情境2-万用电桥的调试与使用

下一页章目录返回上一页情境2万用电桥的调试与使用§２.3支路电流法、叠加定律§２.4万用电桥的调试与使用§２.2基尔霍夫定律本章小结主要内容§２.1电路的三种状态下一页章目录返回上一页本章要求:1.理解霍夫定律、并掌握运用以上基尔霍夫定律分析电路的方法；2.理解电流的叠加定律,并掌握运用叠加定律分析简单电路的方法；3.熟悉万用电桥的调试与使用方法。情境2万用电桥的调试与使用下一页章目录返回上一页2.1电路的三种状态§2.1.1空载状态§2.1.2短路状态§2.1.2有载工作状态主要内容下一页章目录返回上一页特征:开关断开2.1.1空载状态（断路或开路状态）I=0电源端电压(开路电压)负载功率U=U0=EP=01.开路处的电流等于零；I=02.开路处的电压U视电路情况而定。电路中某处断开时的特征:I+–U有源电路IRoR+-EU0+-下一页章目录返回上一页电源外部端子被短接2.1.2短路状态特征:0SREII电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉短路电流（很大）U=0PE=P=I²R0P=01.短路处的电压等于零；U=02.短路处的电流I视电路情况而定。电路中某处短路时的特征:I+–U有源电路IR0R+-EU0+-下一页章目录返回上一页开关闭合,接通电源与负载RREI+0负载端电压U=IR特征:2.1.3有载工作状态IR0R+-EU+-I①电流的大小由负载决定。②在电源有内阻时，IU。或U=E–IR0当R0R时，则UE，表明当负载变化时，电源的端电压变化不大，即带负载能力强。③电源输出的功率由负载决定。P=PE–P下一页章目录返回上一页电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=UI0，电源；P=UI0，负载。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；P=UI0，电源。1.根据U、I的实际方向判别2.根据U、I的参考方向判别电源：U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出，（发出功率）；负载：U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。（吸收功率）。下一页章目录返回上一页电气设备的额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备的三种运行状态欠载(轻载)：IIN，PPN(不经济)过载(超载)：IIN，PPN(设备易损坏)额定工作状态：I=IN，P=PN(经济合理安全可靠)1.额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。例：灯泡：UN=220V，PN=60W电阻：RN=100，PN=1W下一页章目录返回上一页［例1-1］在图1-10所示的电路中，已知E=36V,R1=2kΩ，R2=8kΩ，试在下列三种情况下，分别求出电压U2和电流I2、I3。(1)R3=8kΩ；(2)R3=∞（即R3处断开）；(3)R3=0（即R3处短接）。图1-10例1-1的电路＋－ER1R3U2I1R2I2I3下一页章目录返回上一页（1）当R3=8kΩ时，电路中的总电阻为kRRRRRR68888232321++++故VIRUmAIIImAREI243832166362221321图1-10例1-1的电路＋－ER1R3U2I1R2I2I3解：下一页章目录返回上一页（2）当R3=∞时，电路中的总电阻为R=R1+R2=10kΩ故06.31036312ImAREIIU2=R2I2=8×3.6=28.8V（3）当R3=0时，R2被短路，电路中的总电阻为R=R1=2kΩI2=0VUmAREII018236213图1-10例1-1的电路＋－ER1R3U2I1R2I2I3下一页章目录返回上一页2.2基尔霍夫定律§2.2.1基尔霍夫电流定律§2.2.2基尔霍夫电压定律主要内容课堂小结下一页章目录返回上一页2.2基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1123下一页章目录返回上一页例1：支路：ab、bc、ca、…（共6条）回路：abda、abca、adbca…（共7个）结点：a、b、c、d(共4个）网孔：abd、abc、bcd（共3个）adbcE–+GI2I4IGI1I3I下一页章目录返回上一页2.2.1基尔霍夫电流定律(KCL定律)1．定律即:Ｉ入=Ｉ出在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。实质:电流连续性的体现。或:Ｉ=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1对结点a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。下一页章目录返回上一页电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2．推广I=?例:广义结点I=0IA+IB+IC=0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V下一页章目录返回上一页在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。2.2.2基尔霍夫电压定律（KVL定律)1．定律即：U=0在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。对回路1：对回路2：E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=0I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E112基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。下一页章目录返回上一页1．列方程前标注回路循行方向；电位升=电位降E2=UBE+I2R2U=0I2R2–E2+UBE=02．应用U=0列方程时，项前符号的确定：如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。3.开口电压可按回路处理注意：1对回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_下一页章目录返回上一页例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0对回路adbca，沿逆时针方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0应用U=0列方程对回路cadc，沿逆时针方向循行：–I2R2–I1R1+E=0adbcE–+I2I4I6I1I3I下一页章目录返回上一页［例1-8］图1-25所示的电路中，已知E1=23V,E2=6V,R1=10Ω,R2=8Ω,R3=5Ω,R4=R6=1Ω,R5=4Ω,R7=20Ω,试求电流IAB及电压UCD。＋－E1R2I1R1R3DAR7IABUCDR5CBR4R6＋－E2I2下一页章目录返回上一页［解］电路中各支路电流的参考方向及回路的绕行方向如图1-25所示，各支路电压与电流采取关联参考方向。图中虚线框所示部分可看成广义节点，由于C、D两点之间断开，流出此闭合面的电流为零，故流入此闭合面的电流IAB=0ARRREIARRREI1141615810236542232111++++++++下一页章目录返回上一页在回路ABCD中应用基尔霍夫电压定律，假定回路的绕行方向如图1-25所示，可列出方程：由于IAB=0，上式代入数据可得下一页章目录返回上一页要求：掌握支路电流法、叠加原理等电路的基本分析方法。2.3电路的分析方法下一页章目录返回上一页2.3.1支路电流法支路电流法：以支路电流为未知量、应用基尔霍夫定律（KCL、KVL）列方程组求解。对上图电路支路数：b=3结点数：n=212ba+-E2R2+-R3R1E1I1I3I23回路数=3单孔回路（网孔）=2若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程下一页章目录返回上一页1.在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向。2.应用KCL对结点列出(n－1)个独立的结点电流方程。3.应用KVL对回路列出b－(n－1)个独立的回路电压方程（通常可取网孔列出）。4.联立求解b个方程，求出各支路电流。ba+-E2R2+-R3R1E1I1I3I2对结点a：例1：12I1+I2–I3=0对网孔1：对网孔2：I1R1+I3R3=E1I2R2+I3R3=E2支路电流法的解题步骤:下一页章目录返回上一页支路数b=4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，能否只列3个方程？例2：试求各支路电流。baI2I342V+–I11267A3cd12支路中含有恒流源。可以。注意：(1)当支路中含有恒流源时，若在列KVL方程时，所选回路中不包含恒流源支路，这时，电路中有几条支路含有恒流源，则可少列几个KVL方程。(2)若所选回路中包含恒流源支路，则因恒流源两端的电压未知，所以，有一个恒流源就出现一个未知电压，因此，在此种情况下不可少列KVL方程。下一页章目录返回上一页(1)应用KCL列结点电流方程支路数b=4，但恒流源支路的电流已知，则未知电流只有3个，所以可只列3个方程。(2)应用KVL列回路电压方程(3)联立解得：I1=2A，I2=–3A，I3=6A例2：试求各支路电流。对结点a：I1+I2–I3=–7对回路1：12I1–6I2=42对回路2：6I2+3I3=0baI2I342V+–I11267A3cd当不需求a、c和b、d间的电流时，(a、c)(b、d)可分别看成一个结点。支路中含有恒流源12因所选回路不包含恒流源支路，所以，3个网孔列2个KVL方程即可。下一页章目录返回上一页(1)应用KCL列结点电流方程支路数b=4，且恒流源支路的电流已知。(2)应用KVL列回路电压方程(3)联立解得：I1=2A，I2=–3A，I3=6A例2：试求各支路电流。对结点a：I1+I2–I3=–7对回路1：12I1–6I2=42对回路2：6I2+UX=0baI2I342V+–I11267A3cd12因所选回路中包含恒流源支路，而恒流源两端的电压未知，所以有3个网孔则要列3个KVL方程。3+UX–对回路3：–UX+3I3=0下一页章目录返回上一页例3：电路如图2-2所示。已知E1=4V，R1=10Ω,E2=2V，R2=10Ω，Is=1A，求电路中各电源的功率及两电阻吸收的功率。＋－E1R1I1＋－E2R2I2ⅠⅡIs＋－U［解］假定各支路电流及电流源端电压的参考方向如图所示。根据基尔霍夫电流定律得I1+Is-I2=0①选定回路Ⅰ和回路Ⅱ的循行方向如图所示。根据基尔霍夫电压定律得回路Ⅰ：R1I1+U-E1=0②回路Ⅱ：R2I2+E2-U=0③下一页章目录返回上一页例3：电路如图2-2所示。已知E1=4V，R1=10Ω,E2=2V，R2=10Ω，Is=1A，求电路中各电源的功率及两电阻吸收的功率。＋－E1R1I1＋－E2R2I2ⅠⅡIs＋－U联立方程①、②、③，代入数据后解得I1=-0.4A,I2=0.6A,U=8V电压源E1吸收的功率为:P1=-E1I1=-4×(-0.4)=1.6W电压源E2吸收的功率为:P2=E2I2=2×0.6=1.2W电流源Is吸收的功率为:Ps=-UIs=-8×1=-8W（实为发出功率）两电阻吸收的功率为：P=I21R1+I22R2=(-0.4)2×10+0.62×10=5.2W可见，Ps=P1+P2+P，整个电路中发出的功率等于吸收的功率。下一页章目录返回上一页课堂小结1、用支路电流法分析电路；2、支路电流法的优缺点优点：最基本的方法之一，只需根据基尔霍夫定律、欧姆定律求解；缺点：当电路中支路比较多时，所需方程多，求解不便。下一页章目录返回上一页2.3.2电压源任何一个实际的电源都可以用一个电动势E和内阻R0相串联的理想电路元件的组合来表示，这种电路模型称为电压源模型，简称电压源。图1-13电压源与外电路的连接＋－R0UEIRU=E-R0I（1-16）电源的端电压U与输出电流I之间的关系，称为电源的伏安特性。直流电压源的伏安特性方程式为下一页章目录返回上一页图1-14电压源和理想电压源的伏安特性曲线UI理想电压源电压源0sREI＝EO图1-15理想电压源模型＋－UE下一页章目录返回上一页电压源的特点：（1）端电压固定不变，