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1、电工学电工学 第第1章章第1页，此课件共100页哦1.1电路的组成及基本物理量1.1.1电路的组成1.1.2电路的基本物理量第2页，此课件共100页哦1.1 电路的组成及基本物理量电路的组成及基本物理量1.1.1 电路的组成电路的组成电路是由各种电气器件按一定方式用导线连接组成的总体，它提供了电流通过的闭合路径。电路的组成部分包括：电源：是供应电能的设备。如发电厂、电池等。负载：是取用电能的设备。如电灯、电机等。中间环节：是连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。如变压器、输电线等。第3页，此课件共100页哦 电路的功能和作用有两类：第一类功能是进行能量的转换、传输和分配；第二类功能是进
2、行信号的传递与处理。例如，扩音机输入的是由声音转换而来的电信号，通过晶体管组成的放大电路，输出的便是放大了的电信号，从而实现了放大功能；电视机可将接收到的信号，经过处理，转换成图像和声音。电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，为了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的各种电器设备和元器件用一些能够表征它们主要电磁特性的理想元件(模型)来代替，而对它的实际上的结构、材料、形状等非电磁特性不予考虑。由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型，也叫做实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如，图1.1所示的实际电路的电路模型如图1.2所示。第4页，此课件共100页哦图图1.1 简单的电路简单
3、的电路图图1.2 电路模型电路模型(电路图电路图)图1.1所示为一最简单的电路。第5页，此课件共100页哦名 称符 号名 称符 号电阻电压表电池接地 或电灯熔断器开关电容电流表电感常用理想元件及图形符号如表1.1所示。第6页，此课件共100页哦1.1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量1.电流电流 电流是由电荷的定向移动而形成的。当金属导体处于电场之内时，自由电子要受到电场力的作用，逆着电场的方向作定向移动，这就形成了电流。大小和方向均不随时间变化的电流叫恒定电流，简称直流(Direct Current)，记为DC或dc。直流电流I与时间t的关系在It坐标系中为一条与时间轴平行的直线。电流的
4、强弱用电流强度来表示，对于恒定直流，电流强度I用单位时间内通过导体截面的电量Q来表示，即 电流的单位是A(安培)。在1s内通过导体横截面的电荷为1C(库仑)时，其电流为1A。计算微小电流时，电流的单位用mA(毫安)、A(微安)或nA(纳安)，其换算关系为：1kA=103A；1mA=103 A；1A=106 A；1nA=109A第7页，此课件共100页哦图图1.3 参考正方向与实际方向参考正方向与实际方向 习惯上，规定正电荷的移动方向为电流的实际方向。在外电路，电流由正极流向负极；在内电路，电流由负极流向正极。在简单电路中，电流的实际方向可由电源的极性确定，在复杂电路中，电流的方向有时事先难以确
5、定。出于分析电路的需要，我们引入了电流的参考正方向的概念。在进行电路计算时，先任意选定某一方向作为待求电流的正方向，并根据此正方向进行计算，若计算得到结果为正值，则电流的实际方向与选定的正方向相同；若计算得到结果为负值，则电流的实际方向与选定的正方向相反。图中实线箭头表示电流的参考正方，虚线箭头表示实际方向图中实线箭头表示电流的参考正方，虚线箭头表示实际方向第8页，此课件共100页哦2.电压电压 电场力把单位正电荷从电场中点A移到点B所做的功WAB称为A、B两点间的电压，用UAB表示，即 电压的单位为V(伏特)。如果电场力把1C电量从点A移到点B所作的功是1J(焦耳)，则A与B两点间的电压就是
6、1V。计算较大的电压时用kV(千伏)，计算较小的电压时用mV(毫伏)。其换算关系为：1 kV=103V；1 mV=103 V。电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即由正极指向负极，因此，在电压的方向上电位是逐渐降低的。电压总是相对两点之间的电位而言的，所以用双下标表示，一个下标(如A)代表起点，一个下标(如B)代表终点。电压的方向则由起点指向终点，有时用箭头在图上标明。第9页，此课件共100页哦图图1.4 电压的参考方向与实际方向电压的参考方向与实际方向 如UAB为电压的实际方向，当标定的参考方向与电压的实际方向相同时(图1.4(a)，电压为正值；当标定的参考方向与实际电压方向相反时(
7、图1.4(b)，电压为负值。电路元件的电流参考方向与电压参考方向(从“+”极到“-”极)一致，即电流与电压降参考方向一致，这样的电压和电流的参考方向称为一致的参考方向或关联的参考方向。第10页，此课件共100页哦3.电动势电动势 为了维持电路中有持续不断的电流，必须有一种外力,把正电荷从低电位处(如负极B)移到高电位处(如正极A)。在电源内部就存在着这种外力。如图1.5所示，外力克服电场力把单位正电荷由低电位B端移到高电位A端，所做的功称为电动势，用E表示。电动势的单位也是V。如果外力把1C的电量从点B移到点A，所做的功是1J，则电动势就等于1V。电动势的方向规定为从低电位指向高电位，即由负极
8、指向正极。图图1.5 电动势电动势第11页，此课件共100页哦4.电功率电功率 在直流电路中，根据电压的定义可知，电场力所做的功是W=QU。把单位时间内电场力所做的功称为电功率，则有 (1.1)功率的单位是W(瓦特)。对于大功率,采用kW(千瓦)或MW(兆瓦)作单位，对于小功率则用mW(毫瓦)或W(微瓦)作单位。在电源内部，外力做功，正电荷由低电位移向高电位，电流逆着电场方向流动，将其他能量转变为电能，其电功率为 (1.2)第12页，此课件共100页哦 我们把能量传输(流动)的方向定为功率的方向。类似电流、电压的处理方式，也可以为功率假设参考方向，功率的实际方向与参考方向一致时，功率为正，否则
9、，功率为负。简单地说，当任意一个二端电路元件的电压和电流取一致的参考方向时，其所吸收(即外界输入)的功率为 P0；如果该电路元件的电压和电流的参考方向不一致，则其所吸收的功率为P0。如果计算出的功率值为正，表明该元件吸收能量(吸收功率)，为负则表明它向外界提供能量(提供功率)。当已知设备的功率为P时，在t秒内消耗的电能为W=Pt，电能就等于电场力所作的功，单位是J(焦耳)。在电工技术中，往往直接用 (瓦特秒)作单位，实践中则常用 (千瓦小时)作单位，俗称1度电。1 =3.6106 第13页，此课件共100页哦【例例1.11.1】有一功率为60W的电灯，每天使用它照明的时间为4h，如果按每月30
10、天计算，那么每月消耗的电能为多少度？合为多少J?解：解：该电灯平均每月工作时间t=4 30=120 h，则W=60 120=7200 =即每月消耗的电能为7.2度，约合为3.6 106 7.2 2.6 107 J。第14页，此课件共100页哦【例例1.21.2】在图1.6中，5个元件代表电源或负载。电流和电压的参考方向如图所示。今通过实验测量得知：I1=-4A，I2=6A，I3=10A，U1=140V，U2=-90V，U3=60V，U4=-80V，U5=30V。(1)试标出各电流的实际方向和各电压的实际极性。(2)判断哪些元件是电源？哪些元件是负载？(3)计算各元件的功率，看电源发出的功率和负
11、载取用的功率是否平衡？图图1.6 例例1.2的图的图第15页，此课件共100页哦 分分析析：解第(1)小题应掌握电流、电压的实际方向与参考方向间的关系：当实际方向与参考方向一致时，其实验测定值取正号，实际方向与参考方向相反时则取负号。例如电流I1，实际方向与参考方向相反，I2和I3实际方向与参考方向相同，电压 U1、U3、U5实际极性与参考极性相同，而U2、U4则相反。第(2)小题中判别电源或负载有两种方法：用电流、电压的实际方向判别；二者方向相反，电流从“+”端流出，为电源输出功率，反之则是负载吸收功率。用电流、电压参考方向计算功率：二者参考方向一致，计算功率P=UI，若P值为正则为负载，P
12、值为负则为电源，参考方向相反则反之。例如元件1：电流实际方向与电压实际方向相反，电流从“+”端流出，故为电源。用参考方向计算P=U1 I1=140(-4)=-560W，为负值，结果相同。第(3)小题计算各元件功率，用参考方向计算，然后将所有电源功率相加应等于所有负载功率相加，达到功率平衡。若不相等说明计算有误或实验数据有误。第16页，此课件共100页哦解：解：(1)电流、电压实际方向与极性标明在图1.7中。(2)元件1、2为电源，3、4、5为负载。(3)P1=U1I1=-560WP2=U2I2=-906=-540WP3=U3I3=6010=600WP4=U4I1=-80(-4)=320WP5=
13、U5I2=306=180W电源发出功率PE=P1+P2=560+540=1100W负载吸收功率P=P3+P4+P5=600+320+180=1100W二者相等，功率平衡。图图1.7 电流、电压实际方向与极性电流、电压实际方向与极性第17页，此课件共100页哦1.2欧姆定律、线性电阻和非线性电阻1.2.1一段电路的欧姆定律1.2.2全电路的欧姆定律1.2.3线性电阻和非线性电阻1.2.4电阻电路的连接第18页，此课件共100页哦1.2 欧姆定律、线性电阻和非线性电阻欧姆定律、线性电阻和非线性电阻电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。图1.8所示的常见元件都可作为电阻。图
14、图1.8 常见的电阻元件常见的电阻元件第19页，此课件共100页哦 经常用的电阻单位还有k(千欧)、M(兆欧)，它们与的换算关系为1 k=103；1 M=106,电阻的倒数1/R=G，称为电导，它的单位为S(西门子)。欧姆定律：导体中的电流I与加在导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比。电阻定律：(1.3)绕制成电阻的导线横截面积，国际单位制为m2(平方米)制成电阻的材料电阻率，国际单位制单位为 (欧姆米)绕制成电阻的导线长度，国际单位制为m(米)；电阻值，国际单位制为(欧姆)第20页，此课件共100页哦1.2.1 一段电路的欧姆定律一段电路的欧姆定律图1.9所示电路，是只含有电阻的一段
15、电路。若U与I正方向一致，则欧姆定律可表示为 U=IR (1.4)若U与I方向相反，则欧姆定律表示为 U=IR (1.5)图1.9一段电路的欧姆定律 第21页，此课件共100页哦1.2.2 全电路的欧姆定律全电路的欧姆定律 图1.10所示是简单的闭合电路，R0为电源内阻，RL为负载电阻，若略去导线电阻不计，则此段电路用欧姆定律表示为(1.6)式(1.6)的意义是：电路中流过的电流，其大小与电动势成正比，而与电路的全部电阻成反比。电源的电动势和内电阻一般认为是不变的，所以，改变外电路电阻，就可以改变回路中的电流大小图1.10闭合电路的欧姆定律 第22页，此课件共100页哦【例例1.31.3】如图
16、1.11所示，当单刀双掷开关S合到位置1时，外电路的电阻R1=14，测得电流表读数I1=0.2 A；当开关S合到位置2时，外电路的电阻R2=9，测得电流表读数 =0.3 A；试求电源的电动势E及其内阻r。图图1.11 例例1.3的图的图第23页，此课件共100页哦解：解：根据闭合电路的欧姆定律，列出联立方程组解得：r=1，E=3V。本例题给出了一种测量直流电源电动势E和内阻r的方法。第24页，此课件共100页哦1.2.3 线性电阻和非线性电阻线性电阻和非线性电阻 电阻值R与通过它的电流I和两端电压U无关(即R=常数)的电阻元件叫做线性电阻，其伏安特性曲线在IU 平面坐标系中为一条通过原点的直线
17、，如图 1.12所示。电阻值R与通过它的电流I和两端电压U有关(即R 常数)的电阻元件叫做非线性电阻，其伏安特性曲线在IU 平面坐标系中为一条通过原点的曲线，如图 1.13所示。通常所说的“电阻”，如不作特殊说明，均指线性电阻。图1.12线性电阻的伏安特性图1.13非线性电阻的伏安特性第25页，此课件共100页哦1.2.4 电阻电路的连接电阻电路的连接 由于工作的需要，常将许多电阻按不同的方式连接起来，组成一个电路网络。1.电阻的串联电阻的串联 由若干个电阻顺序地连接成一条无分支的电路，称为串联电路。如图 1.14 所示电路，是由三个电阻串联组成的。图图1.14 电阻串联电路电阻串联电路第26
18、页，此课件共100页哦设总电压为U、电流为I、总功率为P。(1)等效电阻：(2)分压关系：(3)功率分配：特例：两只电阻R1、R2串联时，等效电阻R=R1 R2，则有分压公式 (1.7)第27页，此课件共100页哦【例例1.41.4】有一只电流表，内阻Rg=1k，满偏电流为Ig=100A，要把它改成量程为Un=3V的电压表，应该串联一只多大的分压电阻R？解解：该电流表的电压量程为Ug=RgIg=0.1 V，与分压电阻R串联后的总电压Un=3V，即将电压量程扩大到n=Un/Ug=30倍。利用两只电阻串联的分压公式，可得则 上例表明，将一只量程为Ug、内阻为Rg的表头扩大到量程为Un，所需要的分压
19、电阻为R=(n1)Rg，其中n=(Un/Ug)称为电压扩大倍数。第28页，此课件共100页哦2.电阻的并联电阻的并联 将几个电阻元件都接在两个共同端点之间的连接方式称之为并联。图 1.15所示电路是由三个电阻并联组成的。图图1.15 电阻的并联电阻的并联设总电流为I、电压为U、总功率为P。(1)等效电导:G=G1G2Gn(2)分流关系：R1I1=R2I2=RnIn=RI=U即(3)功率分配：R1P1=R2P2=RnPn=RP=U 2特例：两只电阻R1、R2并联时，等效电阻 ，则有分流公式 (1.8)在实际应用中，用电器在电路中通常都是并联运行的，属于相同电压等级的用电器必须并联在同一电路中，这
20、样，才能保证它们都在规定的电压下正常工作。第29页，此课件共100页哦.【例例1.51.5】有三盏电灯接在220V电源上，其额定值分别为220 V、100W，220 V、60W，220V、40W，求总功率P、总电流I以及通过各灯泡的电流及灯泡的等效电阻。解解：因外接电源符合各灯泡额定值，各灯泡正常发光，故总功率为P=P1+P2+P3=100+60+40=200W总电流与各灯泡电流为等效电阻为第30页，此课件共100页哦本题中n=In/Ig=1000。上例表明，将一只量程为 、内阻为 的表头扩大到量程为 ，所需要的分流电阻为 其中n=In/Ig称为电流扩大倍数。【例【例1.61.6】有一只微安表
21、，Ig=100A、内阻Rg=1k，要改装成量程为In=100mA的电流表，试求所需分流电阻R。解：解：设 n=In/Ig(称为电流量程扩大倍数)，根据分流公式可得第31页，此课件共100页哦1.3额定值以及电源有载工作、开路、短路1.3.1额定值1.3.2电源有载工作、开路、短路第32页，此课件共100页哦1.3 额定值以及电源有载工作、开路、短路额定值以及电源有载工作、开路、短路 为了保证电气设备和电路元件能够长期安全地正常工作，规定了额定电压、额定电流、额定功率等铭牌数据。额定电压：电气设备或元器件在正常工作条件下允许施加的最大电压。额定电流：电气设备或元器件在正常工作条件下允许通过的最大
22、电流。额定功率：在额定电压和额定电流下消耗的功率，即允许消耗的最大功率。额定工作状态：电气设备或元器件在额定功率下的工作状态，也称满载状态。轻载状态：电气设备或元器件低于额定功率的工作状态，轻载时电气设备不能得到充分利用或根本无法正常工作。过载(超载)状态：电气设备或元器件高于额定功率的工作状态，过载时电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。轻载和过载都是不正常的工作状态，一般是不允许出现的。1.3.1 额定值额定值第33页，此课件共100页哦【例例1.71.7】图1.16所示的是用变阻器R调节直流电机励磁电流If 的电路。设电机励磁绕组的电阻为315，其额定电压为220V，如果要求励磁电流在0.
23、35A0.7A的范围内变动，试在下列三个变阻器中选用一个合适的：(1)1000，0.5A；(2)200，1A；(3)350，1A。分分析析：此题涉及变阻器的额定值使用。变阻器的阻值是指最大值，最小值为0。变阻器的额定电流是指电阻丝允许通过的电流。不论工作在最小阻值(0)还是最大阻值(额定值)，均不允许超过其额定电流。特别当变阻器调节到只剩一两圈电阻丝时(R 0)，更应谨防超过额定电流而烧断电阻丝。接通含变阻器的电路电源前，先应将变阻器阻值调至最大值。第34页，此课件共100页哦解解：对(1)：当变阻器阻值调到最大值1000时，电路电流为 已超过变阻器的额定值，不能满足电流上限调节要求，变阻器不
24、可用。R00图图1.16 例例1.7的图的图第35页，此课件共100页哦 对(2)：当R 0，If 0.7A1A，可满足电流上限调节要求。当阻值调至最大值200 时，电流If为 不能满足电流上限调节要求。故此变阻器也不可用。对(3)：当R 0，If 0.7A 0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当I 0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反。第52页，此课件共100页哦2.KCL的应用举例的应用举例 对于电路中任意假设的封闭面来说，电流定律仍然成立。在图1.25中，对于封闭面S来说，有I1+I2=I3。对于网络(电路)之间的电流关系，仍然可由电流定律判定。在图1.26中，流入
25、电路B中的电流必等于从该电路中流出的电流。图图1.25 基尔霍夫电流定基尔霍夫电流定律的应用举例律的应用举例(1)图图1.26 基尔霍夫电流定基尔霍夫电流定律的应用举例律的应用举例(2)若两个网络之间只有一根导线相连，那么这根导线中一定没有电流通过。若一个网络只有一根导线与地相连，那么这根导线中一定没有电流通过。第53页，此课件共100页哦【例例1.101.10】在图1.27中，已知I1=0.01A，I2=0.3A，I5=9.61A，试求电流I3，I4，I6。解解：图1.27所示电路中有三个节点，根据基尔霍夫电流定律有=0.01+0.3=0.31A=9.61-0.31=9.3A=0.3+9.3
26、=9.6A或用基尔霍夫电流定律的推广，将中间三条支路圈成一个广义节点，则有I6+I1=I5I6=I5-I1=9.61-0.01=9.6A图图1.27 例例1.10的图的图结果与上相同。第54页，此课件共100页哦1.5.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律1.表述表述 它是用来确定一个回路内各部分电压之间关系的定律。可叙述为：在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各支路(或各元件)电压的代数和等于零，缩写为KVL。其数学表达式为 (1.14)对于电阻电路来说，任何时刻，在任一闭合回路中，各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和，即2.利用利用 列回路电压方程的原则列回路电压方程的原
27、则 标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着反时针方向绕行)。电阻元件的端电压为 RI，当电流I的参考方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号；反之，选取“”号。电源电动势为E，当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时,选取“+”号，反之应选取“”号。第55页，此课件共100页哦电路如图1.28所示。列电压方程 E-U2+U1=0 或 E=U2-U1两种方程各表示什么含义，请自己分析一下。图图1.28 基尔霍夫电压定律例图基尔霍夫电压定律例图第56页，此课件共100页哦【例例1.111.11】图1.29所示的电路中，U1=10V，E1=4V，E2=4V，R1
28、=4，R2=2，R3=5。1，2两点处于开路状态，试计算开路电压U2。解解：根据基尔霍夫电压定律，电路左边回路电流为 对电路右边回路有 IR1+E1=E2+U2所以U2=IR1+E1-E2=14+4-2=6V图图1.29 例例1.11的图的图第57页，此课件共100页哦1.6电路中电位的计算 在电路中要求得某点的电位值，也必须在电路中选择一个参考点，这个参考点叫零电位点。零电位点可以任意选择。在电工技术中，为了工作安全，通常把电路的某一点与大地连接，称为接地。这时，电路的接地点就是电位等于零的参考点。它是分析线路中其余各点电位高低的比较标准，用符号“”表示。电路中某点的电位，就是从该点出发，沿
29、任选的一条路径到参考点所经过的全部电位降的代数和。计算电位的方法和步骤如下：(1)选择一个零电位点，即参考点。(2)标出电源和负载的极性：按E的方向是由负极指向正极的原则，标出电源的正负极性，设电流方向，将电流流入端标为正极，流出端为负极。(3)求点A的电位时，选定一条从点A到零电位点的路径，从点A出发沿此路径到零电位点，不论一路经过的是电源还是负载，只要是从正极到负极，就取该电位降为正，反之就取负值，然后，求代数和。第58页，此课件共100页哦以图1.30电路为例，点D是参考点，各电源的极性和I的方向如图所示，求点A的电位时有三条路径沿AE1D路径：VA=E1沿ABD路径：VA=I1R1+I
30、3R3+E3沿ABCD路径：VA=I1R1+I2R2-E2显然，沿AE1D路径计算点A的电位最简单，但三种计算方法的结果是完全相同的。图图1.30 求解求解A点的电位点的电位特点：(1)电路中某一点的电位等于该点与参考点(电位为零)之间的电压。(2)电路中所选的参考点不同，则各点的电位也不同，但任意两点间的电压不变。第59页，此课件共100页哦【例例1.121.12】(1)在图1.31所示电路中，求开关S闭合和断开两种情况下a、b两点电位。解：解：当开关S闭合时：当开关S断开时：图图1.31 例例1.12(1)的图的图第60页，此课件共100页哦解：解：根据基尔霍夫电流定律可得：解得图图1.3
31、2 例例1.12(2)的图的图(2)已知电路如图1.32所示，求Vb。第61页，此课件共100页哦1.7戴维南定理及诺顿定理1.7.1戴维南定理1.7.2诺顿定理第62页，此课件共100页哦1.7 戴维南定理及诺顿定理戴维南定理及诺顿定理 在复杂电路的计算中，若只需计算出某一支路的电流，可把电路划分为两部分，一部分为待求支路，另一部分看成是一个有源两端网络(具有两个端的网络称为两端网络)。假如有源两端网络能够简化为一个等效电压源，则复杂电路就变成一个等效电压源和待求支路相串联的简单电路，如图1.33所示，R中的电流就可以由下式求出：戴维南定理指出：任何一个有源两端线性网络都可以用一个等效的电压
32、源来代替，这个等效电压源的电动势E就是有源两端网络开路电压 ，它的内阻 等于从有源两端网络看进去的除源等效电阻 (即将网络电压源短路、电流源断路后的等效电阻)。1.7.1 戴维南定理戴维南定理第63页，此课件共100页哦 如图 1.33所示，从AB两端看进去，各电动势短路为零，A、B两点之间的等效电阻为R0，则图图1.33 戴维南定理的变换过程戴维南定理的变换过程第64页，此课件共100页哦 例例1.13 1.13 如图 1.33所示，已知E1=8V，E2=2.6V，R01=0.6 ，R02=0.3 ，R=9.8 ，用戴维南定理求通过R的电流I。解解：由图 1.33 计算等效电压源的电动势E：
33、最后，求得通过电阻R的电流为第65页，此课件共100页哦 由电压源与电流源电路的等效变换，能够得出诺顿定理。诺顿定理指出：任何一个有源两端线性网络都可以用一个等效的电流源来代替，这个等效电流源的电流I就是有源两端网络短路电流 ，它的内阻 等于从有源两端网络看进去的除源等效电阻(即奖网络电压源短路，电流源断路后的等效电阻)。【例【例1.14】如图1.34(a)所示的电路，已知：E1=12V，E2=6V，R1=3，R2=6，R3=10，试应用诺顿定理求电阻R3中的电流 1.7.2 诺顿定理诺顿定理图1.34例1.14的图 第66页，此课件共100页哦解解：(1)先将两个电压源等效变换成两个电流源，
34、如图1.34(b)所示，两个电流源的电流分别为IS1=E1/R1=4A，IS2=E2/R2=1A(2)将两个电流源合并为一个电流源，得到诺顿等效电路，如图1.34(c)所示。等效电流源的电流IS=IS1 IS2=3A其等效内阻为R=R1R2=2(3)求出R3中的电流为第67页，此课件共100页哦1.8支路电流法 以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和回路电压方程，解出各支路电流，从而可确定各支路(或各元件)的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。对于具有b条支路、n个节点的电路，可列出(n 1)个独立的电流方程和b (n 1)个独立的电压方程。下面以图1.35电路
35、为例，来说明支路电流法的具体应用。图图1.35 例例1.15的电路图的电路图第68页，此课件共100页哦【例1.15】如图1.35所示的电路，E1=90V，E2=60V，R1=6 ，R2=12 ，R3=36 ，试用支路电流法求各支路电流。解解：在电路图上标出各支路电流的参考方向，如图所示，选取绕行方向。应用KCL和KVL列方程如下：代入已知数据得 解方程可得I1=3(A)，I2=-1(A)，I3=2(A)。I2是负值，说明电阻R2上的电流的实际方向与所选参考方向 相反。第69页，此课件共100页哦使用支路电流法计算的步骤：(1)标出各支路电流的参考方向。(2)对n个节点，可列出(n-1)个独立
36、的KCL方程。(3)选取(b-n1)个(对于平面电路可选网孔数)回路，列出(b-n1)个独立的KVL方程。(4)联立求解(n-1)个KCL方程和(b-n1)个独立的KVL方程，就可以求出b个支路电流。支路电流法理论上可以求解任何复杂电路，但当支路数较多时，需求解的方程数也较多，计算过程繁琐。第70页，此课件共100页哦1.9实训与实验仿真*1.9.1EWB简介1.9.2应用EWB对电路进行计算机仿真实验电阻、电流、电压的测量第71页，此课件共100页哦 EWB是Electronics Workbench的缩写，称为电子工作平台，是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为“计算机
37、里的电子实验室”。其特点是图形界面操作，易学、易用，快捷、方便，真实、准确，使用EWB可实现大部分硬件电路实验。电子工作平台的设计实验工作区好像一块“面包板”，在上面可建立各种电路进行仿真实验。电子工作平台的器件库可为用户提供350多种常用模拟和数字器件，设计和实验时可任意调用。虚拟器件在仿真时可设定为理想模式和实模式，有的虚拟器件还可直观显示，如发光二极管可以发出红绿蓝光，逻辑探头像逻辑笔那样可直接显示电路节点的高低电平，继电器和开关的触点可以分合动作，熔断器可以烧断，灯泡可以烧毁，蜂鸣器可以发出不同音调的声音，电位器的触点可以按比例移动改变阻值。电子工作平台的虚拟仪器库存放着数字电流表、数
38、字电压表、数字万用表、双通道 1000MHz 数字存储示波器、999MHz数字函数发生器、可直接显示电路频率响应的波特图仪、16路数字信号逻辑分析仪、16位数字信号发生器等，这些虚拟仪器随时可以拖放到工作区对电路进行测试，并直接显示有关数据或波形。电子工作平台还具有强大的分析功能，可进行直流工作点分析，暂态和稳态分析，高版本的EWB还可以进行傅里叶变换分析、噪声及失真度分析、零极点和蒙特卡罗等多项分析。*1.9.1 EWB简介简介第72页，此课件共100页哦 EWB5.0版的安装文件是EWB50C.EXE。新建一个目录EWB5.0作为EWB的工作目录，将安装文件复制到工作目录，双击运行即可完成
39、安装。安装成功后，在工作目录下会产生可执行文件WEWB32.EXE 和其他一些文件，WEWB32.EXE的图标如图1.36所示，双击该图标即可运行EWB。也可以在Windows的桌面上创建WEWB32.EXE的快捷方式，通过此快捷方式启动EWB。图图1.36 快捷方式图标快捷方式图标1.EWB5.0的安装和启动的安装和启动第73页，此课件共100页哦2.认识认识EWB的界面的界面 EWB与其他Windows应用程序一样，有一个标准的工作界面，它的窗口由标题栏、菜单栏、常用工具栏、虚拟仪器、器件库图标栏、仿真电源开关、工作区及滚动条等部分组成，如图1.37所示。图图1.37 EWB的工作窗口的工
40、作窗口第74页，此课件共100页哦 标题栏中，显示出当前的应用程序名Electronics Workbench，即电子工作平台。标题栏左端是最小化、最大化(还原)和关闭三个按钮。菜单位于标题栏的下方，如图1.38所示。共有六组菜单：File(文件)、Edit(编辑)、Circuit(电路)、Analysis(分析)、Window(窗口)和Help(帮助)，在每组菜单里，包含有一些命令和选项，建立电路、实验分析和结果输出均可在这个集成菜单系统中完成。在常用工具栏中，有一些常用工具按钮，如图1.39所示。图图1.38 EWB的标题栏和菜单栏的标题栏和菜单栏 图图1.39 EWB的常用工具栏的常用工
41、具栏第75页，此课件共100页哦 常用器件库按钮栏中包含电源器件、模拟器件、数字器件等12个按钮，单击按钮可打开相应器件库，用鼠标可将其中的器件拖放到工作区，以完成电路的连接。图1.40即为常用器件库按钮栏，这里打开了晶体管器件库。图图1.40 打开了晶体管器件库的常用器件库按钮栏打开了晶体管器件库的常用器件库按钮栏 第76页，此课件共100页哦 单击虚拟仪器按钮可打开虚拟仪器库，其中从左到右排列的仪器图标分别是：数字万用表、信号发生器、示波器、波特图仪、字符发生器、逻辑分析仪和逻辑转换器，如图1.41所示。可用鼠标将虚拟仪器拖放到工作区，并对电路进行测试。图图1.41 打开了虚拟仪器库的虚拟
42、仪器按钮打开了虚拟仪器库的虚拟仪器按钮第77页，此课件共100页哦1.9.2 应用应用EWB对电路进行计算机仿真实验对电路进行计算机仿真实验电阻、电流、电阻、电流、电压的测量电压的测量下面用EWB来做一个电压、电流、电阻测量的电路实验。1.放置器件，并调整其位置和方向放置器件，并调整其位置和方向 启动EWB，单击电源器件库按钮打开电源器件库，将电池器件拖放到工作区，此时电池符号为红色，处于选中状态，可用鼠标拖动改变其位置，用旋转或翻转按钮使其旋转或翻转，单击工作区空白处可取消选择，单击元件符号可重新选定该元件，对选定的元件可进行剪切、复制、删除等操作。用同样方法在工作区中再放置接地端(电源器件
43、)、电阻、电压表、电流表(虚拟仪器)，如图1.42所示。图图1.42 在工作区中放置器件在工作区中放置器件第78页，此课件共100页哦2.设置器件属性设置器件属性 双击电池符号，会弹出电池属性设置对话框，如图1.43所示，将Value(参数值)选项卡中Voltage(电压)项的参数改为12V，单击确定按钮，工作区中元件旁的标示随之改变，用同样方法将电阻分别设置为1 、1 、2 。通过器件属性设置对话框中的其他选项卡还可以改变器件的标签、显示模式，以及给器件设置故障等。图1.43器件属性设置对话框第79页，此课件共100页哦3.连接电路连接电路 把鼠标指向一个器件的接线端，这时会出现一个小黑点，
44、拖动鼠标(按住左键，移动鼠标)，使光标指向另一器件的接线端，这时又出现一个小黑点，放开鼠标左键，这两个器件的接线端就连接起来了。照此将工作区中的器件连成如图1.44所示的电路。值得注意的是，这时如果为了排列电路而移动其中一个器件，接线是不断开的。要断开连接线，可用鼠标指向有关器件的连接点，这时出现一个小黑点，拖动鼠标，连线即脱离连接点。图图1.44 在工作区中连接电路在工作区中连接电路第80页，此课件共100页哦4.观察实验现象，保存电路及仿真结果观察实验现象，保存电路及仿真结果 单击仿真开关，电路即被激活，开始仿真，电压表和电流表显示出了测量结果，如图1.45所示。图图1.45 电压表和电流
45、表测量结果电压表和电流表测量结果 由电压表和电流表显示测量结果可近似计算出电阻的值为，经过验算，仿真分析成立。单击工具栏中的保存按钮会弹出保存文件对话框，选择路径并输入文件名，单击确定按钮可将电路保存为*.EWB文件。第81页，此课件共100页哦1.10 本章实训本章实训 1.10.1 实训一：直流电压、电流表的安装实训一：直流电压、电流表的安装1.实训目的实训目的(1)了解电路的基本概念。(2)体验电路基本变量的相互关系。(3)学会电路连接与测试的基本方法。(4)学会电压、电流表的校准与使用。2.实训设备、器件与实训电路实训设备、器件与实训电路(1)实训设备与器件：直流稳压电源1台、数字万用
46、表两块、100A表头1只、单刀双位开关两只、电阻若干。(2)实训电路与说明：实训电路如图1.46所示。其中图1.46(a)为电压表电路，电路中虚框内部电路的作用是将100A的表头改装为量程为10V的电压表。图1.46(b)为电流表电路。电路中虚框内部电路的作用是将100A的表头改装为量程为100mA的电流表。图中，E为电压可调的直流稳压电源，B1为数字万用表，B2为100A表头，r为表头内部线圈的直流电阻，称为表头内阻。第82页，此课件共100页哦3.实训步骤与要求实训步骤与要求(1)电路连接 按图1.46(a)连接电路。注意电源与电表的极性不要接反。电路接好后不要打开稳压电源的电源开关。图图
47、1.46 直流电压、电流表的安装与实训电路直流电压、电流表的安装与实训电路第83页，此课件共100页哦(2)通电前准备 将数字万用表置直流电压20V挡。将开关S指向“2”。调节可变电阻RP3的可变触点，使其电阻最大。调节稳压电源的输出控制旋钮，将其输出调到最小位置。本步骤的目的是防止打开稳压电源开关时，流过B2的电流超过其量程。(3)产生标准电压 打开稳压电源的电源开关。缓慢调节输出旋钮，改变稳压电源的输出，使数字万用表的读数为10V。至此，我们得到了一个10V的标准电压输出，其准确度由数字万用表的精度决定。(4)电压表调节 调节RP3，使电流表B2的读数至满刻度。体会一下RP3的变化与表头指
48、针偏转的关系。至此，通过调节并确定串接在表头上的电阻，我们将100A的表头改装为满度值为10V的电压表。可以看出，电压表实际上是由一个高灵敏度的电流表与电阻串接而成的。改变串接的电阻，即改变了电压表的量程。第84页，此课件共100页哦(5)刻度校准 调节稳压电源输出，使数字万用表的读数依次为2.5V、5V、7.5V，在此过程中，电流表的读数应依次为25A、50A、75A。如果读数准确，将电流表的表盘改成电压表表盘，则电压表的安装与调试成功。(6)测量表头内阻 从电路中取下数字万用表。调节稳压电源输出，使电压表读数为10V(100A)。将万用表置直流200mV挡，测量表头两端电压UAB。万用表的
49、读数乘以10(除以0.1)，即为表头内阻r的欧姆数。注意，不能用万用表的欧姆挡直接测量表头的内阻。(7)验证欧姆定律 将万用表置直流电压20V挡，用万用表测量电阻RP3+R3两端的电压，记下读数，设读数为U。将电阻R3右端从电路中取下，用万用表欧姆挡测量RP3+R3的电阻，记下读数，设读数为R。我们可以发现，U与R的比值恰等于电流表B2的读数I(100A)。第85页，此课件共100页哦4.4.实训总结与分析实训总结与分析 (1)按照图1.46，我们可以将各种设备与器件连接起来。在图1.46中，稳压电源用一内阻为0的电压源来表示，表头用一内阻为0的电流表与一内阻r表示，导线的电阻为0，开关闭合时
50、电阻为0，断开时电阻无穷大。其实，导线都有电阻，表头的线圈具有电感，但我们在给出的电路中都忽略了。(2)在以上实训中，我们学会了将一个读数较小的电流表改装为一个电压表或电流表。电压表是将一电阻与表头串联，与之串联的电阻越大，其测量的量程也越大。电流表是将一个较小的电阻与表头并联，并联的电阻越小，其测量的量程越大。(3)如果将R1视为电源的负载，则测量R1两端的电压时，电压表与R1并联，测量流过R1的电流时，电流表与R1串联。测电压并联，测电流串联是电路测试必须遵守的基本原则。我们在今后的学习或工作中，必须严格遵守这一原则，违反这个原则将会产生严重后果。第86页，此课件共100页哦(4)表头内阻