復(fù)雜直流電路的分析-PPT課件

1、第二單元 電路分析方法的學(xué)習(xí)模塊2 復(fù)雜直流電路的分析 學(xué)習(xí)內(nèi)容基爾霍夫定律及支路電流法的應(yīng)用項(xiàng)目1 明確任務(wù) 通過(guò)上幾個(gè)模塊的學(xué)習(xí)，同學(xué)們現(xiàn)在已經(jīng)能分析如下圖所示這樣的電路。 明確任務(wù) 現(xiàn)將上圖改為： 該電路的最大特點(diǎn)是有兩個(gè)電源，因此稱(chēng)為雙電源電路。當(dāng)電路電源的數(shù)目不再是一個(gè)，此時(shí)的電路就成為復(fù)雜直流電路，雙電源電路是最簡(jiǎn)單的復(fù)雜直流電路。很顯然，簡(jiǎn)單地應(yīng)用歐姆定律和各類(lèi)電阻連接規(guī)律已經(jīng)無(wú)法分析該電路。本項(xiàng)目的任務(wù)，即要求同學(xué)們?cè)谝阎娫措妷褐岛退须娮柚档幕A(chǔ)上，能得到該電路中各電阻上的電流值和電壓值。 在本項(xiàng)目中，采用基于基爾霍夫定律的支路電流法解決。1、基爾霍夫定律：德國(guó)科學(xué)家基爾霍

2、夫在1945年論證的。闡明了任意電路中各處電壓和電流的內(nèi)在關(guān)系，包含兩個(gè)定律：研究電路中各結(jié)點(diǎn)電流間聯(lián)系的規(guī)律基爾霍夫電流定律（KCL）研究電路中各回路電壓間聯(lián)系的規(guī)律基爾霍夫電壓定律（KVL）知識(shí)鏈接 （1）幾個(gè)有關(guān)的電路名次：1）支路：電路中具有兩個(gè)端鈕且通過(guò)同一電流的每個(gè)分支稱(chēng)之為支路，該分支上至少有一個(gè)元件。2）結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)稱(chēng)之為結(jié)點(diǎn)。3）回路：電路中的任意閉合路徑稱(chēng)為回路。4）網(wǎng)孔：其內(nèi)部不含任何支路的回路叫網(wǎng)孔。圖示電路有3條支路，2個(gè)節(jié)點(diǎn)，3個(gè)回路。知識(shí)鏈接 例支路：共 ？條回路：共 ？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)7個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)眼就有幾個(gè)獨(dú)立回路I3U

3、S4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_邊學(xué)邊練（2）基爾霍夫電流定律KCL 在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。表述一所有電流均為正。例I1I2I3I4知識(shí)鏈接 在任一瞬時(shí)，通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。表述二可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。例I1I2I3I4（2）基爾霍夫電流定律KCL知識(shí)鏈接 I=?廣義節(jié)點(diǎn)I1I2I3例例I1+I2=I3I=0IU2RU3+_U2+_U1+_RRR廣義節(jié)點(diǎn)電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。（2）基爾霍夫電流定律KCL知識(shí)鏈接 例：列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL

4、方程解：取流入為正以上三式相加： i1 i2i3 0 節(jié)點(diǎn)a i1i4i60節(jié)點(diǎn)b i2i4i50節(jié)點(diǎn)c i3i5i60Exercise：162邊學(xué)邊練（3）基爾霍夫電壓定律KVL表述一 在任一時(shí)刻，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。Us1I1R1I2R2I3R3Us3I4R40知識(shí)鏈接 Us1I1R1I2R2I3R3Us3I4R40I1R1I2R2I3R3I4R4 Us1 Us3表述二 對(duì)于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。 電流參考方向與回路繞行方向一致時(shí)iR前取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；電壓源電壓方向與回路繞

5、行方向一致時(shí)us前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)取正號(hào)。知識(shí)鏈接 對(duì)題圖回路#1列KVL方程：#1#2I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2例#3對(duì)題圖回路#2列KVL方程：對(duì)題圖回路#3列KVL方程：邊學(xué)邊練KVL定律可以擴(kuò)展應(yīng)用于任意假想的閉合回路列出下圖的KVL方程例Exercise：164、110知識(shí)鏈接 2、支路電流法分析電路的最基本方法支路電流法：以支路電流為未知量、應(yīng)用基爾霍夫 定律（KCL、KVL）列方程組求解。12ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I23如何列寫(xiě)方程？知識(shí)鏈接 P41 1、在圖中標(biāo)出各支路電流的參考方向（共b條），對(duì)選定的回路標(biāo)出回路繞行方向。2、應(yīng)用 KCL

6、對(duì)結(jié)點(diǎn)列出 ( n1 )個(gè)獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)電流方程。3、 應(yīng)用 KVL 對(duì)回路列出 b( n1 ) 或m個(gè)獨(dú)立回路電壓方程（通?？扇【W(wǎng)孔列出） 。4、聯(lián)立求解 b 個(gè)方程，求出各支路電流。支路電流法的解題步驟:對(duì)上圖電路支路數(shù) b=3 結(jié)點(diǎn)數(shù) n =2回路數(shù) k= 3 網(wǎng)孔數(shù) m=2ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I2知識(shí)鏈接 對(duì)結(jié)點(diǎn) a：I1+I2I3=0對(duì)網(wǎng)孔1：對(duì)網(wǎng)孔2：I1 R1 +I3 R3=E1I2 R2 I3 R3= E21ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I3I23知識(shí)鏈接 2I2 R2 + I3 R3= E2Exercise:用支路電流法求各支路電流。I1I2 I32

7、0I1-106+60I3040I2+20-60I3-60I1-0.1AI2-0.2AI30.1A邊學(xué)邊練Exercises：213(a) 學(xué)習(xí)內(nèi)容電源的等效變換與應(yīng)用項(xiàng)目2 明確任務(wù) 本項(xiàng)目的任務(wù)，即要求同學(xué)們能進(jìn)行電壓源、電流源之間的等效變換，并計(jì)算電路的各個(gè)參數(shù)。 6V3+12V2A6112I 電壓源(voltage source):以電壓的形式向電路供電； 電壓源與電流源模型及其等效變換1、電壓源電流源(current source):以電流的形式向電路供電。圖1-9 理想電壓源 圖1-11 實(shí)際電壓源 P38知識(shí)鏈接 2、電流源圖1-12 理想電流源 圖1-15 實(shí)際電流源 知識(shí)鏈接

8、電壓源的串聯(lián)Us1Us2UsnUs Usk的參考方向與Us的參考方向一致時(shí)，式中Usk的前面取“”號(hào)，否則取“-”號(hào)。知識(shí)鏈接 電流源的并聯(lián)Is1Is2IsnIs Isk的參考方向與Is的參考方向一致時(shí)，式中Isk的前面取“”號(hào)，否則取“-”號(hào)。知識(shí)鏈接 電壓源的并聯(lián)和電流源的串聯(lián)條件：極性相同，電壓值相等的理想電壓源可以并聯(lián)；極性相同，電流值相等的理想電流源可以串聯(lián)。圖？知識(shí)鏈接 電壓源與其他元件并聯(lián)，該并聯(lián)電路可以用一個(gè)等效電壓源來(lái)代替，該電壓源的電壓仍為Us，電流I由外部電路決定。UsIsIUsRUsII知識(shí)鏈接 電流源與其他元件串聯(lián)，該串聯(lián)電路可以用一個(gè)等效電流源來(lái)代替，該電流源的電流

9、仍為Is，電壓U由外部電路決定。UsIsRIsIsUUU知識(shí)鏈接 例1：求圖示電路的最簡(jiǎn)等效電路。10V1A2A5邊學(xué)邊練例2：求下列各電路的等效電源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+邊學(xué)邊練3、電壓源與電流源的等效變換由圖a： U = E IR0由圖b： U = (IS I)R0 =ISR0 IR0IRLR0+EU+電壓源等效變換條件:E = ISR0RLR0UR0UISI+電流源知識(shí)鏈接 等效變換時(shí)，兩電源的參考方向要一一對(duì)應(yīng)。 理想電壓源與理想電流源之間無(wú)等效關(guān)系。 電壓源和電流源

10、的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言， 對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。 注意事項(xiàng)： 任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì) E 和某個(gè)電阻 R 串聯(lián)的電路， 都可化為一個(gè)電流為IS 和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。R0+EabISR0abR0+EabISR0abP40知識(shí)鏈接 +abU25V(a)+a5AbU3(b)+例3：求下列各電路的等效電源邊學(xué)邊練例4：將所示電路化簡(jiǎn)為一個(gè)實(shí)際電流源模型。邊學(xué)邊練Exercises：211邊學(xué)邊練 學(xué)習(xí)內(nèi)容疊加定理及其應(yīng)用項(xiàng)目3 明確任務(wù)當(dāng)遇到電路中電源的種類(lèi)和個(gè)數(shù)過(guò)多，電路的復(fù)雜程度就會(huì)大大增加。在項(xiàng)目2中已經(jīng)學(xué)習(xí)了通過(guò)電源等效變化化簡(jiǎn)電路的方法解決。在本項(xiàng)目中，將介紹另外一種方法，即疊加定理。疊加定理

11、是分析線性電路的一個(gè)重要定理。在任何由線性電阻、線性受控源及獨(dú)立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓等于每一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時(shí)在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。這就是疊加定理。在應(yīng)用疊加定理時(shí)必須注意： （1）疊加定理只適用于線性復(fù)雜電路。（由線性電阻、線性受控源及獨(dú)立源組成的電路）。知識(shí)鏈接 （4）疊加定理只能用來(lái)分析計(jì)算電路中的電壓和電流，不能用來(lái)計(jì)算電路中的功率。因?yàn)楣β逝c電壓、電流之間不存在線性關(guān)系。（2）當(dāng)其中一個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，應(yīng)將其他電源除去，但必須保留其內(nèi)阻。除源的規(guī)則是：電壓源短路，電流源開(kāi)路。（3）最后疊加時(shí)，必須要認(rèn)清各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，在各條支路上所產(chǎn)生的電壓

12、、電流的分量是否與各條支路上原電壓、電流的參考方向一致。一致時(shí)，各分量取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)，最后疊加時(shí)應(yīng)為代數(shù)和。知識(shí)鏈接 例：用疊加定理求電流I和電壓U邊學(xué)邊練邊學(xué)邊練用疊加定理求所示電路中電流I1和I2及電流源兩端的電壓U。邊學(xué)邊練Exercises：31/2/3邊學(xué)邊練戴維寧定理及其應(yīng)用項(xiàng)目4 學(xué)習(xí)內(nèi)容二端網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)只有兩個(gè)端鈕與外部相連的電路有源二端網(wǎng)絡(luò)Ns 無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)No戴維寧（法國(guó)人）年提出這個(gè)定律戴維寧定理(Thevenins theorem )有源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個(gè)實(shí)際電壓源模型（理想電壓源和電阻串聯(lián)） 知識(shí)鏈接 對(duì)外電路，任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一條含源支路即電

13、壓源和電阻串聯(lián)的支路來(lái)代替，其電壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓uOC，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后兩端間的等效電阻Ro。這就是戴維寧定理。如何應(yīng)用知識(shí)鏈接 例：I31A邊學(xué)邊練戴維寧定理解題步驟：分離：將待求支路從原電路中移開(kāi)，畫(huà)出有源二端網(wǎng)絡(luò)，求其開(kāi)路電壓Uoc；等效：將有源二端網(wǎng)絡(luò)Ns變換成無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)No（理想電壓源短路，理想電流源斷路），畫(huà)出無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)，求其等效電阻Ro；組合：將待求支路接入理想電壓源Uoc與電阻Ro串聯(lián)的等效電壓源，畫(huà)出戴維寧等效電路，再求所需電流或電壓；邊學(xué)邊練求如圖所示求電流。邊學(xué)邊練邊學(xué)邊練例：應(yīng)用戴維寧定理將圖中的電路分別等效為等效電壓源。邊學(xué)邊練Rab2邊學(xué)邊練Rab2邊學(xué)邊練Rab2邊學(xué)邊練Rab5.4邊學(xué)邊練項(xiàng)目5 學(xué)習(xí)內(nèi)容負(fù)載獲得最大功率條件 明確任務(wù) 一個(gè)實(shí)際電源產(chǎn)生的功率通常分為兩部分，一部分消耗在電源及線路的內(nèi)阻上，另一部分輸出給