雙電源電路的檢測課件

模塊3

雙電源電路的檢測

一、教學(xué)目標(biāo)終極目標(biāo)：能夠熟練運(yùn)用支路電流法、疊加原理和戴維南定理解決復(fù)雜的直流電路，學(xué)會對雙電源電路的檢測促成教學(xué)目標(biāo)：了解復(fù)雜直流電路中節(jié)點(diǎn)、支路和回路的概念理解基爾霍夫定律電流和電壓定律在理解基爾霍夫定律的基礎(chǔ)上，熟練掌握三種常用的解決復(fù)雜直流電路的方法通過檢測雙電源電路的電壓和電流，驗證疊加原理，并測量得出戴維南定理.

二.工作任務(wù)利用直流安培表和直流伏特表分別測試電路中的電流和電壓，驗證疊加原理；由測量得出戴維寧等效電路，如圖1-36所示。

.三.相關(guān)實踐知識

1.安培表和伏特表1)安培表和伏特表的認(rèn)識:安培表又稱電流表，可分為交流安培表和直流安培表之分，主要用于測量電路中的交直流電流。伏特表又稱電壓表，可分為交流伏特表和直流伏特表之分，主要用于測量電路中的交直流電壓。從外型上來看，安培表和伏特表大致相同，都包含一個指示盤和兩個接線柱（一紅一黑）2)熟悉兩表的操作過程用直流安培表測量支路電流時，必須將電路先斷開，讓安培表串入該支路中才能通電測量，接線時還需考慮接線柱的正負(fù)，電流從紅接線柱入，黑接線柱出。用直流伏特表測量電路某兩端電壓時，只需將紅接線柱接至電路正極，黑接線柱接至電路負(fù)極便可。用交流表測量交流電時則不需考慮正負(fù)極性。.2.驗證疊加原理:如圖1-36所示，先讓E1單獨(dú)作用,即斷開K1、K3、K6，閉合K2、K4、K5，測出I1′,I3′；再讓E2單獨(dú)作用，即斷開K2、K3、K5，閉合K1、K4、K6，測出I1〞,I3〞，驗證疊加原理的成立：I1=I1′-I1〞(考慮到兩次測量時的電流方向相反)I3=I3′+I3〞.

3.由測量得出戴維寧等效電路

如圖1-36所示，先斷開R3支路，即斷開K1、K2、K4，閉合K3、K5、K6，測出的電壓即為該支路的開路電壓Uoc，亦為戴維寧等效電路中的獨(dú)立電壓源；再將R3支路上的R3電阻拿去后的開路端短路，即閉合K3、K4、K5、K6，斷開K1、K2，測出該支路的短路電流ICS,則Req=Uoc/ICS

（或者采用另一種方法：使電路中的所有獨(dú)立電源去掉，即斷開K4、K5、K6，閉合K1、K2、K3，用萬用表直接測量開關(guān)K4兩端的電阻，也可得到該電阻），即戴維寧電路的等效電阻。最后得到戴維寧等效電路，如圖1-37所示UocReq圖1-37戴維寧等效電路.術(shù)語：網(wǎng)孔(mesh)

：不包含任何支路的回路支路(branch)

：電路中的每一個分支（一個支路流過一個電流）結(jié)點(diǎn)(node)

：三個或三個以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)回路(loop)

：電路中任一閉合路徑四.相關(guān)理論知識前面我們學(xué)過，電路的計算分析要應(yīng)用歐姆定律。就算在電阻的串并聯(lián)電路中也可以先將電阻等效，再運(yùn)用歐姆定律，這些電路都有一種共性，就是采用單電源。但是在實際電路中往往碰到雙電源甚至多電源的情況，這就需要學(xué)習(xí)新的分析電路的方法。

1、基爾霍夫定律：基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析復(fù)雜電路的根本依據(jù)。基爾霍夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。.支路：ab、ad、…...（共6條）回路：abda、bcdb、…...（共7個）結(jié)點(diǎn)：a、b、…...(共4個）I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-.對任何結(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流。

基氏電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性I=0即：I1I2I3I4例或：1)基爾霍夫電流定律（KCL)I入=I出即：（流入結(jié)點(diǎn)為正，流出結(jié)點(diǎn)為負(fù)）。或在任一瞬間，一個結(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為0。.電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面（廣義結(jié)點(diǎn)）。例I1+I2=I3例I=0基氏電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R.對電路中的任一回路，沿任意循行方向的各段電壓的代數(shù)和等于零。即：2）基爾霍夫電壓定律（KVL）即：

在任一回路的循行方向上，電動勢的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和。E、U和IR與循行方向相同為正，反之為負(fù)。.例如：回路a-d-c-a或：注意：與循行方向相同為正，反之為負(fù)。I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-其中:US3=-E3，US4=-E4.基氏電壓定律也適合開口電路。由：得：E+_RabUabI例1:.例2aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下電路中應(yīng)列幾個電流方程？幾個電壓方程？基爾霍夫電流方程：結(jié)點(diǎn)a：結(jié)點(diǎn)b：獨(dú)立方程只有1個基爾霍夫電壓方程：#1#2#3獨(dú)立方程只有2個.設(shè)：電路中有N個結(jié)點(diǎn)，B個支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a3)基爾霍夫定律在電路分析中應(yīng)用獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)電流方程有

(N-1)個獨(dú)立的回路（網(wǎng)孔）電壓方程有

(B-N+1)個則：（一般為網(wǎng)孔個數(shù)）獨(dú)立電流方程：１個獨(dú)立電壓方程：２個.求：I1、I2、I3

能否很快說出結(jié)果？1

++--3V4V1

1

+-5VI1I2I3例3:.以各支路電流為未知量，應(yīng)用KCL和KVL列出獨(dú)立電流、電壓方程聯(lián)立求解各支路電流。解題思路：根據(jù)基氏定律，列節(jié)點(diǎn)電流和回路電壓方程，然后聯(lián)立求解。2.支路電流法(復(fù)雜電路求解方法).解題步驟：1.對每一支路假設(shè)一未知電流（I1--I6）4.解聯(lián)立方程組對每個節(jié)點(diǎn)有2.列電流方程(N-1個)對每個回路有3.列電壓方程(B-(N-1)個)E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_節(jié)點(diǎn)數(shù)N=4支路數(shù)B=6例4:.節(jié)點(diǎn)a：列電流方程(N-1個)節(jié)點(diǎn)c：節(jié)點(diǎn)b：節(jié)點(diǎn)d：bacd（取其中三個方程）節(jié)點(diǎn)數(shù)N=4支路數(shù)B=6E4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_.列電壓方程(選取網(wǎng)孔)電壓、電流方程聯(lián)立求得：bacdE4E3-+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1I4I3+_.支路電流法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：支路電流法是電路分析中最基本的方法之一。只要根據(jù)克氏定律、歐姆定律列方程，就能得出結(jié)果。缺點(diǎn)：電路中支路數(shù)多時，所需方程的個數(shù)較多，求解不方便。支路數(shù)B=4須列4個方程式ab.abIsE+-R1R3R2I3I2US解：支路數(shù)B=3節(jié)點(diǎn)數(shù)N=2例5:電源IS和E已知，求I2和I3。IS+I2-I3=0因為Is已知，因此只需再列一個電壓回路方程I3R3

+I2R2–E2=0聯(lián)立求解，最后得:I2、I3.3.電壓源與電流源及其等效變換電路元件主要分為兩類：無源元件—電阻、電容、電感。有源元件—獨(dú)立源、受控源。獨(dú)立源主要有：電壓源和電流源。.1)電壓源A.理想電壓源（恒壓源）特點(diǎn)：（3）電源中的電流由外電路決定。IE+_abUab伏安特性IUabE（2）電源內(nèi)阻為“RO=0”。（1）理想電壓源的端電壓恒定。（4）理想電壓源不能短路，不能并聯(lián)使用。.伏安特性電壓源模型Ro越大斜率越大B.實際電壓源UIRO+-EIUEIRO.A.理想電流源（恒流源)特點(diǎn)：（1）輸出電流恒定。abIUabIsIUabIS伏安特性（3）輸出電壓由外電路決定。（2）理想電流源內(nèi)阻為無窮大（RO=

）。（4）理想電流源不能開路，不能串聯(lián)使用。2)電流源.B.實際電流源ISROabUabIIsUabI外特性

電流源模型RORO越大特性越陡.電壓源中的電流如何決定？電流源兩端的電壓等于多少？IER_+abUab=?Is原則：Is不能變，E不能變。電壓源中的電流I=

IS恒流源兩端的電壓例6:.A.理想電源串聯(lián)、并聯(lián)的化簡電壓源串聯(lián)：電流源并聯(lián)：（電壓源不能并聯(lián)）（電流源不能串聯(lián)）3)電壓源與電流源的等效變換.等效互換的條件：對外的電壓電流相等（外特性相等）。IRO+-EbaUabUab'ISabI'RO'B.實際電壓源與實際電流源的等效變換UIoUIoEIS=電壓源外特性電流源外特性.等效互換公式IRO+-EbaUabISabUab'I'RO'則I=I'Uab=Uab'若.aE+-bIUabRO電壓源電流源Uab'RO'IsabI'.C.等效變換的注意事項*“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)不等效時例如:IsaRO'bUab'I'RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO'中則消耗能量對內(nèi)不等效對外等效RL=∞.*注意轉(zhuǎn)換前后E與Is的方向相同aE+-bIROE+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'.*恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaE+-bI（等效互換關(guān)系不存在）.*理想電源之間的等效電路aE+-bIsaE+-baE+-bRO與理想電壓源并聯(lián)的元件可去掉.aE+-bIsIsabRabIs與理想電流源串聯(lián)的元件可去掉.R1R3IsR2R5R4I3I1I-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?應(yīng)用舉例.(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I.+RdEd+R4E4R5I--(接上頁)R5ISR4IR1//R2//R3I1+I3.10V+-2A2

I討論題哪個答案對???+-10V+-4V2

.

在多個電源同時作用的線性電路(電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變)中，任何支路的電流或任意兩點(diǎn)間的電壓，都是各個電源單獨(dú)作用時所得結(jié)果的代數(shù)和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原電路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2單獨(dú)作用+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1單獨(dú)作用4.疊加原理.例+-10

I4A20V10

10

用疊加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10

I′4A10

10

+-10

I"20V10

10

解：將電路分解后求解.應(yīng)用疊加定理要注意的問題=+3)解題時要標(biāo)明各支路電流、電壓的正方向。原電路中各電壓、電流的最后結(jié)果是各分電壓、分電流的代數(shù)和。2)分解電路時只需保留一個電源，其余電源“除源”：即將恒壓源短路，即令E=0；恒流源開路，即令I(lǐng)s=0。電路的其余結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變，1)疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、電流的變化而改變）。.4)疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。5)運(yùn)用疊加定理時也可以把電源分組求解，每個分電路的電源個數(shù)可能不止一個。設(shè)：則：I3R3=+.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)中含有電源二端網(wǎng)絡(luò)：若一個電路只通過兩個輸出端與外電路相聯(lián)，則該電路稱為“二端網(wǎng)絡(luò)”。 ABAB5.戴維寧定理.等效電源定理的概念

有源二端網(wǎng)絡(luò)用電源模型替代，便為等效電源定理。有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源模型替代-----戴維寧定理有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源模型替代----諾頓定理.有源二端網(wǎng)絡(luò)R注意：“等效”是指對端口外(負(fù)載R)等效有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源模型等效。

戴維寧定理RO+_RE.等效電壓源的內(nèi)阻（R0）等于有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后相應(yīng)的無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。（除源：電壓源短路，電流源斷路）等效電壓源的電動勢（E）等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U0；有源二端網(wǎng)絡(luò)AB相應(yīng)的無源二端網(wǎng)絡(luò)AB.例已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

E=10V求：當(dāng)R5=10時，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效電路有源二端網(wǎng)絡(luò).第一步：求開端電壓U0第二步：求輸入電阻R0U0R1R3+_R2R4EABCDC