第第 1 章章 直直 流流 電電 路路12112112111211 ) (RIRIRIIRIP + + + + 第第 1 章章 直直 流流 電電 路路A1A5510322 + + + + RREIV5V5122S RIU第第 1 章章 直直 流流 電電 路路A5 . 0A5 . 0A1 222 III所所以以A5 . 01555S3232 + + + + IRRRIV5 . 2V55 . 022S RIUV5 . 72.5V5VSSS + + + + UUU第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路第第 1 章章 直直 流流 電電 路路A5 . 2A44