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文檔簡介
第一章認(rèn)識電路(基礎(chǔ)知識)1.1
電路和電路模型1.2
電路中的主要物理量1.3
電路的基本元件1.4
基爾霍夫定律1.6
簡單電阻電路的分析方法1.5
基爾霍夫定律編輯版pppt本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義;2.理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用;3.了解電路的有載工作、開路與短路狀態(tài),理解電功率和額定值的意義;4.會計算電路中各點(diǎn)的電位。第1章電路的基礎(chǔ)知識編輯版pppt1.1
電路和電路模型
(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用電路是電流的通路,是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。
發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線編輯版pppt2.電路的組成部分電源:
提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié):傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線編輯版pppt直流電源直流電源:
提供能源信號處理:放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號源:
提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒電源或信號源的電壓或電流稱為激勵,它推動電路工作;由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。編輯版pppt手電筒的電路模型為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實際電路模型化,用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件,從而構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。例:手電筒R+RoE–S+U–I電池導(dǎo)線燈泡開關(guān)手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。3.電路模型編輯版pppt手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導(dǎo)線燈泡開關(guān)電池是電源元件,其參數(shù)為電動勢E和內(nèi)阻Ro;
燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì),是電阻元件,其參數(shù)為電阻R;
筒體用來連接電池和燈泡,其電阻忽略不計,認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。
開關(guān)用來控制電路的通斷。今后分析的都是指電路模型,簡稱電路。在電路圖中,各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。編輯版pppt1.2
電路中的主要物理量物理中對基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量的實際方向物理量實際方向電流I正電荷運(yùn)動的方向電動勢E
(電位升高的方向)
電壓U(電位降低的方向)高電位
低電位
單位kA、A、mA、μA低電位
高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV編輯版pppt(2)參考方向的表示方法電流:Uab
雙下標(biāo)電壓:
(1)參考方向IE+_在分析與計算電路時,對電量任意假定的方向。Iab
雙下標(biāo)2.電路基本物理量的參考方向aRb箭標(biāo)abRI正負(fù)極性+–abU
U+_編輯版pppt實際方向與參考方向一致,電流(或電壓)值為正值;實際方向與參考方向相反,電流(或電壓)值為負(fù)值。(3)
實際方向與參考方向的關(guān)系注意:在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。若I=5A,則電流從a流向b;例:若I=–5A,則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V,則電壓的實際方向從a指向b;若U=–5V,則電壓的實際方向從b指向a。編輯版pppt
電路的基本元素是元件,電路元件是實際器件的理想化物理模型,應(yīng)有嚴(yán)格的定義。電路中研究的全部為集總元件。電路元件的端子數(shù)目可分為二端、三端、四端元件等。最基本的幾個元件:電阻(元件)電容(元件)電感(元件)電源(元件)1.3電路的基本元件編輯版pppt實際電阻元件
感性認(rèn)識電阻元件編輯版pppt線性電阻-電路研究的模型1.
符號R2.
歐姆定律(Ohm’sLaw)(1)電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+u
RiR稱為電阻,電阻的單位:
(歐)(Ohm,歐姆)一.
電阻元件編輯版pppt
伏安特性曲線:
Rtg
線性電阻R是一個與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。令G
1/RG稱為電導(dǎo)則歐姆定律表示為
i
Gu.電導(dǎo)的單位:S(西)(Siemens,西門子)
uiO電阻元件的伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線編輯版ppptRiu+–3.開路與短路對于一電阻R當(dāng)R=0,視其為短路。
i為有限值時,u=0。當(dāng)R=
,視其為開路。
u為有限值時,i=0。*理想導(dǎo)線的電阻值為零。4.電阻的功率和能量由電功率的定義及歐姆定律可知,電阻吸收的功率和能量編輯版pppt電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。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)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的概念:線性電阻的伏安特性是一條過原點(diǎn)的直線。編輯版pppt實際電容元件感性認(rèn)識電容元件編輯版pppt線性電容-電路研究的模型任何時刻,電容元件極板上的電荷q與電流u成正比。2、電路符號1、電容CC或i+uC-+uC-i二.
電容元件編輯版pppt與電容有關(guān)兩個變量:C,q對于線性電容,有:
q=Cu
3.元件特性C
稱為電容器的電容電容C的單位:F(法)(Farad,法拉)
F=C/V=A?s/V=s/常用
F,nF,pF等表示。Ciu+–+–編輯版pppt4、庫伏特性:線性電容的q~u
特性是過原點(diǎn)的直線
tg
5、電壓、電流關(guān)系:u,i
取關(guān)聯(lián)參考方向Ciu+–+–或
quO動態(tài)特性記憶特性編輯版pppt6、電容元件的功率和能量在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下,電容元件吸收的功率為到
t從t-
-時間內(nèi),電容元件吸收的電能為則電容在任何時刻t所儲存的電場能量WC將等于其所吸收的能量。編輯版pppt由此可以看出,電容是無源元件,它本身不消耗能量。從t0到t
電容儲能的變化量:7、小結(jié):(1)i的大小與u
的變化率成正比,與u的大小無關(guān);(3)電容元件是一種記憶元件;(2)電容在直流電路中相當(dāng)于開路,有隔直作用;(4)當(dāng)u,i為關(guān)聯(lián)方向時,i=Cdu/dt;
u,i為非關(guān)聯(lián)方向時,i=
–Cdu/dt。動態(tài)記憶(5)C
既表示元件,也表示參數(shù)編輯版pppt圖(a)所示電容元件,已知電流的波形如圖(b)所示,設(shè)C=5μF,電容電壓的初始值u(0)=0,試求電容兩端的電壓u。
解由圖(b)可知電流分段表示為又因為,根據(jù)記憶特性公式可得電容兩端的電壓為
電容電壓的波形如圖(c)所示。
例12t/su/V0400(c)t/s10i/mA2(b)Ci+u
-(a)編輯版pppt其他電容-全面認(rèn)識電容元件1、電磁特性實質(zhì):電容是儲存電場能量或儲存電荷能力的度量。電容元件是用來模擬一類能夠儲存電場能量的理想元件模型。2、分類1:線性時變、線性時不變;非線性時變、非線性時不變。3、分類2:二端子、三端子、多端子。4、電容效應(yīng)——與萬有引力相似,任意兩個物體之間均有電容特性,常見如晶體管中三極管管腳之間的電容。5、實際電容——電容器:集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標(biāo)的設(shè)備。電容器結(jié)構(gòu)++++––––+q–q++++----兩個極板+介質(zhì)實際電容器制作的材料和結(jié)構(gòu)不盡相同,通常有云母電容器、陶瓷電容器、鉭質(zhì)電容器、聚碳酸酯電容器等等。編輯版pppt線性電感-電路研究的模型Li+–u變量:電流i
,
磁鏈
1、線性定常電感元件符號與參數(shù)L
稱為自感系數(shù)L的單位:亨(利)符號:H(Henry)2、韋安(
~i)特性
i
0
tg
三.
電感元件編輯版pppt3、電壓、電流關(guān)系:由電磁感應(yīng)定律與楞次定律i,
右螺旋e,右螺旋u,e
一致u,i
關(guān)聯(lián)
i+–u–+eLi+–uVCR常用VCR次常用動態(tài)記憶很少用編輯版pppt4、電感的儲能也是無損元件L是無源元件編輯版pppt(1)u的大小與i
的變化率成正比,與i的大小無關(guān);(3)電感元件是一種記憶元件;(2)電感在直流電路中相當(dāng)于短路;(4)當(dāng)u,i為關(guān)聯(lián)方向時,u=Ldi/dt;
u,i為非關(guān)聯(lián)方向時,u=–Ldi/dt。5
、小結(jié):(5)L既表示元件,也表示參數(shù)動態(tài)記憶編輯版pppt其他電感-全面認(rèn)識電感元件1、電磁特性實質(zhì):導(dǎo)體中有電流流過時,導(dǎo)體周圍將產(chǎn)生磁場。變化的磁場可以使置于磁場中的導(dǎo)體產(chǎn)生電壓,這個電壓的大小與產(chǎn)生磁場的電流隨時間的變化率成正比。這里所討論的電感元件就是用來模擬實際電磁器件的理想元件。2、分類1:線性時變、線性時不變;非線性時變、非線性時不變。3、分類2:二端子、三端子、多端子。4、電感效應(yīng)——與萬有引力相似,任意兩個物體之間均有電感特性,常見如同軸電纜有重要參數(shù)就是其電感,長距離傳輸線之間的電感等。5、實際電感——電感器:集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標(biāo)的設(shè)備。更多的是理想電感元件與電阻的組合,因而不可能是無損元件。實際電感線圈
結(jié)構(gòu):由具有絕緣外包線繞制成有心或空心的線圈構(gòu)成編輯版pppt感性認(rèn)識電源1、任何實際電路正常工作必須要有提供能量的電源。2、實際電源多種多樣,圖給出了幾種實際電源的圖片。如手電筒和收音機(jī)上用的干電池和計算器中用的紐扣電池圖(a),實驗室中用的穩(wěn)壓電源圖(b)。還有其它種類的電源,如機(jī)動車上用的蓄電池和人造衛(wèi)星上用的太陽能電池,工程上使用的直流發(fā)電機(jī),交流發(fā)電機(jī)等等。
實際電源
(a)電池(b)穩(wěn)壓電源編輯版pppt規(guī)定:電源兩端電壓為uS,其值與流過它的電流i
無關(guān)。(2)特點(diǎn):(a)
電源兩端電壓由電源本身決定,與外電路無關(guān);(b)
通過它的電流是任意的,由外電路決定。直流:uS為常數(shù)交流:uS是確定的時間函數(shù),如uS=Umsint(1)電路符號uS+_i四.
電壓源編輯版pppt(3).伏安特性US(a)
若uS=US,即直流電源,則其伏安特性為平行于電流軸的直線,反映電壓與電源中的電流無關(guān)。
(b)
若uS為變化的電源,則某一時刻的伏安關(guān)系也是這樣。電壓為零的電壓源,伏安曲線與i軸重合,相當(dāng)于短路元件。uS+_iu+_uiO編輯版pppt(4).理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R(a)
開路:R
,i=0,u=uS。(b)
短路:R=0,i
,理想電源出現(xiàn)病態(tài),因此理想電壓源不允許短路。*實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小,若短路,電流很大,可能燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=US–ri實際電壓源編輯版pppt(5).功率:或p吸=uSip發(fā)=–uSi
(i,uS關(guān)聯(lián))電場力做功,吸收功率。
電流(正電荷)由低電位向高電位移動外力克服電場力作功發(fā)出功率
p發(fā)=uSi
(i,us非關(guān)聯(lián))物理意義:uS+_iu+_uS+_iu+_編輯版pppt獨(dú)立電流源也是一種理想化的電源模型。若一個二端元件不論其電壓為何值(或外部電路如何),其電流始終保持常量Is或給定的時間函數(shù)is(t)的電源稱為獨(dú)立電流源(簡稱電流源)。
電子電路中有該類電路,今后會遇到。五.
電流源編輯版pppt電路分析-理想電流源模型規(guī)定:電源輸出電流為iS,其值與此電源的端電壓u
無關(guān)。(2).特點(diǎn):(a)
電源電流由電源本身決定,與外電路無關(guān);(b)
電源兩端電壓是任意的,由外電路決定。直流:iS為常數(shù)交流:iS是確定的時間函數(shù),如iS=Imsint(1).電路符號iS+_u編輯版pppt(3).伏安特性IS(a)
若iS=IS,即直流電源,則其伏安特性為平行于電壓軸的直線,反映電流與端電壓無關(guān)。
(b)
若iS為變化的電源,則某一時刻的伏安關(guān)系也是這樣
電流為零的電流源,伏安曲線與u軸重合,相當(dāng)于開路元件
uiOiSiu+_編輯版pppt(4).理想電流源的短路與開路R(b)
開路:R,i=iS,u。若強(qiáng)迫斷開電流源回路,電路模型為病態(tài),理想電流源不允許開路。(a)
短路:R=0,i=iS,u=0
,電流源被短路。(5).實際電流源的產(chǎn)生:可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生,有些電子器件輸出具備電流源特性,如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān);光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。iSiu+_編輯版pppt一個高電壓、高內(nèi)阻的電壓源,在外部負(fù)載電阻較小,且負(fù)載變化范圍不大時,可將其等效為電流源。RUS+_iu+_rr=1000,US=1000V,R=1~2
時當(dāng)R=1
時,u=0.999V當(dāng)R=2
時,u=1.999VR將其等效為1A的電流源:當(dāng)R=1
時,u=1V當(dāng)R=2
時,u=2V與上述結(jié)果誤差均很小。1Aiu+_編輯版pppt(6).功率p發(fā)=uisp吸=–uisp吸=uis
p發(fā)=–uisu+_iSu+_iSu,iS關(guān)聯(lián)
u,iS非關(guān)聯(lián)
編輯版pppt解由歐姆定律電流源端電壓為電流源的功率為由上可知,獨(dú)立電流源的端電壓是任意的,與外部電路有關(guān)。作為理想元件其端電壓可為無窮大(電流源開路),這意味著沒有能量的限制。這在實際中也不可能存在。
圖所示電路,已知:Is=0.5A,R=10Ω,Us
=10V。試求電阻端電壓UR及電流源的功率PIS。
例2例1-5圖+UIS-+Us-R+UR
-IsUR=RIs=10×0.5=5(V)
UIS=UR+Us=5+10=15(V)
PIS=-UISIs=-15×0.5=-7.5W(發(fā)出功率)
編輯版pppt電源與負(fù)載的判別U、I參考方向不同,P=UI
0,電源;
P=UI
0,負(fù)載。U、I參考方向相同,P=UI0,負(fù)載;
P=UI
0,電源。
1.
根據(jù)U、I的實際方向判別2.
根據(jù)U、I的參考方向判別電源:
U、I實際方向相反,即電流從“+”端流出,(發(fā)出功率);負(fù)載:
U、I實際方向相同,即電流從“-”端流出。(吸收功率)。編輯版pppt
支路:電路中流過同一電流的幾個元件互相連接起來的分支稱為一條支路。結(jié)點(diǎn):三條或三條以上支路的連接點(diǎn)叫做結(jié)點(diǎn)?;芈罚河芍方M成的閉合路徑稱為回路。網(wǎng)孔:將電路畫在平面圖上,內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。本圖中有?條支路本圖中有3條支路本圖中有?個結(jié)點(diǎn)本圖中有2個結(jié)點(diǎn)本圖中有?個回路本圖中有3個回路本圖中有?個網(wǎng)孔本圖中有2個網(wǎng)孔①②Us1+-R1Us2+-R2Is1.4
基爾霍夫定律一.
支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔編輯版pppt圖中有6個節(jié)點(diǎn)
+abdcef純屬失誤圖中有4個節(jié)點(diǎn)圖中有6條支路圖中有8條支路圖中有3個回路圖中有7個回路你犯了嚴(yán)重錯誤
不好意思又錯了
聰明的腦瓜
OK!
恭喜你!編輯版pppt在任一時刻,流出任一結(jié)點(diǎn)的支路電流之和等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流之和。若規(guī)定流入結(jié)點(diǎn)的電流為正,流出的電流為負(fù),則:(Kirchhoff’sCurrentLaw
)在任一時刻,流出一封閉面的電流之和等于流入該封閉面的電流之和。KCL推廣應(yīng)用把以上三式相加得:封閉面二.基爾霍夫電流定律編輯版pppt①②③例3對節(jié)點(diǎn)①列方程i1+i3-i4=0對節(jié)點(diǎn)②列方程i2+i4+is=0對節(jié)點(diǎn)③列方程-i1-i2-i3-is=0④對封閉面④列方程i1+i2+i3+is=0Us1+-R1Us2+-R2isUs3+-R3R4i1i2i3i4推廣:適用于封閉面編輯版ppptAIBIAICBCIABIBCICAIA
+I(xiàn)B+I(xiàn)C=
0IBICIEIB+I(xiàn)C=
IE滿足三極管電流分配關(guān)系典型:把三極管看成封閉曲面編輯版pppt標(biāo)出圖中未知電流大小。
2A-8A3A3Ω4Ω···6A1A5A例4編輯版pppt選定回路的繞行方向,電壓參考方向與回路繞行方向一致時為正,相反時為負(fù)。 在任一瞬間,沿任一閉合回路繞行一周,各部分電壓降的代數(shù)和等于零,即∑U=0。與繞向一致的電壓取正,反之取負(fù)。-U3–
U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+
U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3三.基爾霍夫電壓定律編輯版pppt可將該電路假想為一個回路列KVL方程:u=us+u1
電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)間沿任意路徑各段電壓的代數(shù)和。+-u+-us+-ROu1根據(jù)U=0UAB=UA
UB
UA
UB
UAB=0ABCUA+_UAB+_UB+_推廣:適用于開口電路
U開=ΣU編輯版pppt
①對回路①列方程對回路
列方程UCCRCRE+–ICUCEIEIB對封閉面列方程Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3R4I1I2I3例5編輯版pppt說明:上述兩定律適用于任何變化的電壓和電流。例6.已知E1=7V,E2=16V,E3=14V,R1=16Ω
R2=3Ω,R3=9Ω。求:K打開時,Uab=?
K閉合時,I3=?1、K打開,I3=0∴UR3=0-E1+Uab+E3-E2=0Uab=7-14+16=9V2、K閉合,Uab=0-E1+E3-E2+
I3R3=0I3=(E1-E3+E2)/R3=9/9=1AE1R1abKE3E2R2R3I3解:編輯版pppt
以支路電流為待求量,應(yīng)用KCL、KVL列寫電路方程組,求解各支路電流的方法稱為支路電流法。
支路電流法是計算復(fù)雜電路最基本的方法。需要的方程個數(shù)與電路的支路數(shù)相等。Us1+-R1Us2+-R2Us3+-R3I1I2I3電路支路數(shù)b
結(jié)點(diǎn)數(shù)n1.5
基爾霍夫定律的應(yīng)用一.
支路電流法編輯版ppptUs1+-R1Us2+-R2Us3+-R3支路電流法的解題步驟:I1I2I3一、假定各支路電流的參考方向;二、應(yīng)用KCL對結(jié)點(diǎn)列方程①②結(jié)點(diǎn)①對于有n個結(jié)點(diǎn)的電路,只能列出(n–1)個獨(dú)立的KCL方程式。三、應(yīng)用KVL列寫b–(n–1)個方程(一般選網(wǎng)孔);四、聯(lián)立求解得各支路電流。編輯版pppt例7
如圖電路,R3Us2+-R2Us1+-R1I3I2I1用支路電流法求各支路電流。解:I1+I2+I3=0-2I1+8I3=-143I2-8I3=2I1=3A解得:I2=-2AI3=-1A想一想:如何校對計算結(jié)果?編輯版pppt例8
用支路電流法求各支路電流。解:R1Us2+-R2Us1+-IsI2I1假定各支路電流的參考方向利用KVL列方程時,如果回路中含有電流源,要考慮電流源兩端的電壓。聯(lián)立求解得各支路電流。
注意+U-編輯版pppt
對于b條支路、n個結(jié)點(diǎn)的電路,用支路電流法需要列寫b
個方程,由于方程維數(shù)較高,所以求解不便。
R1Us2+-R2R3I1I2IsR4I3I4①②0結(jié)點(diǎn)數(shù)n=3一、首先選參考節(jié)點(diǎn)(0電位點(diǎn))設(shè):各獨(dú)立結(jié)點(diǎn)電壓為選為參考節(jié)點(diǎn)0二、對每個獨(dú)立節(jié)點(diǎn)列KCL方程:結(jié)點(diǎn)分析法:以結(jié)點(diǎn)電壓為待求量列寫方程。(方向指向參考結(jié)點(diǎn))二.
節(jié)點(diǎn)電壓法編輯版ppptR1Us2+-R2R3I1I2IsR4I3I4①②0三、各支路電流用相關(guān)的結(jié)點(diǎn)電壓表示:代入節(jié)點(diǎn)的KCL方程:整理得:編輯版pppt式中G為各支路的電導(dǎo)。自電導(dǎo)總為正互電導(dǎo)總為負(fù)電流源電流指向該結(jié)點(diǎn)為正,背離為負(fù)R1Us2+-R2R3I1I2IsR4I3I4①②0編輯版pppt結(jié)點(diǎn)電壓法解題步驟:4.用結(jié)點(diǎn)電壓求解支路電流。1.選定參考結(jié)點(diǎn)并標(biāo)出結(jié)點(diǎn)序號,將獨(dú)立結(jié)點(diǎn)設(shè)為未知量,其參考方向由獨(dú)立結(jié)點(diǎn)指向參考結(jié)點(diǎn)。2.列寫結(jié)點(diǎn)電壓方程(自電導(dǎo)總為正,互電導(dǎo)總為負(fù),電流源電流指向該結(jié)點(diǎn)為正,背離為負(fù))。3.求解各結(jié)點(diǎn)電壓編輯版ppptIsR1Us2+-R2R3I1①0例9如圖所示電路,R1=R2=R3=1
,US2=4V,IS=2A,試用節(jié)點(diǎn)法求電流I1。解:選為參考節(jié)點(diǎn)0編輯版pppt■列結(jié)點(diǎn)電壓公式的規(guī)律:(1)分子部分:兩節(jié)點(diǎn)間各支路的電動勢與該支路的電導(dǎo)乘積的代數(shù)和。(其中,當(dāng)支路電動勢的方向與結(jié)點(diǎn)電壓的方向相反時取“+”,相同時取“—”)(2)分母部分:兩節(jié)點(diǎn)間各支路的電導(dǎo)之和。(分母總為“+”)如圖所示電路列結(jié)點(diǎn)電壓公式為:E1/R1+E2/R2+E3/R3∑(±)E/RUab=1/R1+1/R2+1/R3+1/R4=∑1/RUabE1+–
I1R1+E2–I2R2+E3–
I3R3I4R4ab圖7編輯版ppptIsI2
BR1I1E1R2ARS
對于含恒流源支路的電路,列節(jié)點(diǎn)電壓方程時應(yīng)按以下規(guī)則:分母部分:按原方法編寫,但不考慮恒流源支路的電阻。
分子部分:寫上恒流源的電流。其符號為:電流朝向未知節(jié)點(diǎn)時取正號,反之取負(fù)號。電壓源支路的寫法不變。如圖所示,電路的結(jié)點(diǎn)電壓公式為:編輯版pppt
網(wǎng)孔電流法是以網(wǎng)孔電流作為電路的變量,利用基爾霍夫電壓定律列寫網(wǎng)孔電壓方程,進(jìn)行網(wǎng)孔電流的求解。然后再根據(jù)電路的要求,進(jìn)一步求出待求量。
網(wǎng)孔電流是一個假象沿著各自網(wǎng)孔內(nèi)循環(huán)流動的電流,見下圖中的標(biāo)示。設(shè)網(wǎng)孔①的電流為ia;網(wǎng)孔②的電流為ib;網(wǎng)孔③的電流為ic。網(wǎng)孔電流在實際電路中是不存在的,但它是一個很有用的用于計算的量。選定圖中電路的支路電流參考方向,再觀察電路可知,三.
網(wǎng)孔電流法編輯版pppt
i1=i
a
i2=ibi3=ib+ic
i4=ib–ia
i5=ia+ic
i6=ic
網(wǎng)孔電流法假象的網(wǎng)孔電流與支路電流電流有以下的關(guān)系:編輯版pppt用網(wǎng)孔電流替代支路電流列出各網(wǎng)孔電壓方程:網(wǎng)孔①R1ia+R4(ia–ib
)+R5(ia+ic)=-uS1網(wǎng)孔②R2ib+R4(ib–ia)+R3(ib+ic)=uS2–uS3網(wǎng)孔③R6ic+R3(ib+ic)+R5(ia+ic)=-uS3
將網(wǎng)孔電壓方程進(jìn)行整理為:網(wǎng)孔①(R1+R4+R5
)ia–R4ib+R5ic=-uS1網(wǎng)孔②–R4ia+(R2+R3+R4)ib+R3ic=uS2–uS3網(wǎng)孔③R5ia+R3ib+(R3+R5+R6)ic=-uS3編輯版pppt分析上述網(wǎng)絡(luò)電壓方程,可知(1)網(wǎng)孔①中電流ia的系數(shù)(R1+R4+R5)、網(wǎng)絡(luò)②中電流ib的系數(shù)(R2+R3+R4)、網(wǎng)孔③中電流ic的系數(shù)(R3+R5+R6)分別為對應(yīng)網(wǎng)孔電阻之和,稱為網(wǎng)孔的自電阻,用Rij表示,i代表所在的網(wǎng)孔。(2)網(wǎng)孔①方程中ib前的系數(shù)(-R4),它是網(wǎng)孔①、網(wǎng)孔②公共支路上的電阻,稱為網(wǎng)孔間的互電阻,用R12表示,R4前的負(fù)號表示網(wǎng)孔①與網(wǎng)孔②的電流通過R4
時方向相反;ic前的系數(shù)R5是網(wǎng)孔①與網(wǎng)孔③的互電阻,用R13表示,R5取正表示網(wǎng)孔①與網(wǎng)孔③的電流通過R5時方向相同;網(wǎng)孔②、網(wǎng)孔③方程中互電阻與此類似。編輯版pppt互電阻可正可負(fù),如果兩個網(wǎng)孔電流的流向相同,互電阻取正值;反之,互電阻取負(fù)值,且Rij=Rji,如R23=R32=R3。(3)-uS1、uS2–uS3
、-uS3
分別是網(wǎng)孔①、網(wǎng)孔②、網(wǎng)孔③中的理想電壓源的代數(shù)和。當(dāng)網(wǎng)孔電流從電壓源的“+”端流出時,該電壓源前取“+”號;否則取“-”號。理想電壓源的代數(shù)和稱為網(wǎng)孔i的等效電壓源,用uSii
表示,i代表所在的網(wǎng)孔。根據(jù)以上分析,網(wǎng)孔①、②、③的電流方程可寫成:編輯版pppt
R11ia+R12ib+R13ic=uS11R21ia+R22ib+R23ic=uS22R31ia+R32ib+R33ic=uS33
這是具有三個網(wǎng)孔電路的網(wǎng)孔電流方程的一般形式。也可以將其推廣到具有n個網(wǎng)孔的電路,n個網(wǎng)孔的電路網(wǎng)孔電流方程的一般形式為:
R11ia+R12ib+…+R1nin=uS11R21ia+R22ib+…+R2nin=uS22┇Rn1ia+Rn2ib+…+Rnnin=u
S
nn
綜合以上分析,網(wǎng)孔電流法求解可以根據(jù)網(wǎng)孔電流方程的一般形式寫出網(wǎng)孔電流方程。其步驟歸納如下:編輯版pppt(2)按照網(wǎng)孔電流方程的一般形式列出各網(wǎng)孔電流方程。自電阻始終取正值,互電阻前的號由通過互電阻上的兩個網(wǎng)孔電流的流向而定,兩個網(wǎng)孔電流的流向相同,取正;否則取負(fù)。等效電壓源是理想電壓源的代數(shù)和,注意理想電壓源前的符號。(3)聯(lián)立求解,解出各網(wǎng)孔電流。(4)根據(jù)網(wǎng)孔電流再求待求量。(1)選定各網(wǎng)孔電流的參考方向。編輯版pppt用網(wǎng)孔電流法求解圖6電路中各支路電流。解:(1)確定網(wǎng)孔。并設(shè)定網(wǎng)孔電流的繞行方向。如圖6所示,規(guī)定網(wǎng)孔電流方向和順時針方向。(2)列以網(wǎng)孔電流為未知量的回路電壓方程。(3)解方程求各網(wǎng)孔電流。
解此方程組得:(4)求支路電流得:(5)驗算。列外圍電路電壓方程驗證。圖6例10編輯版pppt課堂小結(jié):1、支路電流法即列出(n-1)個節(jié)點(diǎn)電流方程和L(網(wǎng)孔數(shù))個回路電壓方程,聯(lián)立解方程組,從而求解出各支路電流的最基本、最直觀的一種求解復(fù)雜電路的方法。
2、網(wǎng)孔電流法用于求支路較多的電路,避免了用支路電流法求解方程過多,帶來解題繁雜的問題。解題方法是先求網(wǎng)孔電流再利用網(wǎng)孔電流求支路電流。3、節(jié)點(diǎn)電壓法用于節(jié)點(diǎn)較少而網(wǎng)孔較多的電路。節(jié)點(diǎn)電壓法求解步驟:選擇參考節(jié)點(diǎn),設(shè)定參考方向;求節(jié)點(diǎn)電壓U;求支路電流
4、支路電流法、網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法三種方法中,列方程時,都要特別注意方向問題。編輯版pppt二端網(wǎng)絡(luò)的概念:二端網(wǎng)絡(luò):具有兩個出線端的部分電路。無源二端網(wǎng)絡(luò):二端網(wǎng)絡(luò)中沒有電源。有源二端網(wǎng)絡(luò):二端網(wǎng)絡(luò)中含有電源。baE+–R1R2ISR3baE+–R1R2ISR3R4無源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò)1.6.1二端網(wǎng)絡(luò)1.6
簡單電阻電路的分析方法編輯版ppptabRab無源二端網(wǎng)絡(luò)+_ER0ab
電壓源(戴維寧定理)
電流源(諾頓定理)ab有源二端網(wǎng)絡(luò)abISR0無源二端網(wǎng)絡(luò)可化簡為一個電阻有源二端網(wǎng)絡(luò)可化簡為一個電源編輯版pppt一、電阻串聯(lián)(a)串聯(lián)電阻(b)等效電阻圖(1)電阻的串聯(lián)1.定義:在串聯(lián)電路中,各個電阻首尾相接成一串,只有一條電流通道。如圖(1)(a)圖所示。1.6.2電阻串并聯(lián)及分壓、分流公式編輯版pppt2.特點(diǎn):(1)等效電阻R等于各個串聯(lián)電阻之和,即:
(2)在串聯(lián)電路中,電流處處相等。
(3)在串聯(lián)電路中,總電壓等于各分電壓之和。編輯版pppt3.分壓公式兩個串聯(lián)電阻上的電壓分別為:
編輯版pppt串聯(lián)電路應(yīng)用舉例(一)1、電壓的測量測量直流電壓常用磁電式伏特計,測量交流電壓用電磁式伏特計。例1有一伏特計,其量程為50V,內(nèi)阻為2000
。今欲使其量程擴(kuò)大到
360V,問還需串聯(lián)多大電阻的分壓器?解:根據(jù)分壓公式可得:即:編輯版pppt2、短路電流PC板上短路的例子短路對串聯(lián)電路的影響編輯版pppt二、電阻的并聯(lián)(a)并聯(lián)電阻(b)等效電阻圖(2)電阻的并聯(lián)1.定義:兩個或兩個以上的電阻各自連接在兩個相同的節(jié)點(diǎn)上,則稱它們是互相并聯(lián)的。如圖(2)、(a)圖所示.編輯版pppt并聯(lián)電路的識別:
如果兩個獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)之間有一條以上的電路通路(支路),且兩點(diǎn)間的電壓通過每條支路,則兩點(diǎn)之間是并聯(lián)。編輯版pppt2.特點(diǎn)并聯(lián)電路中各個并聯(lián)電阻上的電壓相等。并聯(lián)電路電路中的總電流等于各支路分電流之和。并聯(lián)電路中總電阻的倒數(shù)等于各分電阻的倒數(shù)之和。
編輯版pppt3.分流公式總電流分配到每個并聯(lián)電阻中的電流值是和電阻值成反比的。圖(2)電路,根據(jù)歐姆定律可推導(dǎo)出流過R1,R2上的電流分別為:編輯版pppt并聯(lián)電路應(yīng)用舉例(一)1、電流的測量有一磁電式安培計,當(dāng)使用分流器時,表頭的滿標(biāo)值電流為5mA。表頭電阻為20
。今欲使其量程(滿標(biāo)值)為1A,問分流的電阻應(yīng)為多大?
解:根據(jù)分流公式,可得:
即:分流電阻為:例11編輯版pppt并聯(lián)電路應(yīng)用舉例(二)當(dāng)一盞燈開路時,總電流減少,但通過其他支路的電流不變編輯版pppt電壓源與電流源對外電路等效的條件為:或且兩種電源模型的內(nèi)阻相等。1.6.3電壓源與電流源的等效變換編輯版pppt(1)“等效”是指“對外”等效(等效互換前后對外伏--安特性一致),對內(nèi)不等效。等效變換的注意事項:ISabI'RO'RO+I-EbaUab(RO不消耗能量)(RO‘消耗能量)對內(nèi)不等效編輯版pppt(2)恒壓源和恒流源不能等效互換。ISabI'I+-EbaUab編輯版pppt(3)電源等效互換時,恒壓源E與電源內(nèi)阻R0的串聯(lián),恒流源IS與電
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