電子課件-《電工基礎(chǔ)(第五版)》-第三章

電子課件-《電工基礎(chǔ)(第五版)》-第三章第一頁(yè)，共48頁(yè)?！?—1基爾霍夫定律§3—2電壓源與電流源的等效變換§3—3戴維南定理§3—4疊加原理第二頁(yè)，共48頁(yè)。1.了解復(fù)雜電路和簡(jiǎn)單電路的區(qū)別，了解復(fù)雜電路的基本術(shù)語(yǔ)。2.掌握基爾霍夫第一定律的內(nèi)容，并了解其應(yīng)用。3.掌握基爾霍夫第二定律的內(nèi)容，并了解其應(yīng)用?！?—1基爾霍夫定律第三頁(yè)，共48頁(yè)。不能用電阻串、并聯(lián)化簡(jiǎn)求解的電路稱為復(fù)雜電路。節(jié)點(diǎn)

3條或3條以上連接有電氣元件的導(dǎo)線的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。一、復(fù)雜電路的基本概念圖3—1復(fù)雜電路示例第四頁(yè)，共48頁(yè)。支路電路中相鄰節(jié)點(diǎn)間的分支稱為支路。它由一個(gè)或幾個(gè)相互串聯(lián)的電氣元件所構(gòu)成，且每條支路中除了兩個(gè)端點(diǎn)外不再有其他節(jié)點(diǎn)。其中含有電源的支路稱為有源支路，不含電源的支路稱為無(wú)源支路。回路和網(wǎng)孔電路中任一閉合路徑都稱為回路。一個(gè)回路可能只含一條支路，也可能包含幾條支路。其中，在電路圖中不被其他支路所分割的最簡(jiǎn)單的回路又稱獨(dú)立回路或網(wǎng)孔。網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。復(fù)雜直流電路第五頁(yè)，共48頁(yè)。基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律。它指出:在任一瞬間，流進(jìn)某一節(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，即對(duì)任一節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，流入(或流出)該節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。二、基爾霍夫第一定律流入總電流=流出總電流流入總水量=流出總水量基爾霍夫第一定律第六頁(yè)，共48頁(yè)。在應(yīng)用基爾霍夫第一定律求解未知電流時(shí)，可先任意假設(shè)支路電流的參考方向，列出節(jié)點(diǎn)電流方程。通?？蓪⒘鬟M(jìn)節(jié)點(diǎn)的電流取正，流出節(jié)點(diǎn)的電流取負(fù)，再根據(jù)計(jì)算值的正負(fù)來(lái)確定未知電流的實(shí)際方向。有些支路的電流可能是負(fù)的，這是由于所假設(shè)的電流方向與實(shí)際方向相反。基爾霍夫第一定律及其應(yīng)用第七頁(yè)，共48頁(yè)?！纠繄D示電路中，I1=2A，I2=-3A，I3=-2A，求電流I4。解:由基爾霍夫第一定律可知代入已知值可得第八頁(yè)，共48頁(yè)?！纠侩娐啡鐖D所示，求電流I3。解:對(duì)A節(jié)點(diǎn)因?yàn)镮1=I2，所以I3=0。同理，對(duì)B節(jié)點(diǎn)因?yàn)镮4=I5，也得I3=0。由此可知，沒(méi)有構(gòu)成回路的單支路電流為零。第九頁(yè)，共48頁(yè)?；鶢柣舴虻谝欢煽梢酝茝V應(yīng)用于任一假設(shè)的閉合面(廣義節(jié)點(diǎn))。

或流入此閉合面的電流恒等于流出該閉合面的電流。廣義節(jié)點(diǎn)第十頁(yè)，共48頁(yè)?！纠肯聢D所示電路中，若電流IA=1A，IB=-5A，ICA=2A，求電流IC、IAB和IBC。解:由可得第十一頁(yè)，共48頁(yè)。三、基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律又稱回路電壓定律。它指出:在任一回路中，各段電路電壓降的代數(shù)和恒等于零。用公式表示為電源電動(dòng)勢(shì)之和=電路電壓降之和

攀登總高度=下降總高度基爾霍夫第二定律第十二頁(yè)，共48頁(yè)?；鶢柣舴虻诙傻牧硪环N表示形式:在任一回路循環(huán)方向上，回路中電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和恒等于電阻上電壓降的代數(shù)和?；鶢柣舴虻诙傻谑?yè)，共48頁(yè)。在用式ΣU=0時(shí)，凡電流的參考方向與回路循環(huán)方向一致者，該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓降取正，反之取負(fù)。電動(dòng)勢(shì)也作為電壓來(lái)處理，即從電源的正極到負(fù)極電壓取正，反之取負(fù)。在用式ΣE=ΣIR時(shí)，電阻上電壓的規(guī)定與用式ΣU=0時(shí)相同，而電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)號(hào)則恰好相反，也就是當(dāng)循環(huán)方向與電動(dòng)勢(shì)的方向(即由電源負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部指向正極)一致時(shí)，該電動(dòng)勢(shì)取正，反之取負(fù)。第十四頁(yè)，共48頁(yè)。四、支路電流法【例】下圖所示電路，E1=18V，E2=9V，R1=R2=1Ω，R3=4Ω，求各支路電流。解:(1)標(biāo)出各支路電流參考方向和獨(dú)立回路的循環(huán)方向，應(yīng)用基爾霍夫第一定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程(2)應(yīng)用基爾霍夫第二定律列出回路電壓方程對(duì)于回路1有對(duì)于回路2有第十五頁(yè)，共48頁(yè)。整理得聯(lián)立方程(3)解聯(lián)立方程得電流方向都和假設(shè)方向相同。第十六頁(yè)，共48頁(yè)。這種以支路電流為未知量，依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解的方法稱為支路電流法。支路電流參考方向和獨(dú)立回路循環(huán)方向可以任意假設(shè)，繞行方向一般取與電動(dòng)勢(shì)方向一致，對(duì)具有兩個(gè)以上電動(dòng)勢(shì)的回路，則取較大電動(dòng)勢(shì)的為循環(huán)方向。第十七頁(yè)，共48頁(yè)。在上例電路中，雖然有三條支路，但只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，求解這一類電路時(shí)，可以先求出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的電壓，然后再求各支路電流。節(jié)點(diǎn)電壓法第十八頁(yè)，共48頁(yè)。1.理解電壓源和電流源的特點(diǎn)。2.能正確進(jìn)行電壓源和電流源之間的等效變換?！?—2電壓源與電流源的等效變換第十九頁(yè)，共48頁(yè)。通常把內(nèi)阻為零的電源稱為理想電壓源，又稱恒壓源，其符號(hào)如圖所示。理想電壓源在實(shí)際中并不存在，電源都會(huì)有一定的內(nèi)阻，在分析電路時(shí)，可以把一個(gè)實(shí)際電源用一個(gè)恒壓源和內(nèi)阻串聯(lián)表示，稱為電壓源模型，簡(jiǎn)稱電壓源。一、電壓源理想電壓源(恒壓源)電壓源模型第二十頁(yè)，共48頁(yè)。二、電流源通常把內(nèi)阻無(wú)窮大的電源稱為理想電流源，又稱恒流源。實(shí)際中理想電流源并不存在，在分析電路時(shí)，可以把一個(gè)實(shí)際電源用一個(gè)恒流源和內(nèi)阻并聯(lián)表示，稱為電流源模型，簡(jiǎn)稱電流源。理想電流源(恒流源)電流源模型第二十一頁(yè)，共48頁(yè)。三、電壓源與電流源的等效變換同一電源的兩種電源模型應(yīng)對(duì)外等效，那么它們對(duì)相同的電阻R應(yīng)產(chǎn)生相同的作用效果，即負(fù)載電阻應(yīng)得到相同的電壓U

和電流IL，并且電源的內(nèi)阻r也應(yīng)相等。電壓源與電流源的等效變換第二十二頁(yè)，共48頁(yè)?！纠繉Da中的電壓源轉(zhuǎn)換為電流源，將圖b中的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源。第二十三頁(yè)，共48頁(yè)。電壓源與電流源等效變換時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1.電壓源正負(fù)極參考方向與電流源電流的參考方向在變換前后應(yīng)保持一致。2.兩種實(shí)際電源等效變換是指外部等效，對(duì)外部電路各部分的計(jì)算是等效的，但對(duì)電源內(nèi)部的計(jì)算是不等效的。3.理想電壓源與理想電流源不能進(jìn)行等效變換。電壓源與電流源的等效變換第二十四頁(yè)，共48頁(yè)?！纠侩娐啡鐖Da所示，用電源變換的方法求R3支路的電流。第二十五頁(yè)，共48頁(yè)。受控源前面所討論的電源都是獨(dú)立電源，簡(jiǎn)稱獨(dú)立源，獨(dú)立源所提供的電壓或電流都是由電源本身決定的，與電源之外的其他電路無(wú)關(guān)，而受控源的電壓或電流則要受其他電路的電壓或電流的控制。為了與獨(dú)立源相區(qū)別，受控源的圖形符號(hào)用菱形表示。受控電壓源受控電流源受控源的圖形符號(hào)第二十六頁(yè)，共48頁(yè)。受控源是一種四端元件，一對(duì)是輸入端，另一對(duì)是輸出端，輸出受輸入的控制。因此，輸入量稱為控制量，輸出量稱為受控量。根據(jù)控制量是電壓還是電流，受控源是電壓源還是電流源，受控源可分為四種類型:電壓控制電壓源(VCVS);電壓控制電流源(VCCS);電流控制電壓源(CCVS);電流控制電流源(CCCS)。晶體三極管及其等效的受控源模型第二十七頁(yè)，共48頁(yè)。1.理解戴維南定理，并能應(yīng)用于分析計(jì)算電路。2.理解負(fù)載獲得最大功率的條件和功率匹配的概念?！?—3戴維南定理第二十八頁(yè)，共48頁(yè)。一、戴維南定理如果一個(gè)復(fù)雜電路，并不需要求所有支路的電流，而只要求某一支路的電流，在這種情況下，可以先把待求支路移開，而把其余部分等效為一個(gè)電壓源，這樣計(jì)算就很簡(jiǎn)便了。戴維南定理所給出的正是這種方法，所以戴維南定理又稱等效電壓源定理。這種等效電壓源電路也稱戴維南等效電路。等效電路第二十九頁(yè)，共48頁(yè)。任何具有兩個(gè)引出端的電路(也稱網(wǎng)絡(luò))都可稱為二端網(wǎng)絡(luò)。若在這部分電路中含有電源，就稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)，否則就稱為無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)。有源二端網(wǎng)絡(luò)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)第三十頁(yè)，共48頁(yè)。利用戴維南定理求解的步驟如下:第三十一頁(yè)，共48頁(yè)。1.戴維南定理只適用于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，若有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有非線性電阻，則不能應(yīng)用戴維南定理。2.在畫等效電路時(shí)電壓源參考方向應(yīng)與選定的有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓參考方向一致。第三十二頁(yè)，共48頁(yè)。【例】電橋電路如圖a所示，已知R1=10Ω，R2=2.5Ω，R3=5Ω，R4=20Ω，E=12.5V(內(nèi)阻不計(jì))，R5=69Ω，求電阻R5上通過(guò)的電流。第三十三頁(yè)，共48頁(yè)。解:(1)先移開R5支路，求開路電壓UAB，如圖b所示。(2)再求等效電阻RAB(注意要將電源除去，視為短路)，如圖c所示。(3)畫出等效電路，并將R5接入，如圖d所示，則第三十四頁(yè)，共48頁(yè)。二、電源向負(fù)載輸出的功率負(fù)載獲得最大功率的條件是:負(fù)載電阻與電源的內(nèi)阻相等，即R=r，這時(shí)負(fù)載獲得的最大功率為由于負(fù)載獲得最大功率也就是電源輸出最大功率，因而這一條件也是電源輸出最大功率的條件。第三十五頁(yè)，共48頁(yè)。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均為恒定時(shí)，負(fù)載功率P

隨負(fù)載電阻R變化的關(guān)系曲線如圖所示。負(fù)載獲得最大功率的條件結(jié)論并不僅限于實(shí)際電源，它同樣適用于有源二端網(wǎng)絡(luò)變換而來(lái)的等效電壓源。第三十六頁(yè)，共48頁(yè)?！纠繄Da所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E=6V，內(nèi)阻r=10Ω，電阻R1=10Ω，要使R2獲得最大功率，R2的阻值應(yīng)為多大?這時(shí)R2獲得的功率是多少?解:(1)移開R2支路，將左邊電路看成有源二端網(wǎng)絡(luò)(圖b)。(2)將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效變換成電壓源(圖c)。第三十七頁(yè)，共48頁(yè)。(3)R2=r0=5Ω時(shí)，R2可獲得最大功率(圖d)。第三十八頁(yè)，共48頁(yè)。當(dāng)負(fù)載電阻與電源內(nèi)阻相等時(shí)，稱為負(fù)載與電源匹配。這時(shí)負(fù)載上和電源內(nèi)阻上消耗的功率相等，電源的效率即負(fù)載功率與電源輸出總功率之比只有50%。在電子電路中，因?yàn)樾盘?hào)一般很弱，常要求從信號(hào)源獲得最大功率，因而必須滿足匹配條件。第三十九頁(yè)，共48頁(yè)。在負(fù)載電阻與信號(hào)源內(nèi)阻不等的情況下，為了實(shí)現(xiàn)匹配，往往要在負(fù)載之前接入變換器。未接變換器前輸出功率小接入變換器后輸出功率大變換器的作用第四十頁(yè)，共48頁(yè)。1.了解疊加原理的內(nèi)容和適用條件。2.能正確使用疊加原理分析計(jì)算電路?！?—4疊加原理第四十一頁(yè)，共48頁(yè)。實(shí)際電路設(shè)E1單獨(dú)作用設(shè)E2單獨(dú)作用疊加原理解含有幾個(gè)獨(dú)立源的復(fù)雜電路時(shí)，可將其分解為幾個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用的簡(jiǎn)單電路來(lái)研究，然后將計(jì)算結(jié)果疊加，求得原電路的實(shí)際電流、電壓，這一原理稱為疊加原理。第四十二頁(yè)，共48頁(yè)。應(yīng)用疊加原理解題步驟如下:計(jì)算功率不能采用疊加原理直接疊加。第四十三頁(yè)，共48頁(yè)。(1)疊加原理只適用于線性電路。(2)計(jì)算某一獨(dú)立電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的電流(或電壓)時(shí)，應(yīng)將電路中其他獨(dú)立恒壓源視為短路(即令US=0)，其他獨(dú)立恒流源視為開路(即令I(lǐng)S=0)，所有獨(dú)立源的內(nèi)阻都應(yīng)保留不變。第四十四頁(yè)，共48頁(yè)。(3)在進(jìn)行疊加時(shí)，要注意各個(gè)分量在電路圖中所標(biāo)出的參考方向，若所求分量的參考方向與圖中總量的參考方向一致，疊加時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。(4)疊加原理只能用來(lái)計(jì)算線性電路中的電流或電壓，但功率P不能用疊加原理計(jì)算，因?yàn)楣β逝c電流(或電壓)之間不是線性關(guān)系。第四十五頁(yè)，共48頁(yè)。本章小結(jié)1.基爾霍夫第一定律，反映了節(jié)點(diǎn)上各支路電流之間的關(guān)系。其表達(dá)式為:ΣI進(jìn)=ΣI出。2.基爾霍夫第二定律，反映了回路中各元件電壓之間的關(guān)系。其表達(dá)式為:ΣE=ΣIR。3.支路電流法是以支路電流為未知量，依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程，然后聯(lián)立方程，

求出各支路電流。如果電路有m條支路、n

個(gè)節(jié)點(diǎn)，

即可列出(