城市軌道交通電工電子技術(shù) 第2版 課件 項(xiàng)目一 直流電路

項(xiàng)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(jì)算學(xué)習(xí)導(dǎo)入隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電工技術(shù)已廣泛用于生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。盡管目前使用的電氣設(shè)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(shí)十分重要。各種電氣設(shè)備、電子儀器要工作和運(yùn)行、都得依靠各種不同的電路來實(shí)現(xiàn)，而了解電路的組成是分析和設(shè)計(jì)電路的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知識(shí)目標(biāo)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(nèi)容。掌握電位的計(jì)算、電壓源與電流源等效變換的方法。掌握支路電流法的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)2、能力目標(biāo)能測量基本電器元件。能對(duì)基爾霍夫定理進(jìn)行驗(yàn)證。能對(duì)疊加定理進(jìn)行驗(yàn)證。能對(duì)戴維南定理進(jìn)行驗(yàn)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(dòng)形成電流。電流的大小是指單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷。i=dq/dt2.方向參考方向是任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)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(biāo)表示。010203三、電壓、電位和電動(dòng)勢電場力將單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功，稱為a、b兩點(diǎn)的電壓，用Uab表示。規(guī)定正電荷在電場力作用下移動(dòng)的方向?yàn)殡妷旱膶?shí)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?yàn)殡妷旱膮⒖挤较颍挥谜?fù)極性表示；用雙下標(biāo)表示。1.電壓2.電位電路中某點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓稱為該點(diǎn)的電位。選定參考點(diǎn)電位為零，電位的單位也是伏特（V）。電壓與電位的關(guān)系：電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓等于這兩點(diǎn)之間的電位差，即Uab=Va?Vb3.電動(dòng)勢（1）定義在電源內(nèi)部外力將單位正電荷從電源的負(fù)極移動(dòng)到電源正極所做的功。（2）方向電動(dòng)勢的方向?yàn)橛呻娫磧?nèi)部由負(fù)極指向正極。（1）定義單位時(shí)間內(nèi)電場力做的功即電功率。（2）方向u,i取關(guān)聯(lián)參考方向，P=ui，表示元件吸收的功率；u,i取非關(guān)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(dòng)率5.電能W=Pt=UIt

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

1.電位的計(jì)算步驟1）任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為0V。2）計(jì)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(diǎn)到零電位點(diǎn)（參考點(diǎn)）的路徑。4）則該點(diǎn)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(fù)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(fù)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(diǎn)的電位。謝謝觀賞！項(xiàng)目一直流電路課題三電壓源與電流源等效變換學(xué)習(xí)導(dǎo)入電路的正常工作離不開電源。實(shí)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(nèi)阻為零，并能提供一個(gè)恒定不變的電壓。恒壓源的兩個(gè)特點(diǎn)：（1）提供給負(fù)載的電壓恒定不變；

（2）提供給負(fù)載的電流可任意。實(shí)際電壓源：可以用一個(gè)電阻（相當(dāng)于內(nèi)阻）與一個(gè)理想的電壓源串聯(lián)來等效。它提供的端電壓受負(fù)載影響。010203二、電流源理想電流源（恒流源）：電源的內(nèi)阻為無窮大，并能提供一個(gè)恒定不變的電源。恒流源的兩個(gè)特點(diǎn)：（1）提供給負(fù)載的電流是恒定不變的；（2）提供給負(fù)載的電壓是任意的。實(shí)際電流源：實(shí)際上電源的內(nèi)阻不可能為無窮大，可以把理想電流源與一個(gè)內(nèi)阻并聯(lián)的組合等效為一個(gè)電流源。三、兩種電源模型的等效變換對(duì)外電路，只要負(fù)載上的電壓與流過的電流是相等的，則兩個(gè)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(zhì)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(xiàng)目一直流電路課題四基爾霍夫定律課題五支路電流法學(xué)習(xí)導(dǎo)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(yīng)用于節(jié)點(diǎn)；基爾霍夫電壓定律主要應(yīng)用于回路。一、常用電路名詞支路：電路中具有兩個(gè)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(diǎn)：3個(gè)或3個(gè)以上元件的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。。

如圖電路的為A、B兩點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，該電路的節(jié)點(diǎn)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(wǎng)孔：不含有分支的閉合回路。

如圖電路中的AFCBA、EABDE回路均為網(wǎng)孔，該電路的網(wǎng)孔數(shù)目為m=2。網(wǎng)絡(luò)：在電路分析范圍內(nèi)網(wǎng)指包含較多元件的電路。010203二、基爾霍夫電流定律(節(jié)點(diǎn)電流定律)1．電流定律(KCL)電流定律的第一種表述：在任何時(shí)刻，電路中流入任一節(jié)點(diǎn)中的電流之和，恒等于從該節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)刻，電路中任一節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的電流前面取“+”號(hào)，在流出節(jié)點(diǎn)的電流前面取“

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

在節(jié)點(diǎn)A上：I1

I2+I3

I4

I5=0。2.在使用電流定律時(shí)，注意事項(xiàng)：1）對(duì)于含有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路，只能列出(n

1)個(gè)獨(dú)立的電流方程。2）列節(jié)點(diǎn)電流方程時(shí)，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(dòng)的方向，叫做電流的參考方向，通常用“→”號(hào)表示。電流的實(shí)際方向可根據(jù)數(shù)值的正、負(fù)來判斷，當(dāng)I>0時(shí)，表明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向一致；當(dāng)I<0時(shí)，則表明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向相反。3．KCL的應(yīng)用1）對(duì)于電路中任意假設(shè)的封閉面來說，電流定律仍然成立。2)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)(電路)之間的電流關(guān)系，仍然可由電流定律判定。3)若兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間只有一根導(dǎo)線相連，那么這根導(dǎo)線中一定沒有電流通過。4)若一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一根導(dǎo)線與地相連，那么這根導(dǎo)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(nèi)容在任何時(shí)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(biāo)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(shí)針方向繞行，也可沿著反時(shí)針方向繞行)；2）電阻元件的端電壓為±RI，當(dāng)電流I的參考方向與回路繞行方向一致時(shí)，選取“+”號(hào)；3）電源電動(dòng)勢為±E，當(dāng)電源電動(dòng)勢的標(biāo)定方向與回路繞行方向一致時(shí)，選取“+”號(hào)。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(yīng)用基爾霍夫電壓和電流定律對(duì)結(jié)點(diǎn)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(fù)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(diǎn)數(shù)n,標(biāo)注各支路電流的參考方向；應(yīng)用KCL定律，列(n-1)個(gè)方程；應(yīng)用KVL定律，列出b-(n-1)個(gè)方程；聯(lián)立方程求解，得出b個(gè)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(shè)各支路電流的方向和回路方向，并標(biāo)出各電阻元件上的正負(fù)極。2）用基爾霍夫電流定律列出節(jié)點(diǎn)電流方程式。節(jié)點(diǎn)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(shí)際方向。I1、I2、I3為正值，表示電流的實(shí)際方向與參考方向相同。謝謝觀賞！項(xiàng)目一直流電路課題六疊加定理課題七戴維南定理學(xué)習(xí)導(dǎo)入對(duì)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(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用下，在該支路中產(chǎn)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(yīng)，恒等于各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)在該處產(chǎn)生響應(yīng)的疊加。單電源作用時(shí)，其他電源去掉（置零），電壓源應(yīng)視其短路，電流源應(yīng)視其開路。應(yīng)注意：疊加定理只能用于計(jì)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(jìn)行功率的疊加計(jì)算，因?yàn)楣β逝c電壓或電流是平方關(guān)系,而不是線性關(guān)系。電壓源不作用時(shí)應(yīng)視為短路，電流源不作用時(shí)應(yīng)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(dòng)，疊加時(shí)要注意電流或電壓的參考方向，正確選取各分量的正負(fù)號(hào)。電路中包含電容的疊加定理計(jì)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(jì)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(gè)電源。我們依據(jù)疊加定理的內(nèi)容可知，我們要把兩個(gè)電源分成一個(gè)一個(gè)單獨(dú)的電源，每個(gè)電源作一個(gè)分圖，共兩個(gè)分圖。每個(gè)分電路中，只含有一個(gè)電源，電路變成了簡單的直流電路。所以可以運(yùn)用簡單直流電路求解的方法來求解每個(gè)分電路解：(1)E1單獨(dú)作用時(shí)，電路為圖1-13。

(2)E2單獨(dú)作用時(shí)，電路為圖1-14。二、戴維南定理

任何一個(gè)有源二端線性網(wǎng)絡(luò)都可以用一個(gè)電動(dòng)勢為E的理想電壓源和內(nèi)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(wǎng)絡(luò)兩部分。2)斷開待求支路，形成有源二端網(wǎng)絡(luò)（要畫圖），求有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC。3)將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電源置零，保留其內(nèi)阻（要畫圖），求網(wǎng)絡(luò)的入端等效電阻Rab。4)畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電壓源，其電壓源電壓US=UOC（此時(shí)要注意電源的極性），內(nèi)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?；芈冯娏鳛椋洪_路電壓為：2)求等效電阻R0。將所有獨(dú)立電源置零（理想電壓源用短路代替，理想電