电路组成及其分析方法

几点建议1本课件按照100学时组织，参考学时安排是以多媒体结合粉笔教学方式进行设计的，建议使用本课件时多媒体结合粉笔教学。2由于电工电子技术课程各专业要求及学时差别非常大，使用本课件时应根据各专业的特点、学生的基础进行适当的调整。3每一章课件的开始是该章教学的简要说明，具体的每一课中还给出了具体知识点的调整建议。建议教师调整前先将本书全部课件浏览一遍4本课件中的超链接目标页为电子教材个人版中的页面或图片，建议在电子教材个人版或简易版中使用本课件。5课件应用中有什么问题或心得可随时与我联系。陈新龙E-mail：[e-mail]公开教学网址：各章参考学时安排（全书共100学时）第一章：12学时第二章：10学时第三章：4学时第四章：6学时第五章：2学时第六章：6学时第七章：10学时第八章：10学时第九章：14学时第十章：14学时第十一章：4学时第十二章：8学时各章具体教学组织中有学时数较多（或少）时的调整建议。以上安排仅供参考，针对具体的专业特点、学生实际情况，应进行适当的调整，不可绝对照抄。《电工电子技术基础教程》主编：陈新龙第1章电路的组成及其分析方法本章从电路的组成及其分类出发，介绍了电路模型的概念、求解电路模型的基本定律、电阻元件、电源元件的联接方式及其特点；在此基础上进一步介绍电路分析的常用方法：如等效变换、支路电流、结点电压、叠加原理、戴维宁定理与诺顿定理等。本章为基础章，要求除书中标明的选讲内容外全部掌握本章建议学时数：12学时（学时数较多的专业建议增加1堂习题课）。一．引言本教材分两篇给大家介绍电工电子技术方面的基础知识，以使读者对其有初步了解二十一世纪是一个信息化、网络化、数字化的时代。新时代的工科生应掌握必要的电工电子技术方面的知识第1课二．电路的引入将实际元件理想化，在一定条件下突出其主要电磁性质，忽略其次要性质，这样的元件所组成的电路称为实际电路的电路模型（简称电路）实际电气设备包括电工设备、联接设备两个部分。手电筒便是一个电气设备；它包括电池、筒体、开关和小灯泡电池、小灯泡为电工设备；筒体、开关为联接设备将电池视为内阻为R0，电动势为E的电压源；忽略筒体，开关视为理想开关；小灯泡视为电阻。则手电筒模型如图电路理论不是研究实际电路的理论，而是研究由理想元件构成的电路模型的分析方法的理论。常见元件图形符号如下：通过建立实际电路的模型，可利用电路理论求解电路各部分的电压和电流，从而求出待求问题。三．电压和电流的方向电流I、电动势E、电压U是电路的基本物理量，是具有方向的物理量必须首先理解电压、电流的方向（或称为极性）并在电路中标注，才能写出电路方程电压、电流是客观存在的物理现象，有实际方向和参考方向之分。正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向为电流的实际方向端电压的方向规定为高电位端（即“+”极）指向低电位端（即“-”极），即为电位降低的方向。电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位端（“-”极）指向高电位端（“+”极），即为电位升高的方向虽然电压电流的方向是客观存在的，然而，常常难以直接判断其方向常可任意选定某一方向作为其参考方向（电路中所标的电压、电流、电动势的方向一般均为参考方向）电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向一般用极性“+”、“-”来表示，也可用双下标表示。如Uab表示其参考方向是a指向b，a点参考极性为“+”，b点参考极性为“-”。选定电压电流的参考方向是电路分析的第一步，只有参考方向选定以后，电压电流之值才有正负。当实际方向与参考方向一致时为正，反之，为负。通过一个例题来理解四．基尔霍夫电流定律理解了电路模型以后，可以利用欧姆定律分析求解简单电路还应理解分析与计算电路最基本的定律：基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律基尔霍夫电流定律表述如下：在任一瞬时，流向某一结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和，即在任一瞬时，一个结点上电流的代数和恒等于零，这便是基尔霍夫电流定律几个概念支路：电路中的每一分支称为支路，一条支路流过同一个电流，称为支路电流。结点：电路中三条或三条以上的支路相联接的点称为结点图示电路共有三个电流，因此有三条支路,分别由ab、acb、adb构成。图示电路共有两个结点a和bacb、adb两条支路中含有电源，称为有源支路；ab支路不含电源，称为无源支路对图示结点，其流入该结点的电流之和应该等于由该结点流出的电流之和，即：I3=I1+I2基尔霍夫电流定律通常应用于结点，但也可以应用于包围部分电路的任一假设的闭合面可见，任一瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和恒等于0在图示电路中，有：IA+IB+IC=0（请注意IA、IB、IC均为流入电流）可通过一个例题来理解五．基尔霍夫电压定律分析与计算电路最基本的定律还有：基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律表述如下：在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零，这便是基尔霍夫电压定律。回路的概念：回路是一个闭合的电路上图中，E1、R1、R3构成一个回路；R3、R2、E2也构成一个回路回路可分为许多段，在左图中，E1、R1、R2、E2构成一个回路，可分为E1、R1、R2、E2四个电压段。回路电压关系为：U1+U4-U2-U3=0即：ΣU=0（假定电位降为正）从b点出发，依照虚线所示方向循行一周，其电位升之和为U2+U3，电位降之和为U1+U4；回路中各段电压的代数和为零，这便是基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律不仅可应用于回路，也可以推广应用于回路的部分电路对想象回路应用基尔霍夫电压定律，有UAB=UA–UB在左图示电路中，我们想象A、B两点存在一个如图示方向的电动势，其端电压为UAB，则UA、UB、UAB构成一个回路这便是基尔霍夫电压定律的推广应用可通过一个例题来理解基尔霍夫电压定律六．小结重点：电路模型、基尔霍夫定律第2课在本次课中，我们将在本次课中，我们将介绍电阻元件的串联、并联、三角形、星形联接等一．上一课回顾答案：为负结点示意图如右图，已知I1、I2的数值为正值，请问I3的数值为正还是为负？左图中，请判断它共存在多少个回路?有多少决定电路结构的回路答案：7、3二．电阻元件的联接概述对于复杂电路，纯粹用基尔霍夫定律分析过于困难需要根据电路的结构特点去寻找分析与计算的简便方法电阻元件是构成电路的基本元件之一，采用不同的联接方法，电路的结构便不一样，其分析方法也就可能不同。在实际使用中，电阻元件的联接方式主要有：串联联接、并联联接、三角形联接、星形联接、桥式联接方式等。三．电阻元件的串联联接如果电路中有两个或更多个电阻一个接一个地顺序相联，并且在这些电阻上通过同一电流，则这样的联接方法称为电阻串联（如右图）两个电阻R1、R2串联可用一个电阻R来等效代替，这个等效电阻R的阻值为R1+R2（即右上图可用右下图等效）串联是电阻元件联接的基本方式之一，也是其它元件联接的基本方式之一电阻串联的物理连接特征为电阻一个接一个地顺序相联电阻串联的应用很多。例如在负载额定电压低于电源电压的情况下，可根据需要与负载串联一个电阻以分压串联电阻上电压的分配与电阻成正比，电阻R1、R2上的电压如右电阻串联的几点结论两个电阻R1、R2串联可用一个电阻R来等效代替，等效电阻R的阻值为R1+R2四．电阻元件的并联联接如果电路中有两个或更多个电阻联接在两个公共的结点之间，则这样的联接方法称为电阻并联（如右图）两个电阻R1、R2并联可用一个电阻R来等效代替（这个等效电阻R的阻值的倒数为（1/R1+1/R2），即右上图可用右下图等效电阻并联的物理连接特征为两个或更多个电阻联接在两个公共的结点之间一般负载都是并联使用的。各个不同的负载并联时，它们处于同一电压下，任何一个负载的工作情况基本不受其它负载的影响并联电阻上电流的分配与电阻成反比，电阻R1、R2上的电流如右电阻并联的几点结论两个电阻R1、R2并联可用一个电阻R来等效代替（其阻值的倒数为（1/R1+1/R2）通过合并串并联电阻简化电路是分析电路的基本方法之一，下面我们通过几个例题来理解其应用用电阻R23等效替换R2、R3（这种变换对电阻R1而言是等效的，对R2、R3而言是不等效的）；再用电阻R等效替换R1、R23，可求I（详细解答）。例1电路如右图，已知R1=4Ω、R2=R3=8Ω，U=4V请求I、I1、I2、I3几个例题R=2Ω、I=U/R=2A、I1=1A、I2=I3=0.5A可通过合并串、并联电阻求出总等效电阻从而求出电流I并根据分流公式求出I7（详细解答）。例2电路如下图，请求I、I7？I=2A、I7=1A五．电阻元件的三角形、星形与桥式联接在实际电路中，电阻元件除采用串联、并联联接方式以外，还存在许多既非串联，又非并联的联接方法如左图，Ra、Rb、Rab三个电阻首尾联接，构成一个闭合的三角形状，我们称这种联接为三角形（△形）联接。类似地，Rca、Rbc、Rab也构成三角形（△形）联接。△形联接也常称π形联接图中，Ra、Rb、Re三个电阻一端联接在一起，我们称这种联接为星形（丫形）联接。Ra、Rb、Rbc、Rca四个电阻首尾联接，中间用Rab像桥一样相互联接，这种联接称为桥式联接。丫形联接也常称T形联接。三角形、星形、桥式联接为实际电路元件的常见联接方法对外部电路而言，三角形联接的电阻网络可用星形联接的电阻网络取代，反之亦然（即对外部电路而言，下面两图可互换。请记住丫形网络（左图）用△形网络替换的变换公式及△形网络（右图）用丫形网络替换的变换公式电路中没有直接电阻串、并联关系。可通过将△形电阻网络用丫形网络等效替换后再合并串、并联电阻后求解（详细解答）。例3电路如下图，已知Ra=Rab=Rbc=4Ω、Rca=8Ω、Rb=Re=5Ω、U=24V请求I、Rb上电压URb？I=2.4A、URb=6V六．本课的重点与难点重点：电阻元件的串并联联接难点：电阻元件的三角形、星型的等效变换及应用。七．思考题电路如上图，Ra=Rbc=4Ω、Rca=8Ω，电阻Rab上流过电流为0，请求Rb的值第3课在本次课中，我们将介绍电源元件的使用及其模型上一课回顾一．电源元件的概念如果一个二端元件对外输出的端电压或电流能保持为一个恒定值或确定的时间函数，我们就把这个二端元件称为电源。依照电源的输出类型是电压还是电流可分为电压源、电流源。依照电源的输出是否恒定可分为直流电源、交流电源。二．电压源模型的引入电压源是使用非常广泛的一种电源模型，如电池便可用电压源来表示电源是电路的基本部件之一，它负责给电路提供能量，是电路工作的源动力一个电源可以用两种不同的电路模型来表示，用电压形式来表示的模型为电压源模型；用电流形式来表示的模型为电流源模型电压源是用电动势E和内阻R0串联来表示电源的电路模型（如左图）下面以电压源模型为例介绍电源元件的使用三．有载工作分析将在电子技术中介绍电源的实现，在此，更关心电源驱动电路的能力所谓电源有载工作是指电源开关闭合，电源与负载接通构成电流回路的电路状态可通过左图示手电筒模型来理解电路的伏安关系如右表征电源的外部特性常用功率，将上式各项乘以I，则得到功率平衡式式（1-3-4）表明，在一个电路中，电源产生的功率等于负载取用的功率与电源内阻消耗的功率的和，我们称之为功率平衡（可通过一个例题来理解）用功率表示为：P=PE–ΔP式中，P=UI，为电源输出功率；PE=EI，为电源产生功率；ΔP=R0I2，为电源内阻消耗功率手电筒电路的伏安关系如右当RO=0时，也就是说，电源的内阻等于零时，电源端电压U恒等于电源电动势E，是一定值，而其中的电流I由负载电阻确定。我们把这样的电压源称为理想电压源或恒压源电压源是用电动势E和内阻R0串联来表示电源的电路模型，其数学描述为四．理想电压源理想电压源具有以下两个基本性质：其端电压U是一定值，与流过的电流I的大小无关；流过的电流是任意的，其数值由与电压源相联接的外电路决定实际上，理想的电压源是不存在的五．电流源模型一个实际电源除可以用电压源的模型来表示