城市軌道交通電工電子技術 第2版 課件 項目一 直流電路

項目一直流電路課題一電路的基本物理量課題二電路中電位的計算學習導入隨著科學技術的快速發(fā)展，電工技術已廣泛用于生產、生活的各個方面。盡管目前使用的電氣設備種類繁多，但基本上都是由各式各樣的基本電路組成的，因此，掌握電路的基本知識十分重要。各種電氣設備、電子儀器要工作和運行、都得依靠各種不同的電路來實現(xiàn)，而了解電路的組成是分析和設計電路的基礎。學習目標1、知識目標理解電路的基本物理量。掌握基爾霍夫定律、疊加定理、戴維南定理的內容。掌握電位的計算、電壓源與電流源等效變換的方法。掌握支路電流法的應用。學習目標2、能力目標能測量基本電器元件。能對基爾霍夫定理進行驗證。能對疊加定理進行驗證。能對戴維南定理進行驗證。一、電路的組成電路有三種狀態(tài)：通路、開路（斷路）、短路。二、電流1.定義電荷有規(guī)則的定向移動形成電流。電流的大小是指單位時間內通過導體橫截面的電荷。i=dq/dt2.方向參考方向是任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。電流參考方向的有兩種表示方法。一種是用箭頭表示，另一種是用雙下標表示。010203三、電壓、電位和電動勢電場力將單位正電荷從a點移到b點所做的功，稱為a、b兩點的電壓，用Uab表示。規(guī)定正電荷在電場力作用下移動的方向為電壓的實際方向。電壓的參考方向有三種表示方法，分別是用箭頭表示，箭頭的指向為電壓的參考方向；用正負極性表示；用雙下標表示。1.電壓2.電位電路中某點與參考點之間的電壓稱為該點的電位。選定參考點電位為零，電位的單位也是伏特（V）。電壓與電位的關系：電路中任意兩點之間的電壓等于這兩點之間的電位差，即Uab=Va?Vb3.電動勢（1）定義在電源內部外力將單位正電荷從電源的負極移動到電源正極所做的功。（2）方向電動勢的方向為由電源內部由負極指向正極。（1）定義單位時間內電場力做的功即電功率。（2）方向u,i取關聯(lián)參考方向，P=ui，表示元件吸收的功率；u,i取非關聯(lián)參考方向，P=-ui表示元件發(fā)出的功率，P>0吸收功率，或消耗電能，P<0輸出功率，或釋放電能。4.電動率5.電能W=Pt=UIt

1kW*h=1000W*3600s=3.6*106J四、電位1.零電位是指計算電位的起點，V＝02.電路中的零電位點規(guī)定以后，電路中任意點于零電位點間的電壓（電位差）就是該點電位。3.電位參考點的選擇方法是：1)在工程中常選大地作為電位參考點。2)在電子線路中,常選一條特定的公共線或機殼作為電位參考點。五、電位的計算

1.電位的計算步驟1）任選電路中某一點為參考點，設其電位為0V。2）計算電路中的電流，確定電路中的電流方向和各元件兩端電壓的方向。3）確定從被求點到零電位點（參考點）的路徑。4）則該點的電位即等于此路徑上全部電壓降的代數(shù)和。2.確定各元件兩端電壓的正負1）電阻元件電壓降，寫成±RI形式。2）電源兩端電壓降方向是高電位（正極）指向低電位（負極）寫成±E形式01203例1-2-1E1=45V,E2=12V,R1=5Ω，R2=4Ω，求A,B,C,D,E各點的電位。謝謝觀賞！項目一直流電路課題三電壓源與電流源等效變換學習導入電路的正常工作離不開電源。實際電源可以用兩種不同的電路模型來表示：一種是用電壓形式來表示的，稱為電壓源；另一種是用電流形式來表示的，稱為電流源。一、電壓源理想電壓源(恒壓源)是指電源內阻為零，并能提供一個恒定不變的電壓。恒壓源的兩個特點：（1）提供給負載的電壓恒定不變；

（2）提供給負載的電流可任意。實際電壓源：可以用一個電阻（相當于內阻）與一個理想的電壓源串聯(lián)來等效。它提供的端電壓受負載影響。010203二、電流源理想電流源（恒流源）：電源的內阻為無窮大，并能提供一個恒定不變的電源。恒流源的兩個特點：（1）提供給負載的電流是恒定不變的；（2）提供給負載的電壓是任意的。實際電流源：實際上電源的內阻不可能為無窮大，可以把理想電流源與一個內阻并聯(lián)的組合等效為一個電流源。三、兩種電源模型的等效變換對外電路，只要負載上的電壓與流過的電流是相等的，則兩個不同的電源等效。1）電壓源等效為電流源的條件：

IS=E/R0Rs=R0

2）電流源等效為電壓源的條件：E=ISRsR0=Rs例1-3-1如圖所示電路，U1＝10V，IS＝2A，R1＝1Ω，R＝1Ω。求電阻R中的電流I。解：由電源的性質及電源的等效變換可得：I1=U1/R1=10/1A=10AI=(I1+IS)/2=(10+2)/2A=6A謝謝觀賞！項目一直流電路課題四基爾霍夫定律課題五支路電流法學習導入基爾霍夫定律可分為基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。其中，基爾霍夫電流定律主要應用于節(jié)點；基爾霍夫電壓定律主要應用于回路。一、常用電路名詞支路：電路中具有兩個端子且通過同一電流的無分支電路。

如圖電路中的ED、AB、FC均為支路，該電路的支路數(shù)目為b=3。節(jié)點：3個或3個以上元件的連接點稱為節(jié)點。。

如圖電路的為A、B兩點為節(jié)點，該電路的節(jié)點數(shù)目為n=2?；芈罚弘娐分腥我婚]合的路徑。

如圖電路中的CDEFC、AFCBA、EABDE路徑均為回路，該電路的回路數(shù)目為l=3。網孔：不含有分支的閉合回路。

如圖電路中的AFCBA、EABDE回路均為網孔，該電路的網孔數(shù)目為m=2。網絡：在電路分析范圍內網指包含較多元件的電路。010203二、基爾霍夫電流定律(節(jié)點電流定律)1．電流定律(KCL)電流定律的第一種表述：在任何時刻，電路中流入任一節(jié)點中的電流之和，恒等于從該節(jié)點流出的電流之和，即：

ΣI流入=ΣI流出

例1如圖電路，列出節(jié)點A的電流方程I1

I3

=I2

I4

I5

根據(jù)基爾霍夫電流定律ΣI流入=ΣI流出

電流定律的第二種表述：在任何時刻，電路中任一節(jié)點上的各支路電流代數(shù)和恒等于零，即：

ΣI＝0一般可在流入節(jié)點的電流前面取“+”號，在流出節(jié)點的電流前面取“

”號，反之亦可。二、基爾霍夫電流定律(節(jié)點電流定律)1．電流定律(KCL)例1如圖電路，列出節(jié)點A的電流方程根據(jù)基爾霍夫電流定律ΣI=0

在節(jié)點A上：I1

I2+I3

I4

I5=0。2.在使用電流定律時，注意事項：1）對于含有n個節(jié)點的電路，只能列出(n

1)個獨立的電流方程。2）列節(jié)點電流方程時，只需考慮電流的參考方向，然后再帶入電流的數(shù)值。為分析電路的方便，通常需要在所研究的一段電路中事先選定(即假定)電流流動的方向，叫做電流的參考方向，通常用“→”號表示。電流的實際方向可根據(jù)數(shù)值的正、負來判斷，當I>0時，表明電流的實際方向與所標定的參考方向一致；當I<0時，則表明電流的實際方向與所標定的參考方向相反。3．KCL的應用1）對于電路中任意假設的封閉面來說，電流定律仍然成立。2)對于網絡(電路)之間的電流關系，仍然可由電流定律判定。3)若兩個網絡之間只有一根導線相連，那么這根導線中一定沒有電流通過。4)若一個網絡只有一根導線與地相連，那么這根導線中一定沒有電流通過。三、基夫爾霍電壓定律(回路電壓定律)

1.電壓定律(KVL)內容在任何時刻，沿著電路中的任一回路繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零，即：

ΣU＝02．列回路電壓方程的原則1）標出各支路電流的參考方向并選擇回路繞行方向(既可沿著順時針方向繞行，也可沿著反時針方向繞行)；2）電阻元件的端電壓為±RI，當電流I的參考方向與回路繞行方向一致時，選取“+”號；3）電源電動勢為±E，當電源電動勢的標定方向與回路繞行方向一致時，選取“+”號。例如圖電路，列出回路電壓方程解：沿著回路abcdea繞行方向，有Uac

=Uab

+Ubc

=R1I1+E1，Uce

=Ucd

+Ude

=

R2I2

E2，Uea

=R3I3

，則

Uac

+Uce

+Uea

=0

即R1I1+E1

R2I2

E2+R3I3=0上式也可寫成R1I1

R2I2+R3I3

=

E1+E2

。四、支路電流法以支路電流為未知數(shù)，應用基爾霍夫電壓和電流定律對結點和回路列出必要的方程組，解方程組可求得各支路電流，這種方法稱支路電流法。它是求解復雜電路基本方法。支路電流法解題的步驟為，確定電路中的支路數(shù)b和節(jié)點數(shù)n,標注各支路電流的參考方向；應用KCL定律，列(n-1)個方程；應用KVL定律，列出b-(n-1)個方程；聯(lián)立方程求解，得出b個支路電流。010203例1-5-1如圖所示電路中，已知E1=E2=17V，R1=2Ω，R2=1Ω，R3=5Ω，用支路電流法求各支路的電流。解：1）先假設各支路電流的方向和回路方向，并標出各電阻元件上的正負極。2）用基爾霍夫電流定律列出節(jié)點電流方程式。節(jié)點a：I1+I2=I33）用基爾霍夫電壓定律列出回路電壓方程式。

-E1+I1R1+I3R3=0-I3R3-I2R2+E2=0

4）代入已知數(shù)，解聯(lián)立方程式，求出各支路電流。I1+I2=I3

①-17+I1×2+I3×5=0

②-I3×5-I2×1+17=0

③解得I1=1AI2=2AI3=3A5）確定各支路電流的實際方向。I1、I2、I3為正值，表示電流的實際方向與參考方向相同。謝謝觀賞！項目一直流電路課題六疊加定理課題七戴維南定理學習導入對于無源元件，如果其參數(shù)不隨其端電壓或通過電流的變化而變化，則這種元件稱為線性元件。由線性元件和電源組成的電路稱為線性電路。一、疊加定理

在線性電路中，任一支路的電壓與電流，都是各個獨立源單獨作用下，在該支路中產生的電壓與電流的代數(shù)之和?；蛟诰€性電路中，任一處的電壓（電流）響應，恒等于各個獨立電源單獨作用時在該處產生響應的疊加。單電源作用時，其他電源去掉（置零），電壓源應視其短路，電流源應視其開路。應注意：疊加定理只能用于計算線性電路（即電路中的元件均為線性元件）的支路電流或電壓，不能直接進行功率的疊加計算，因為功率與電壓或電流是平方關系,而不是線性關系。電壓源不作用時應視為短路，電流源不作用時應視為斷路；電路中的所有線性元件包括電阻、電感和電容都不予更動，疊加時要注意電流或電壓的參考方向，正確選取各分量的正負號。電路中包含電容的疊加定理計算問題線性的正弦穩(wěn)態(tài)電路也滿足疊加定理。疊加定理只適用于電壓與電流，不適用與計算功率。01203例1-6-1如圖1-12電路若已知E1＝E2＝17V，R1＝1

，R2＝5

，R3＝2

，用疊加定理求I3。

[分析]電路中含有兩個電源。我們依據(jù)疊加定理的內容可知，我們要把兩個電源分成一個一個單獨的電源，每個電源作一個分圖，共兩個分圖。每個分電路中，只含有一個電源，電路變成了簡單的直流電路。所以可以運用簡單直流電路求解的方法來求解每個分電路解：(1)E1單獨作用時，電路為圖1-13。

(2)E2單獨作用時，電路為圖1-14。二、戴維南定理

任何一個有源二端線性網絡都可以用一個電動勢為E的理想電壓源和內阻R0

串聯(lián)的電源來等效代替。戴維南定理的解題步驟：1)把電路劃分為待求支路和有源二端網絡兩部分。2)斷開待求支路，形成有源二端網絡（要畫圖），求有源二端網絡的開路電壓UOC。3)將有源二端網絡內的電源置零，保留其內阻（要畫圖），求網絡的入端等效電阻Rab。4)畫出有源二端網絡的等效電壓源，其電壓源電壓US=UOC（此時要注意電源的極性），內阻R0=Rab。

5)將待求支路接到等效電壓源上，利用歐姆定律求電流。010203例1-7-1電路如圖1-16所示，已知U1=40V，U2=20V，R1=R2=4W，R3=13W，試用戴維寧定理求電流I3。解：1)斷開待求支路求開路電壓UOC。回路電流為：開路電壓為：2)求等效電阻R0。將所有獨立電源置零（理想電壓源用短路代替，理想電