1、1,第 1 章 直流电路,1.1 电路的作用和组成,1.2 电路的基本物理量,1.3 电路的状态,1.4 电路中的参考方向,1.5 理想电路元件,1.6 基尔霍夫定律,1.7 支路电流法,下一章,上一章,返回主页,1.8 叠加定理,1.9 等效电源定理,1.10 非线性电阻电路,大连民族学院 自动化系 2011年,2,1.1 电路的作用和组成,一、什么是电路,电路就是电流流通的路径。,是由某些元、器件为完成一定功能、按一定 方式组合后的总称。,大连民族学院 自动化系 2011年,3,二、电路的作用,一是实现能量的输送和转换。,二是实现信号的传递和处理。,三、电路的组成,电源：将非电形态的能量
2、转换为电能。,负载：将电能转换为 非电形态的能量。,导线等：起沟通电路和 输送电能的作用。,大连民族学院 自动化系 2011年,4,从电源来看，电源本身的电流通路称为内电路， 电源以外的电流通路称为外电路。,当电路中的电流是不随时间变化的直流电流时， 这种电路称为直流电路。,当电路中的电流是随时间按正弦规律变化的交 流电流时，这种电路称为交流电路。,二端网络,二端网络,大连民族学院 自动化系 2011年,5,1.2 电路的基本物理量,I,1. 电流,电流的实际方向：规定为正电荷运动的方向。,E,US, , , ,UL,直流电路中：,（A）,大连民族学院 自动化系 2011年,6,2. 电位,电
3、场力将单位正电荷从电路的某一点移至参考点时所消耗的电能。,参考点的电位为零。,直流电路中电位用 V 表示，单位为伏特（V）。,参考点的选择：, 选大地为参考点：, 选元件汇集的公共端或公共线为参考点：,大连民族学院 自动化系 2011年,7,3. 电压,电场力将单位正电荷从电路的某一点移至另一点时所消耗的电能。,电压就是电位差。,I,US, , E, ,UL,直流电路中电压用 U 表示，单位为伏特（V）。,US 是电源两端的电压， UL 是负载两端的电压。,4. 电动势,电源中的局外力（非电场力）将单位正电荷从电源负极移至电源正极时所转换而来的电能称为电源的电动势。,电动势的实际方向：由低电位
4、指向高电位。,符号： E 或 e，单位：V。,大连民族学院 自动化系 2011年,8,5. 电功率,定义：单位时间内所转换的电能。,电源产生的功率： PE = E I,符号：P（直流电路）。 单位：W。,负载取用的功率： PL = UL I,6. 电能定义：在时间 t 内转换的电功率称为电能：W = P t 符号：W（直流电路）。单位：J。单位转换：千瓦时（kWh） 1 千瓦时为 1 度电，1 kWh3.6 106 J。,大连民族学院 自动化系 2011年,9,当电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。电路的这一状态称为通路。,1.3 电路的状态,一、通路,I,S,通路时，电源向负载
5、输出电功率，电源这时的状态称为有载或称电源处于负载状态。,各种电气设备在工作时，其电压、电流和功率都有一定的限额，这些限额是用来表示它们的正常工作条件和工作能力的，称为电气设备的额定值。,大连民族学院 自动化系 2011年,10,二、开路,S1,S2,E,EL1,EL2,当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为开路。,开路的特点：,开路处的电流等于零,I0,开路处的电压应视电路情况而定,电源既不产生也不输出电功率，电源这时的状态称为空载。,U 视电路而定,大连民族学院 自动化系 2011年,11,三、短路,当某一部分电路的两端用电阻可以忽略
6、不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这一部分电路所处的状态称为短路或短接。,S1,S2,电源短路,短路的特点：,短路处的电压等于零,U0,短路处的电流应视电路情况而定,I 视电路而定,EL1,EL2,大连民族学院 自动化系 2011年,12,1.4 电路中的参考方向,I,I,原则上参考方向可任意选择。,在分析某一个电路元件的电压与电流的关系时，需要将它们联系起来选择，这样设定的参考方向称为关联参考方向。, ,U,电源,负载, ,U,大连民族学院 自动化系 2011年,13,1.5 理想电路元件,理想电路元件,理想有源元件,理想无源元件,电压源,电流源,电阻元
7、件,电容元件,电感元件,大连民族学院 自动化系 2011年,14,一、理想有源元件,1. 电压源,US,电压源的特点：,输出电流 I 不是定值，与输出电压和外电路的情况有关。,可提供一个固定的电压 US ，称为源电压。,输出电压 U 等于源电压 US ，是由其本身所确定的定值， 与输出电流和外电路的情况无关。,大连民族学院 自动化系 2011年,15,2. 电流源,IS,电流源的特点：,输出电流 I 等于源电流 IS ，是由其本身所确定的定值，与输出电压和外电路的情况无关。,输出电压 U 不是定值，与输出电流和外电路的情况有关。,源电流,可提供一个固定的电流 IS ，称为源电流。,大连民族学院
8、 自动化系 2011年,16,当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时， 它们输出（产生）电功率，起电源作用。,当电压源和电流源的电压和电流实际方向如上图时， 它们取用（消耗）电功率，起负载作用。,大连民族学院 自动化系 2011年,17,二、理想无源元件,电阻元件,当电路的某一部分只存在电能的消耗而没有电场能和磁场能的储存，这一部分电路可用电阻元件来代替。,（）,线性电阻与非线性电阻,电阻消耗的功率,大连民族学院 自动化系 2011年,18,电阻图片,水泥电阻,线绕电阻,碳膜电阻,可变电阻,压敏电阻,功率电阻,大连民族学院 自动化系 2011年,19,解(1),由于电压源与电流源串联,I
9、IS3 A,根据电流的方向可知,UUSRIS ( 3 + 1 3 ) V = 6 V,(2) 功率平衡关系,电压源吸收电功率：PLUS I( 3 3 ) W = 9 W,电流源发出电功率： POU IS( 6 3 ) W = 18 W,电阻 R 消耗的电功率：PRR IS( 1 32 ) W = 9 W功率平衡： PO P L PR,大连民族学院 自动化系 2011年,20,1.6 基尔霍夫定律,一、基尔霍夫电流定律（KCL）,b,a,电路中 3 个或 3 个以上电路元件的连接点称为结点。,有 a、b 两个结点 。,大连民族学院 自动化系 2011年,21,有 acb 、adb、aeb 三条支
10、路 。,两结点之间的每一条分支电路称为支路。,大连民族学院 自动化系 2011年,22,由于电流的连续性，流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。,对结点 a,I1 I2 I3,I1 I2 I3 0,流入结点的电流前取正号，流出结点的电流前取负号。,大连民族学院 自动化系 2011年,23,在电路的任何一个结点上，同一瞬间电流的代数和为零。,对任意波形的电流： i 0 在直流电路中： I 0,基尔霍夫电流定律不仅适用于电路中 任意结点，而且还可以推广应用于 电路中任何一个假定的闭合面 广义结点。,ICIBIE0,大连民族学院 自动化系 2011年,24,解 由图中所示电流的参考方向，应
11、用基尔霍夫电流定律，分别由结点 a、b、c 求得,I6I4I1 (53 ) A 8 A,I2I5I4 8(5 ) A 13 A,I3I6I5 (88 ) A 16 A,或由广义结点得 I3I1I2 (313 ) A 16 A,大连民族学院 自动化系 2011年,25,二、基尔霍夫电压定律（KVL）,由电路元件组成的闭合路径称为回路。,有 adbca、aebda 和 aebca 三个回路 。,未被其他支路分割的单孔回路称为网孔。 有 adbca、aebda 两个网孔 。,大连民族学院 自动化系 2011年,26,由于电位的单值性，从 a 点出发沿回路环行一周又回到 a 点，电位的变化应为零。,对
12、回路 adbca,US2U1US1U2,与回路环行方向一致的电压前取正号， 与回路环行方向相反的电压前取负号。,US2U1US1U20,大连民族学院 自动化系 2011年,27,在电路的任何一个回路中，沿同一方向循行，同一瞬间电压的代数和为零。,对任意波形的电压, u0,在直流电路中： U0,大连民族学院 自动化系 2011年,28,如果回路中理想电压源两端的电压改用电动势表示，电阻元件两端的电压改用电阻与电流的乘积来表示，则, RI E,或 U E, U RI E,对回路 adbca,R1I1R2I2 E1E2,与回路环行方向一致的电流、电压和电动势前面取正号， 不一致的前面取负号。,大连民
13、族学院 自动化系 2011年,29,基尔霍夫电压定律不仅适用于电路中任一闭 合的回路，而且还可以推广应用于任何一个 假想闭合的一段电路。,将 a、b 两点间的电压作为电阻电压降一样考虑进去。,R IUUS0,大连民族学院 自动化系 2011年,30,解 由回路 abcdefa,Uab + UcdUed + UefE1E2,求得 Ued Uab + Ucd + Uef E1 + E2 4 + (6 )52010 V 7 V,大连民族学院 自动化系 2011年,31,由假想的回路 abcda,Uab + UcdUadE2,求得 Uad Uab + Ucd + E2 4 + (6 ) 10 V 8
14、V,大连民族学院 自动化系 2011年,32,电路分析,1、电路分析的目的2、电路分析的方法,大连民族学院 自动化系 2011年,33,1.7 支路电流法,支路电流法解题的一般步骤,(1) 确定支路数，选择各 支路电流的参考方向。,I1,I2,I3,(2) 确定结点数，列出 独立的结点电流方 程式。,n 个结点只能列出 n1 个 独立的结点方程式。,结点 a : I1I2I3 0,结点 b : I1I2I3 0,只有1个方程是独立的,大连民族学院 自动化系 2011年,34,(3) 确定余下所需的方程式数， 列出独立 的回路电压方程式。,左网孔 : R1I1 R3I3 E1 右网孔 : -R2
15、I2 -R3I3 - E2,(4) 解联立方程式，求出各支路电流的数值。,R1I1 R3I3 E1,I1 I2 I3 0,R2I2 R3I3 E2,求出：I1、 I2 和 I3。,大连民族学院 自动化系 2011年,35,解 选择各支路电流的参考方向和回路方向如图,I1,I2,I3,I4,上结点 I1I2I3 I4 0,左网孔 R1I1 R3I3+US10,中网孔 R1I1 R2I2US1US2 0,右网孔 R2I2R4I4US20,大连民族学院 自动化系 2011年,36,代入数据,I1I2I3 I4 0,I12I3120,I1 2I21212 0,2I24I4120,I14 A， I22
16、A， I34 A， I42 A,大连民族学院 自动化系 2011年,37,1.8 叠加定理,叠加定理是分析线性电路最基本的方 法之一。,在含有多个有源元件的线性电路中，任一支路的电流和电压等于电路中各个有源元件分别单独作用时在该支路产生的电流和电压的代数和。,大连民族学院 自动化系 2011年,38,解:,(1) 10V电压源单独作用，4A电流源开路,(2) 4A电流源单独作用，10V电压源短路,共同作用：,大连民族学院 自动化系 2011年,39,（1）在考虑某一有源元件单独作用时，应令其他有源元件中的 US = 0 ，IS = 0。即应将其他电压源代之以短路 ，将其他电流源代之以开路擦圈。
17、,应用叠加定理时要注意：,（2）最后叠加时，一定要注意各个有源元件单独作用时的电流和电压分量的参考方向是否与总电流和电压的参考方向一致，一致时前面取正号，不一致时前面取负号。,（3）叠加定理只适用于线性电路。,（4）叠加定理只能用来分析和计算电流和电压，不能用来计算功率。,大连民族学院 自动化系 2011年,40,大连民族学院 自动化系 2011年,41,解电压源单独作用时,= 1.75 V,大连民族学院 自动化系 2011年,42,电流源单独作用时,= ( 1 1.6 + 3 1.25 ) V = 5.35 V,最后求得,= ( 3.250.35 ) A = 3.6 A,= (1.75 +
18、5.35 ) V = 3.6 V,大连民族学院 自动化系 2011年,43,1.9 戴维宁定理,戴维宁定理是将有源二端网络用一个等效 电源代替的定理。,有源二端网络,对 R2 而言，有源二端网络相当于其电源。在对外部等效的条件下可用一个等效电源来代替。,戴维宁等效电源,诺顿等效电源,大连民族学院 自动化系 2011年,44,一、戴维宁定理,输出端开路时，二者的开路电压 UOC 应相等。,输出端短路时，二者的短路电流 ISC 应相等。,大连民族学院 自动化系 2011年,45,戴维宁定理:,一个含有独立电源、线性电阻和线性受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电压源(uoc)和电阻Req的串联
19、组合来等效置换；此电压源的电压等于一端口的开路电压，而电阻等于一端口中全部独立电源置零后的输入电阻。,大连民族学院 自动化系 2011年,46,解：,用戴维宁定理求解。,大连民族学院 自动化系 2011年,47,us1= us2=40V，R1=4， R2=2,大连民族学院 自动化系 2011年,48,大连民族学院 自动化系 2011年,49,(1) 戴维宁等效电路中电压源电压等于将外电路断开时的开路电压uoc，电压源方向与所求开路电压方向有关。,(2) 串联电阻为将一端口网络内部独立电源全部置零(电压源短路，电流源开路)后，所得无源一端口网络的等效电阻。,大连民族学院 自动化系 2011年,5
20、0,大连民族学院 自动化系 2011年,51,二、诺顿定理,大连民族学院 自动化系 2011年,52,一个含独立电源、线性电阻和线性受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电流源和电导(电阻)的并联组合来等效置换；电流源的电流等于该一端口的短路电流，而电导(电阻)等于把该一端口的全部独立电源置零后的输入电导(电阻)。,诺顿定理：,诺顿等效电路可由戴维宁等效电路经电源等效变换得到。但须指出，诺顿等效电路可独立进行证明。证明过程从略。,大连民族学院 自动化系 2011年,53,由电压源变换为电流源：,由电流源变换为电压源：,大连民族学院 自动化系 2011年,54,利用戴维宁定理解题的一般步骤如下
21、： 1、 将待求支路提出，使剩下的电路成为有源二端网络。 2、求出有源二端网络的开路电压 Uoc和等效电阻Req 。 3、用戴维宁等效电源代替有源二端网络，简化原电路。 4、求解简化电路 。,大连民族学院 自动化系 2011年,55,解 利用等效电源定理解题的一般步骤如下：,（1） 将待求支路提出，使剩下的电路成为有源二端网络。,注：诺顿定理不做具体解题要求,大连民族学院 自动化系 2011年,56,（2） 求出有源二端网络的开路电压 UOC 和等效内阻Req,根据 KVL 求得,UOC US +R1IS,（6+1 3）V 9 V,Req =1 ,大连民族学院 自动化系 2011年,57,（3）用戴维宁等效电源代替有源二端网络 ,简化原电路。,大连民族学院 自动化系 2011年,58,UeS UOC 9 V,IeS ISC 9 A, 若用戴维宁定理,(4) 求待求电流,若用诺顿定理,第 1 章 结 束,下一章,上一章,返回主页,
