《電工基礎》(勞動第五版)課件——第三章[知識發(fā)現(xiàn)]

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1、第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析31 基爾霍夫定律32 電壓源與電流源的等效變換33 戴維南定理34 疊加原理1學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析1.了解復雜電路和簡單電路的區(qū)別,了解復雜電路的基本術語。2.掌握基爾霍夫第一定律的內(nèi)容,并了解其應用。3.掌握基爾霍夫第二定律的內(nèi)容,并了解其應用。3131基爾霍夫定律基爾霍夫定律第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析不能用電阻串、并聯(lián)化簡求解的電路稱為復雜電路復雜電路。節(jié)點節(jié)點 3條或3條以上連接有電氣元件的導線的連接點稱為節(jié)點。一、復雜電路的基本概念一、復雜電路的基本概念圖31 復雜電路示例

2、3學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析支路支路 電路中相鄰節(jié)點間的分支稱為支路。它由一個或幾個相互串聯(lián)的電氣元件所構成,且每條支路中除了兩個端點外不再有其他節(jié)點。其中含有電源的支路稱為有有源支路源支路,不含電源的支路稱為無源支路無源支路?；芈泛途W(wǎng)孔回路和網(wǎng)孔 電路中任一閉合路徑都稱為回路。一個回路可能只含一條支路,也可能包含幾條支路。其中,在電路圖中不被其他支路所分割的最簡單的回路又稱獨立獨立回路回路或網(wǎng)孔網(wǎng)孔。網(wǎng)孔一定是回路,但回路不一定是網(wǎng)孔。4學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析基爾霍夫第一定律又稱節(jié)點電流定律節(jié)點電流定律。它指出:在任一瞬間,

3、流進某一節(jié)點的電流之和恒等于流出該節(jié)點的電流之和,即對任一節(jié)點來說,流入(或流出)該節(jié)點電流的代數(shù)和恒等于零。二、基爾霍夫第一定律二、基爾霍夫第一定律流入總電流=流出總電流 流入總水量=流出總水量基爾霍夫第一定律5學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析在應用基爾霍夫第一定律求解未知電流時,可先任意假設支路電流的參考方向,列出節(jié)點電流方程。通?？蓪⒘鬟M節(jié)點的電流取正,流出節(jié)點的電流取負,再根據(jù)計算值的正負來確定未知電流的實際方向。有些支路的電流可能是負的,這是由于所假設的電流方向與實際方向相反。6學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 圖示電路中,I

4、1=2A,I2=-3A,I3=-2A,求電流I4。解:由基爾霍夫第一定律可知代入已知值可得7學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 電路如圖所示,求電流I3。解:對A節(jié)點因為I1=I2,所以I3=0。同理,對B節(jié)點因為I4=I5,也得I3=0。由此可知,沒有構成回路的單支路電流為零。8學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析基爾霍夫第一定律可以推廣應用于任一假設的閉合閉合面面(廣義節(jié)點廣義節(jié)點)。 或流入此閉合面的電流恒等于流出該閉合面的電流。廣義節(jié)點9學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 下圖所示電路中,若電流IA=1A

5、,IB=-5A,ICA=2A,求電流IC、IAB和IBC。解:由可得10學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析三、基爾霍夫第二定律三、基爾霍夫第二定律基爾霍夫第二定律又稱回路電壓定律回路電壓定律。它指出:在任一回路中,各段電路電壓降的代數(shù)和恒等于零。用公式表示為電源電動勢之和=電路電壓降之和 攀登總高度=下降總高度基爾霍夫第二定律11學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析基爾霍夫第二定律的另一種表示形式:在任一回路循環(huán)方向上,回路中電動勢的代數(shù)和恒等于電阻上電壓降的代數(shù)和。12學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析在用式U =0時,凡

6、電流的參考方向與回路循環(huán)方向一致者,該電流在電阻上所產(chǎn)生的電壓降取正,反之取負。電動勢也作為電壓來處理,即從電源的正極到負極電壓取正,反之取負。在用式E = IR 時,電阻上電壓的規(guī)定與用式U =0時相同,而電動勢的正負號則恰好相反,也就是當循環(huán)方向與電動勢的方向(即由電源負極通過電源內(nèi)部指向正極)一致時,該電動勢取正,反之取負。13學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析四、支路電流法四、支路電流法【例】 下圖所示電路,E1=18V,E2=9V,R1=R2=1,R3=4,求各支路電流。解:(1)標出各支路電流參考方向和獨立回路的循環(huán)方向,應用基爾霍夫第一定律列出節(jié)點電流方程

7、(2)應用基爾霍夫第二定律列出回路電壓方程對于回路1有對于回路2有14學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析整理得聯(lián)立方程(3)解聯(lián)立方程得電流方向都和假設方向相同。15學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析這種以支路電流為未知量,依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點電流方程和回路電壓方程,然后聯(lián)立求解的方法稱為支路電支路電流法流法。支路電流參考方向和獨立回路循環(huán)方向可以任意假設,繞行方向一般取與電動勢方向一致,對具有兩個以上電動勢的回路,則取較大電動勢的為循環(huán)方向。16學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析在上例電路中,雖然有三條支路,但只有兩

8、個節(jié)點,求解這一類電路時,可以先求出兩個節(jié)點間的電壓,然后再求各支路電流。節(jié)點電壓法節(jié)點電壓法17學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析1.理解電壓源和電流源的特點。2.能正確進行電壓源和電流源之間的等效變換。3232電壓源與電流源的等效變換電壓源與電流源的等效變換第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析通常把內(nèi)阻為零的電源稱為理想電壓源理想電壓源,又稱恒壓源恒壓源,其符號如圖所示。理想電壓源在實際中并不存在,電源都會有一定的內(nèi)阻,在分析電路時,可以把一個實際電源用一個恒壓源和內(nèi)阻串聯(lián)表示,稱為電壓源模型電壓源模型,簡稱電壓源電壓源。一、電壓源一、電壓源理想電壓源

9、(恒壓源) 電壓源模型 19學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析二、電流源二、電流源通常把內(nèi)阻無窮大的電源稱為理想電流源理想電流源,又稱恒恒流源流源。實際中理想電流源并不存在,在分析電路時,可以把一個實際電源用一個恒流源和內(nèi)阻并聯(lián)表示,稱為電流源模型電流源模型,簡稱電流源電流源。理想電流源(恒流源)電流源模型20學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析三、電壓源與電流源的等效變換三、電壓源與電流源的等效變換同一電源的兩種電源模型應對外等效,那么它們對相同的電阻R應產(chǎn)生相同的作用效果,即負載電阻應得到相同的電壓U 和電流IL,并且電源的內(nèi)阻r也應相等。電壓

10、源與電流源的等效變換21學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 將圖a中的電壓源轉(zhuǎn)換為電流源,將圖b中的電流源轉(zhuǎn)換為電壓源。22學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析電壓源與電流源等效變換時,應注意以下幾點:1.電壓源正負極參考方向與電流源電流的參考方向在變換前后應保持一致。2.兩種實際電源等效變換是指外部等效,對外部電路各部分的計算是等效的,但對電源內(nèi)部的計算是不等效的。3.理想電壓源與理想電流源不能進行等效變換。23學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 電路如圖a所示,用電源變換的方法求R3支路的電流。24學習園地第

11、三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析受控源受控源前面所討論的電源都是獨立電源,簡稱獨立源,獨立源所提供的電壓或電流都是由電源本身決定的,與電源之外的其他電路無關,而受控源的電壓或電流則要受其他電路的電壓或電流的控制。為了與獨立源相區(qū)別,受控源的圖形符號用菱形表示。受控電壓源 受控電流源受控源的圖形符號25學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析受控源是一種四端元件,一對是輸入端,另一對是輸出端,輸出受輸入的控制。因此,輸入量稱為控制量,輸出量稱為受控量。根據(jù)控制量是電壓還是電流,受控源是電壓源還是電流源,受控源可分為四種類型:電壓控制電壓源(VCVS);電壓控制電

12、流源(VCCS); 電流控制電壓源(CCVS);電流控制電流源(CCCS)。晶體三極管及其等效的受控源模型26學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析1.理解戴維南定理,并能應用于分析計算電路。2.理解負載獲得最大功率的條件和功率匹配的概念。3333戴維南定理戴維南定理第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析一、戴維南定理一、戴維南定理如果一個復雜電路,并不需要求所有支路的電流,而只要求某一支路的電流,在這種情況下,可以先把待求支路移開,而把其余部分等效為一個電壓源,這樣計算就很簡便了。戴維南定理所給出的正是這種方法,所以戴維南定理又稱等效電壓源定理等效電壓源定理。

13、這種等效電壓源電路也稱戴維南等效戴維南等效電路電路。等效電路28學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析任何具有兩個引出端的電路(也稱網(wǎng)絡)都可稱為二端二端網(wǎng)絡網(wǎng)絡。若在這部分電路中含有電源,就稱為有源二端網(wǎng)絡有源二端網(wǎng)絡,否則就稱為無源二端網(wǎng)絡無源二端網(wǎng)絡。有源二端網(wǎng)絡 無源二端網(wǎng)絡29學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析利用戴維南定理求解的步驟如下:30學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析1.戴維南定理只適用于線性有源二端網(wǎng)絡,若有源二端網(wǎng)絡內(nèi)含有非線性電阻,則不能應用戴維南定理。2.在畫等效電路時電壓源參考方向應與選定的有源二

14、端網(wǎng)絡開路電壓參考方向一致。31學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 電橋電路如圖a所示,已知R1=10，R2=2.5，R3=5，R4=20，E=12.5V (內(nèi)阻不計),R5=69，求電阻R5上通過的電流。32學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析解:(1)先移開R5支路,求開路電壓UAB,如圖b所示。(2)再求等效電阻RAB (注意要將電源除去,視為短路),如圖c所示。(3)畫出等效電路,并將R5接入,如圖d所示,則33學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析二、電源向負載輸出的功率二、電源向負載輸出的功率負載獲得最大功率的

15、條件是:負載電阻與電源的內(nèi)阻相等,即R=r,這時負載獲得的最大功率為由于負載獲得最大功率也就是電源輸出最大功率,因而這一條件也是電源輸出最大功率的條件。34學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析當電動勢和內(nèi)阻均為恒定時,負載功率P 隨負載電阻R變化的關系曲線如圖所示。負載獲得最大功率的條件結論并不僅限于實際電源,它同樣適用于有源二端網(wǎng)絡變換而來的等效電壓源。35學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析【例】 圖a所示電路中,電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r=10,電阻R1=10,要使R2獲得最大功率，R2的阻值應為多大? 這時R2獲得的功率是多少?解:(1)移開

16、R2支路,將左邊電路看成有源二端網(wǎng)絡(圖b)。(2)將有源二端網(wǎng)絡等效變換成電壓源(圖c)。36學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析(3)R2=r0=5時,R2可獲得最大功率(圖d)。37學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析當負載電阻與電源內(nèi)阻相等時,稱為負載與電源匹配匹配。這時負載上和電源內(nèi)阻上消耗的功率相等,電源的效率即負載功率與電源輸出總功率之比只有50%。在電子電路中,因為信號一般很弱,常要求從信號源獲得最大功率,因而必須滿足匹配條件。38學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析在負載電阻與信號源內(nèi)阻不等的情況下,為了實現(xiàn)匹

17、配,往往要在負載之前接入變換器。未接變換器前輸出功率小 接入變換器后輸出功率大變換器的作用39學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析1.了解疊加原理的內(nèi)容和適用條件。2.能正確使用疊加原理分析計算電路。3434疊加原理疊加原理第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析實際電路 設E1單獨作用 設E2單獨作用疊加原理解含有幾個獨立源的復雜電路時,可將其分解為幾個獨立源單獨作用的簡單電路來研究,然后將計算結果疊加,求得原電路的實際電流、電壓,這一原理稱為疊加原理疊加原理。41學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析應用疊加原理解題步驟如下:計算功率不能

18、采用疊加原理直接疊加。計算功率不能采用疊加原理直接疊加。42學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析(1)疊加原理只適用于線性電路。(2)計算某一獨立電源單獨作用所產(chǎn)生的電流(或電壓)時,應將電路中其他獨立恒壓源視為短路(即令US=0),其他獨立恒流源視為開路(即令IS=0),所有獨立源的內(nèi)阻都應保留不變。43學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析(3)在進行疊加時,要注意各個分量在電路圖中所標出的參考方向,若所求分量的參考方向與圖中總量的參考方向一致,疊加時取正號,相反時取負號。(4)疊加原理只能用來計算線性電路中的電流或電壓,但功率P 不能用疊加原理計

19、算,因為功率與電流(或電壓)之間不是線性關系。44學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析本章小結本章小結1.基爾霍夫第一定律,反映了節(jié)點上各支路電流之間的關系。其表達式為:I進=I出。2.基爾霍夫第二定律,反映了回路中各元件電壓之間的關系。其表達式為: E =IR。3.支路電流法是以支路電流為未知量,依據(jù)基爾霍夫定律列出節(jié)點電流方程和回路電壓方程,然后聯(lián)立方程, 求出各支路電流。如果電路有m 條支路、n 個節(jié)點, 即可列出(n-1)個獨立節(jié)點電流方程和m- (n-1)個獨立回路電壓方程。45學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析4.電壓源與電流源的外特性相同時,對外電路來說,這兩個電源是等效的。電壓源變換為電流源: ,內(nèi)阻r 阻值不變,但要將其改為并聯(lián)。電流源變換為電壓源: ,內(nèi)阻r 阻值不變,但要將其改為串聯(lián)。5.戴維南定理:任何線性有源二端網(wǎng)絡都可以用一個等效電壓源來代替。這個等效電壓源的電動勢等于該二端網(wǎng)絡的開路電壓,它的內(nèi)阻等于該二端網(wǎng)絡的入端電阻。46學習園地第三章第三章 復雜直流電路的分析復雜直流電路的分析6.負載電阻與電源的內(nèi)阻相等,即R=r0 時,負載獲得的功率最大:7.疊加原理是線性電路的基本原理。其內(nèi)容是:電路中任一支路的電流(或電壓)等于每個電源單獨作用時產(chǎn)生的電流(或電壓)的代數(shù)和。47學習園地