電路分析與應(yīng)用教學(xué)資源演示文稿學(xué)習(xí)情境二直流電路的分析與應(yīng)用課件

1、學(xué)習(xí)情境二 指針式萬用表的組裝與調(diào)試項目2 直流電路的分析與應(yīng)用指針式萬用表的基本原理圖引入目 錄 電路的等效節(jié)點電壓法 14支路電流法2網(wǎng)孔分析法3 疊加定理 5 最大功率傳輸定理 7戴維南定理6指針式萬用表電路的分析、組裝和調(diào)試 任務(wù)一 電路的等效主要內(nèi)容一、單口網(wǎng)絡(luò)等效的概念四、兩種電源模型的等效互換 二、電阻的串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、 Y形和形連接三、電源電路的等效任務(wù)一 電路的等效一、單口網(wǎng)絡(luò)等效的概念 1.單口網(wǎng)絡(luò)：只有兩個端鈕與其它電路相連接的網(wǎng)絡(luò)，稱為二端網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)強(qiáng)調(diào)二端網(wǎng)絡(luò)的端口特性，而不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的情況時，稱二端網(wǎng)絡(luò)為單口網(wǎng)絡(luò)。 2.等效單口網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)兩個單口網(wǎng)絡(luò)的電壓電流關(guān)系完

2、全相同時，稱這兩個單口是互相等效的。等效任務(wù)一 電路的等效二、電阻的串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、星形連接1. 電阻的串聯(lián)任務(wù)一 電路的等效2. 電阻的并聯(lián)任務(wù)一 電路的等效3. 電阻的混聯(lián)任務(wù)一 電路的等效4.星形（Y形）電阻網(wǎng)絡(luò)與三角形（形）電阻網(wǎng)絡(luò)的等效變換圖 星形網(wǎng)絡(luò)與三角形網(wǎng)絡(luò)r1r2r3123Y- 等效變換R12R23R31123任務(wù)一 電路的等效Y- 等效變換當(dāng) r1 = r2 = r3 =r , R12 = R23 =R31 =R 時：r = RRRR123rrr123R = 3r三電阻相等任務(wù)一 電路的等效 例如圖2-10(a)所示電橋電路，求電流 。 圖2-10解：由圖d得：由圖c得：

3、任務(wù)一 電路的等效任務(wù)一 電路的等效三、電源電路的等效1.電壓源的串聯(lián) 其中與uS參考方向相同的電壓源uSk取正號，相反則取負(fù)號。 任務(wù)一 電路的等效2.電流源的并聯(lián) 與iS參考方向相同的電流源iSk取正號，相反則取負(fù)號。 任務(wù)一 電路的等效圖2-6 電壓源與元件并聯(lián)圖2-7 電流源與元件串聯(lián)四、兩種電源模型的等效互換 等效互換的條件：當(dāng)接有同樣的負(fù)載時，對外的電壓電流相等。I = I Uab = Uab即：IRS+-UbaUabISabUabI RS任務(wù)一 電路的等效I = I Uab = Uab若則U IRS = RIRISSs-U = ISRSRS = RS IRS+-UbaUabISa

4、bUabI RS等效互換公式：任務(wù)一 電路的等效等效變換的注意事項： （1）“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏-安特性一致）。 （2）注意轉(zhuǎn)換前后 US 與 Is 的方向任務(wù)一 電路的等效aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRSbIaIsRSbI注意轉(zhuǎn)換前后 US 與 Is 的方向：任務(wù)一 電路的等效任務(wù)二 支路電流法 支路電流法是以支路電流為未知變量列出電路方程組，然后聯(lián)立求解的方法。 對于具有b條支路n個節(jié)點的平面電路，只要以支路電流為變量對(n-1)個節(jié)點列出KCL方程，對每個網(wǎng)孔列出KVL方程，共可列出b個獨立方程，將它們聯(lián)立可解出所有支路電流。 一、概述bR1R2U2

5、U1+-R3+_a（一般為網(wǎng)孔個數(shù)）獨立電流方程：個獨立電壓方程：個二、解題步驟：1. 對每一支路假設(shè)一未 知電流（I1-I6）4. 解聯(lián)立方程組對每個節(jié)點有2. 列電流方程對每個獨立回路有0U=S3. 列電壓方程節(jié)點數(shù) N=4支路數(shù) B=6U4U3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_任務(wù)二 支路電流法 解 : 圖2-11所示的電路b=3，n=2，可列出如下方程: 節(jié)點1的KCL方程 左網(wǎng)孔的KVL方程 右網(wǎng)孔的KVL方程 求解以上三個方程得 圖2-11 例用支路電流法求圖2-11所示電路的各支路電流。任務(wù)二 支路電流法任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法一、概述 網(wǎng)孔分析法是以假想的網(wǎng)孔電

6、流為未知量，應(yīng)用KVL，寫出網(wǎng)孔方程，聯(lián)立解出網(wǎng)孔電流，各支路電流則為有關(guān)網(wǎng)孔電流的代數(shù)和，這種分析方法稱為網(wǎng)孔分析法，簡稱網(wǎng)孔法。網(wǎng)孔法適用于平面電路。 網(wǎng)孔電流實際上是一種假想電流，即假想在電路中每一個網(wǎng)孔里都有一個電流，如左圖：假設(shè)網(wǎng)孔1、2的電流分別表示為任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法二、網(wǎng)孔方程的建立 假設(shè)網(wǎng)孔1、2的電流分別表示為 ，其參考方向如圖所示，選取繞行方向與網(wǎng)孔電流參考方向一致，則根據(jù)KVL，可列出網(wǎng)孔方程： 網(wǎng)孔1 網(wǎng)孔2整理后得:任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法二、網(wǎng)孔方程的建立網(wǎng)孔方程可寫成一般形式其中， 和 分別稱為網(wǎng)孔1、2的自阻稱為互阻，代表網(wǎng)孔2與網(wǎng)孔1之間的公共電阻任務(wù)三 網(wǎng)孔分析

7、法二、網(wǎng)孔方程的建立網(wǎng)孔方程一般形式其中： 由于網(wǎng)孔繞行方向一般選擇與網(wǎng)孔電流參考方向一致，所以自阻總是正的。當(dāng)通過網(wǎng)孔1、2的公共電阻的兩個網(wǎng)孔電流的參考方向一致時，互阻取正；相反時互阻取負(fù)，任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法二、網(wǎng)孔方程的建立網(wǎng)孔方程一般形式其中： 和 分別是網(wǎng)孔1和網(wǎng)孔2電壓源電壓的代數(shù)和，當(dāng)電壓源電壓的參考方向與網(wǎng)孔電流的參考一致時，前面取“-”號，否則取“+”號。任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法三、網(wǎng)孔分析法解題步驟1 在電路圖上標(biāo)明網(wǎng)孔電流及其參考方向。若全部網(wǎng)孔電流均選為順時針（或反時針）方向，則網(wǎng)孔方程的全部互電阻項均取負(fù)號。2 列出各網(wǎng)孔方程。注意自阻總是正的?；プ璧恼?fù)取決于通過公共電阻

8、的有關(guān)網(wǎng)孔電流的參考方向，一致時為正，否則為負(fù)。3 求解網(wǎng)孔方程，得到各網(wǎng)孔電流。4 選定各支路電流的參考方向，根據(jù)支路電流與網(wǎng)孔電流的線性組合關(guān)系，求得各支路電流。5 利用元件的伏安關(guān)系，求得各支路電壓。任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法四、網(wǎng)孔分析法計算舉例例 圖2-13電路中，已知，求各支路電流。解：電路有3個網(wǎng)孔。選定網(wǎng)孔1、2、3的電流分別表示為 ，列網(wǎng)孔方程。網(wǎng)孔1：網(wǎng)孔2：網(wǎng)孔3：代入已知數(shù)據(jù)，解得： 選定各支路電流的參考方向如圖所示，得：任務(wù)三 網(wǎng)孔分析法前面已得網(wǎng)孔電流：任務(wù)四 節(jié)點電壓法一、概述 節(jié)點電壓法也簡稱為節(jié)點法，它是由基爾霍夫電流定律演變而來的，對于分析具有兩個節(jié)點的多支路的電路

9、，尤為方便。大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)用計算機(jī)輔助分析時，節(jié)點法是一種基本的方法。 以節(jié)點電壓為未知量，寫出節(jié)點方程，從而解得節(jié)點電壓，然后求出支路電流，這種分析方法叫節(jié)點電壓法。任務(wù)四 節(jié)點電壓法二、什么是節(jié)點電壓 在具有n個節(jié)點的電路中，可以選其中一個節(jié)點作為基準(zhǔn)，其余(n-1)個節(jié)點相對基準(zhǔn)節(jié)點的電壓，稱為節(jié)點電壓。如圖：如圖：各支路電流的參考方向標(biāo)在圖上，根據(jù)KCL寫出：節(jié)點1： 節(jié)點2：根據(jù)歐姆定律和基爾霍夫電壓定律得：圖 節(jié)點電壓法任務(wù)四 節(jié)點電壓法三、節(jié)點方程的建立任務(wù)四 節(jié)點電壓法三、節(jié)點方程的建立將支路電流代人節(jié)點方程并整理得 節(jié)點1 節(jié)點2 寫成一般形式其中：節(jié)點1的自導(dǎo)節(jié)點2的自導(dǎo)分別

10、為聯(lián)到節(jié)點1、2的所有電導(dǎo)之和節(jié)點1和節(jié)點2的互導(dǎo)，等于兩節(jié)點問的公共電導(dǎo)并取負(fù)號。 分別表示電流源流人節(jié)點1或2的電流。當(dāng)電流源指向節(jié)點時前面取正號。任務(wù)四 節(jié)點電壓法四、節(jié)點電壓法解題步驟 1選定電路中任一節(jié)點為參考節(jié)點，用接地符號表示。標(biāo)出各節(jié)點電壓，其參考方向總是獨立節(jié)點為“+ ”，參考節(jié)點為“ ” 。 2用觀察法列出(n-1)個節(jié)點方程。應(yīng)注意自導(dǎo)總是正的，互導(dǎo)總是負(fù)的。 3. 聯(lián)接到本節(jié)點的電流源，當(dāng)其電流指向節(jié)點時前面取正號，反之取負(fù)號。 4求解節(jié)點方程，得到各節(jié)點電壓。 5選定支路電流和支路電壓的參考方向，計算各支路電流和支路電壓。 例1 用節(jié)點電壓法求如圖所示電路中各電阻支路

11、電流。 解：用接地符號標(biāo)出參考節(jié)點，標(biāo)出兩個節(jié)點電壓u1和u2 的參考方向，如圖所示。用觀察法列出節(jié)點方程： 任務(wù)四 節(jié)點電壓法 整理得到： 解得各節(jié)點電壓為： 選定各電阻支路電流參考方向如圖所示，可求得任務(wù)四 節(jié)點電壓法 解：選節(jié)點4為參考點，使出現(xiàn)電壓源跨接于節(jié)點間的情況。 在這種情況下，三個節(jié)點電壓均屬未知，故必須對這三個節(jié)點都列方程，得： 其中 為電壓源支路的電流，注意不要忽略。因為節(jié)點方程實質(zhì)上就是KCL方程，所有與該節(jié)點有關(guān)的電流都必須計算在內(nèi)。在一般情況下， 可理解為流人節(jié)點的所有已知的電流源電流以及未知的電壓源電流的代數(shù)和。 是未知量，求解出四個未知量 和 必須再增添 一個方程

12、式，這就是 。 例2 電路如圖2-15所示，試列出節(jié)點方程。任務(wù)四 節(jié)點電壓法任務(wù)五 疊加定理一、概述 在對線性電路進(jìn)行分析、計算時，若電路中同時存在多個電源，一般而言，其求解過程是較為繁雜的。疊加定理的應(yīng)用，除可化簡電路的計算過程，也將使我們對電路的性質(zhì)有進(jìn)一步的理解。 疊加定理：在多個電源同時作用的線性電路中，任何支路的電流或任意兩點間的電壓，都是各個電源單獨作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。 將 看作由兩部分組成：第一部分 ，視為 為零(即開路)、 單獨作用于電路時在 上的響應(yīng)；第二部分 ，視為 為零(即短路)， 單獨作用于電路時在 上的響應(yīng)。 由此可以看出：兩個獨立電源( )共同作用所產(chǎn)生的響應(yīng)

13、(電流，電壓)，等于各獨立電源單獨作用時所產(chǎn)生的響應(yīng)的疊加。 如圖：應(yīng)用節(jié)點法，求出電阻 上的電壓為 定理的引出：任務(wù)五 疊加定理任務(wù)五 疊加定理 (1)疊加定理僅僅適用于線性電路，不適用于非線性電路。 (2)當(dāng)各電源單獨作用時，其余暫時不作用的電源處理方法：電壓源置零，以短路代替；電流源置零，以開路代替；電路中所有電阻不予變動。 (3)注意疊加時的方向。 (4)疊加定理只能用來計算線性電路中的電壓或電流，而不能直接用來計算功率。二、應(yīng)用疊加定理時的注意事項解： 畫出獨立電壓源uS和獨立電流源iS單獨作用的電路，如圖(b)和(c)所示。由此分別求得u和u”,然后根據(jù)疊加定理將u和u”相加得到電

14、壓u 例5-1 用疊加定理求下圖電路中電壓u 任務(wù)五 疊加定理 例5-2 如圖例5-2的電路圖 (1)用疊加定理求電阻 上電流 ； (2)若 由1A增為3A，求 。 (3)若 均增為原來的3倍，則 為原來的幾倍? 解： (1)電路由兩個電源( )共同作用。 先考慮 單獨作用：此時，電壓源以短路代替，其等效電路如圖2-17(b)所示，得：任務(wù)五 疊加定理任務(wù)五 疊加定理 再考慮 單獨作用：此時，電流源以開路代替，其等效電路如圖 (c)所示，得因而，電阻 上的電流為任務(wù)五 疊加定理 (2)當(dāng) 由1 A增為3 A時，相當(dāng)于在原來的 上再并了一個與原來方向相同的電流源 。依疊加定理， 就是這個 單獨作

15、用時所產(chǎn)生的電流。據(jù)此，將圖(b)中的 改為， 即可求得 任務(wù)五 疊加定理 (3)當(dāng) 增為3倍時， 增為 當(dāng) 增為3倍時， 增為 因而 增為 即：當(dāng) 均增為原來的3倍時， 也增為原來的3倍。 一、二端網(wǎng)絡(luò) 如果網(wǎng)絡(luò)具有兩個引出端鈕與其他電路連接, 不管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何都叫做二端網(wǎng)絡(luò)。又叫做一端口網(wǎng)絡(luò)。如圖所示電路都是二端網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)六 戴維南定理任務(wù)六 戴維南定理 二、戴維南定理 一無源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個電阻, 那么有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路又是什么呢?下面來看一個具體電路。在如圖所示的電路中, 現(xiàn)求R上的電流大小。先把R以外的網(wǎng)絡(luò)用電源等效變換的方法加以化簡, 步驟如圖(b), (c), (d)

16、所示。 用戴維南定理計算所示電路的等效電路的過程如下圖所示。由(c)圖求得開路電壓求等效電阻R0 所以一個有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用等效電壓源電路等效。 戴維南定理： 含獨立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N，就端口特性而言，可以等效為一個電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)圖(a)。電壓源的電壓等于單口網(wǎng)絡(luò)在負(fù)載開路時的電壓 ；電阻 是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨立電源為零值時所得單口網(wǎng)絡(luò) 的等效電阻 圖(b)。 任務(wù)六 戴維南定理任務(wù)六 戴維南定理 上述電壓源和電阻的串聯(lián)組合，常稱之為戴維南等效電路，等效電路中的電阻稱之為戴維南等效電阻。例61 求圖6-1(a)所示單口網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路。 解：在單口網(wǎng)絡(luò)的端口上標(biāo)明開路電壓u

17、oc的參考方向， 注意到i=0，可求得 圖61三、戴維南定理的應(yīng)用任務(wù)六 戴維南定理 將單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)1V電壓源用短路代替，2A電流源用開路代替，得到圖(b)電路，由此求得 根據(jù)uoc的參考方向，即可畫出戴維寧等效電路，如圖(c)所示。 圖61任務(wù)六 戴維南定理任務(wù)六 戴維南定理例6-2 試用戴維南定理求解如圖（a)中 的電壓。 解：首先將所求支路( )斷開并移去，則原電路成為一含源單口網(wǎng)絡(luò)，如圖(b)所示。 其次，求出該含源單口網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路： 開路電壓為: 戴維南等效電阻為:任務(wù)六 戴維南定理 依據(jù)所求 ，畫出戴維南等效電路，再將 接至該電路上，如圖(c)所示，得 應(yīng)用戴維南定理分析電路

18、應(yīng)注意以下三個方面的問題： (1) 定理中所說的獨立源“置零”的概念與疊加定理中的置零含義完全相同。 (2) 計算開路電壓uoc可用已學(xué)過的任何方法。 (3) 等效電阻R0的計算，通常有下面三種方法： 其一，電源置零法： 對于不含受控源的二端網(wǎng)絡(luò)，將獨立電源置零后，可以用電阻的串并聯(lián)等效方法計算； 其二，開路短路法：即求出網(wǎng)絡(luò)開路電壓uoc后， 將網(wǎng)絡(luò)端口短路， 再計算短路電流isc，則等效電阻0= uoc/isc （ 應(yīng)當(dāng)注意的是，這種方法當(dāng)isc=0時不能使用）； 其三，外加電源法： 即將網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源置零后， 在網(wǎng)絡(luò)端口加電壓源us（或電流源is），求出電壓源輸出給網(wǎng)絡(luò)的電流i（或電

19、流源的端電壓u），則 R0=us/i（或R 0=u/is）。 一般情況下，無論網(wǎng)絡(luò)是否有受控源均可用后兩種方法。任務(wù)六 戴維南定理例 6-3 計算圖所示電路中通過二極管的電流。 任務(wù)六 戴維南定理 解：二極管具有單向?qū)щ娦裕?若B點電位高于A點， 二極管導(dǎo)通， 其導(dǎo)通電壓降很小，幾乎為零； 若A點電位高于B點， 二極管截止， 通過電流很小，幾乎為零。 圖 (a)是電子線路中常用的節(jié)點電位表示電路的習(xí)慣畫法， 應(yīng)用戴維南定理分析該電路， 從A、B間斷開二極管后的電路如圖（b）所示。 任務(wù)六 戴維南定理 uoc=vA-vB=14.4-12=2.4 V 等效電阻R0為 由計算知，A點電位高于B點電位， 因此，二極管通過的電流為零。任務(wù)六 戴維南定理任務(wù)七 最大功率傳輸定理一、引言 在電子、信息等設(shè)備中，常常遇到這樣一個問題：電阻負(fù)載如何從電路獲得最大功率？這類問題可以抽象為圖(a)所示的電