《電工基礎(chǔ)》(勞動(dòng)第五版)課件-第三章

§3—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1編輯ppt1.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。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。§3—1基爾霍夫定律不能用電阻串、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3編輯ppt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。4編輯ppt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)來說,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5編輯ppt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。6編輯ppt【例】圖示電路中,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7編輯ppt【例】電路如圖所示,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,沒有構(gòu)成回路的單支路電流為零。8編輯ppt基爾霍夫第一定律可以推廣應(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)9編輯ppt【例】下圖所示電路中,若電流IA=1A,IB=-5A,ICA=2A,求電流IC、IAB和IBC。解:由可得10編輯ppt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11編輯ppt基爾霍夫第二定律的另一種表示形式: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。12編輯ppt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)。13編輯ppt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14編輯ppt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。15編輯ppt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。16編輯ppt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17編輯ppt1.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19編輯ppt二、電流源通常把內(nèi)阻無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20編輯ppt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21編輯ppt【例】將圖a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。22編輯ppt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。23編輯ppt【例】電路如圖a所示,用電源變換的方法求R3支路的電流。24編輯ppt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)25編輯ppt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26編輯ppt1.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28編輯ppt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),否則就稱為無源二端網(wǎng)絡(luò)。有源二端網(wǎng)絡(luò)無源二端網(wǎng)絡(luò)29編輯ppt利用戴維南定理求解的步驟如下:30編輯ppt1.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。31編輯ppt【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上通過的電流。32編輯ppt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33編輯ppt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。34編輯ppt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)變換而來的等效電壓源。35編輯ppt【例】圖a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)。36編輯ppt(3)R2=r0=5Ω時(shí),R2可獲得最大功率(圖d)。37編輯ppt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。38編輯ppt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39編輯ppt1.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。41編輯ppt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。42編輯ppt(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。43編輯ppt(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。44編輯ppt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(n-1)個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)電流方程和[m-(n-1)]個(gè)獨(dú)立回路電壓方程。45編輯ppt4.電壓源與電流源的外特性相同時(shí),對(duì)外電路來說,這兩個(gè)電源是等效的。電壓源變換為電流源:,內(nèi)阻r

阻值不變,但要將其改為并聯(lián)。電流源變換為電壓源:,內(nèi)阻r