第三章复杂直流电路PPT讲稿.ppt

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1、第三章复杂直流电路第1页，共45页，编辑于2022年，星期二第三章 复杂直流电路教学目标 基尔霍夫定律大分析电路的最基本的定基尔霍夫定律大分析电路的最基本的定律，律，要求熟练掌握，并能运用支路电流法要求熟练掌握，并能运用支路电流法来分析计算不太复杂的电路。来分析计算不太复杂的电路。能正确运用叠加定理和戴维宁定理分析能正确运用叠加定理和戴维宁定理分析和计算不太复杂的电路。和计算不太复杂的电路。建立电压源和电流源的概念，了解它们建立电压源和电流源的概念，了解它们的特性及其等效变换。等效变换是电工技术的特性及其等效变换。等效变换是电工技术中常用的分析方法，要注意等效变换的条件中常用的分析方法，要注意

2、等效变换的条件和应用场合。和应用场合。第2页，共45页，编辑于2022年，星期二本章目录第一节 基尔霍夫定律第二节 基尔霍夫定律的应用第三节 叠加定理第四节 戴维宁定理第五节 电压源与电流源的等效变换第3页，共45页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫Gustav Robert Kirchhoff，1824-1887）德国物理学家。他对物理学的贡献颇多。1845年提出电路的基尔霍夫定律，1859年与本生创立了光谱分析法；同年，在太阳吸收光谱线的研究中，他得出了热辐射的基尔霍夫定律，于1862年提出了绝对黑体的概念，这两者乃是开辟20世纪物理学新纪元的关键之一

3、。引言引言 基尔霍夫定律是任何集总参数电路都适用的基本定律，它包括电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律描述电路中各电流的约束关系，基尔霍夫电压定律描述电路中各电压的约束关系。第4页，共45页，编辑于2022年，星期二一、支路、节点和回路w支路（支路（branchbranch）：由一个或几个元件首尾）：由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路。在电路中用相接构成的无分支电路。在电路中用 b b 表表示支路数。示支路数。w节点（节点（nodenode）：三条或三条以上支路的会）：三条或三条以上支路的会聚点称为节（结）点。在电路中用聚点称为节（结）点。在电路中用 n n 表示表示节点数。节点数。w回

4、路回路（loop）：任意的闭合电路称为回路。：任意的闭合电路称为回路。第5页，共45页，编辑于2022年，星期二二、基尔霍夫电流定律w基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current(Kirchhoffs Current Law),Law),简写为简写为KCLKCL，它可表述为：，它可表述为：电路中的任意一个节点上，流入该节电路中的任意一个节点上，流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流的之点的电流之和等于流出该节点的电流的之和。和。w广义广义KCLKCL：任何电路中，任意时刻流进任意：任何电路中，任意时刻流进任意一个封闭面的所有支路电流的代数和总是一个封闭面的所有支路电

5、流的代数和总是为零。为零。w注意注意;只有定义了电流的参考方向，才能列写基尔霍只有定义了电流的参考方向，才能列写基尔霍夫电流定律方程。对电流的夫电流定律方程。对电流的“代数和代数和”做出了这样做出了这样的规定的规定:如果以流入节点的电流为正如果以流入节点的电流为正,则流出节点的则流出节点的电流为负。（反之亦然）。电流为负。（反之亦然）。流进取”+”流出取”-”第6页，共45页，编辑于2022年，星期二IAIBICIABIBCICAABCIAIBIC=021543n流流进进流流出出流流出出流流进进流流出出例如第7页，共45页，编辑于2022年，星期二物理意义：物理意义：KCL体现了电流的连续体现

6、了电流的连续性，也是能量守衡的体现。性，也是能量守衡的体现。KCL对各支路电流施加了约束，而与对各支路电流施加了约束，而与支路元件的性质无关。支路元件的性质无关。qq2q1对KCL的补充说明第8页，共45页，编辑于2022年，星期二例题分析例题分析 在图示电路中，已知：在图示电路中，已知：I Ia amAmA，I Ib b0mA0mA，I Ic cmAmA，求电流，求电流I Id d。IaIbIdIc分析分析 把由四个电阻构成的闭合把由四个电阻构成的闭合回路看成一个广义节点，则直回路看成一个广义节点，则直接由接由KCL列写出：列写出：所以所以第9页，共45页，编辑于2022年，星期二三、基尔霍

7、夫电压定律w基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage(Kirchhoffs Voltage Law),Law),简写为简写为KVLKVL。wKVLKVL的内容是的内容是:在任意瞬时在任意瞬时,沿任一闭合回路沿任一闭合回路绕行一圈绕行一圈,所有电动势的代数和等于电压降所有电动势的代数和等于电压降的代数和。的代数和。w在任一瞬时，沿闭和回路绕行一周，各段在任一瞬时，沿闭和回路绕行一周，各段电路得电压降（升）的代数和为零。电路得电压降（升）的代数和为零。+-U US1S1U US2S2R R1 1R R2 2e eI I1 1I I2 2+-b bc cf f第10页，

8、共45页，编辑于2022年，星期二运用KVL列写方程式的步骤：确定回路中各元器件的端电压极性（对于确定回路中各元器件的端电压极性（对于负载来负载来 说，规定电流的流进端为正极，流出端为说，规定电流的流进端为正极，流出端为负极）。负极）。任意选择一个饶行方向，任意选择一个饶行方向，顺时针顺时针、逆时针、逆时针均可。均可。从任意一点起饶行一周，列写从任意一点起饶行一周，列写KVLKVL方程。凡方程。凡是与该是与该 绕向一致的电压项取绕向一致的电压项取“+”+”，与该绕向相反，与该绕向相反的电压的电压 项取项取“-”-”。代入数值进行计算。代入数值进行计算。KVL KVL方程中的电压均为参考方向。方

9、程中的电压均为参考方向。注意第11页，共45页，编辑于2022年，星期二从b到e饶行方向与电压项同向取 US2从e到c饶行方向与电压项反向取 -I2R2从c到f饶行方向与电压项同向取 I1R1从f到b饶行方向与电压项反向取-US1 对于图示电路，若从b点出发,沿顺时针方向绕行一周,回到b点,电位变化的情况是:+-U US1S1U US2S2R R1 1R R2 2e eI I1 1I I2 2+-b bc cf f+-举例说明举例说明第12页，共45页，编辑于2022年，星期二对回路对回路becfbbecfb列写回路方程有列写回路方程有 KVL KVL是是一种普遍适用的形式，与闭和回路绕行过程

10、中遇到一种普遍适用的形式，与闭和回路绕行过程中遇到什么元件无关（可以是线性元件、也可以是非线性元件；可以什么元件无关（可以是线性元件、也可以是非线性元件；可以是电压源，也可以是电流源），定理只是表明，这些元件的端是电压源，也可以是电流源），定理只是表明，这些元件的端电压的代数和为零。电压的代数和为零。第13页，共45页，编辑于2022年，星期二KCL和和KVL是在实验的基础上得出是在实验的基础上得出的，是分析电路的理论基础，它和的，是分析电路的理论基础，它和欧姆定律一起构成了电路分析的两欧姆定律一起构成了电路分析的两个个基本依据基本依据。局部约束方程：局部约束方程：U=RI整体约束方程：整体约

11、束方程：KCL和和KVL小小 结结第14页，共45页，编辑于2022年，星期二第二节 基尔霍夫定律的应用一、支路电流法 以电路中各支路电流为未知量，根据以电路中各支路电流为未知量，根据基尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点基尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路列出所需要的方程组，而后解出各和回路列出所需要的方程组，而后解出各未知支路电流。未知支路电流。R1R2Us1Us2I3I2I1BAR3A：I1+I2=I3B：I3=I1+I2US1-US2=I1R1-I2R2US2=I2R2+I3R3US1=I1R1+I3R3第15页，共45页，编辑于2022年，星期二支路法的一般步骤 (1)(1)标定

12、各支路电流（电压）的参考方向；标定各支路电流（电压）的参考方向；(2)(2)选定选定(n n1)1)个节点个节点，列写其，列写其KCLKCL方程；方程；(3)(3)选定选定b b(n n1)1)个独立回路，列写其个独立回路，列写其KVLKVL方方 程；程；(元件特性代入元件特性代入)(4)(4)求解上述方程，得到求解上述方程，得到b b个支路电流；个支路电流；(5)(5)进一步计算支路电压和进行其它分析。进一步计算支路电压和进行其它分析。w若有若有n n条支路，条支路，m m个节点，总共须列出个节点，总共须列出n n个个方程。应用基尔霍夫电流定律可列出（方程。应用基尔霍夫电流定律可列出（m-m

13、-1 1）个独立方程；应用基尔霍夫电压定律）个独立方程；应用基尔霍夫电压定律列出其余列出其余n-(m-1)n-(m-1)个方程。个方程。第16页，共45页，编辑于2022年，星期二例：电路如图所示已知US1=15V，US2=6V，R1=30，R2=60，R3=80，求各支路电流。I1=0.18A I2=-0.06A I3=0.12AR1R2Us1Us2I3I2I1BAR3解：I1+I2=I3US1-US2-I1R1+I2R2=0 US2-I2R2-I3R3=0I1+I2-I3=030I1-60I2 =960I2+80 I3=6第17页，共45页，编辑于2022年，星期二二、回路电流法w定义：把

14、复杂电路分成若干个最简单的回把复杂电路分成若干个最简单的回路（即路（即 网孔），并假设各回路的电流方向，网孔），并假设各回路的电流方向，然后然后 根据根据KVLKVL列出回路的电压方程来求解列出回路的电压方程来求解电路电路 的方法。的方法。w其一般式如下：R R1111I I1111+R+R1212I I1212+R+R1L1LI I1L1L=U=US11S11 R R2121I I1111+R+R2222I I1212+R+R2L2LI I1L1L=U=US22S22 R RL1L1I I1111+R+RL2L2I I1212+R+RLLLLI I1L1L=U=USLLSLL第18页，共45

15、页，编辑于2022年，星期二回路法的一般步骤：(1)(1)选定选定l=bl=b-(-(n n-1)-1)个独立回路，并确定其绕行个独立回路，并确定其绕行方向；方向；(2)(2)对对l l个个独独立立回回路路，以以回回路路电电流流为为未未知知量量，列列写其写其KVLKVL方程；方程；(3)(3)求解上述方程，得到求解上述方程，得到l l个回路电流；个回路电流；(4)(4)求各支路电流求各支路电流(用回路电流表示用回路电流表示)；(5)(5)其它分析。其它分析。第19页，共45页，编辑于2022年，星期二第三节 叠加定理概念：概念：在在线性电路线性电路中，有几个电源共同作用时，中，有几个电源共同作

16、用时，在任一支路所产生的电流（或电压）等于在任一支路所产生的电流（或电压）等于各各个电源单独作用时个电源单独作用时，在该支路所产生的电流，在该支路所产生的电流（或电压）的（或电压）的代数和代数和。+_AE1BI2R1I1R2I3R3E1单独作用单独作用+I2R1I1R2ABE2I3R3+_E2单独作用单独作用第20页，共45页，编辑于2022年，星期二应用叠加定理要注意的问题应用叠加定理要注意的问题1.叠加定理叠加定理只适用于线性电路只适用于线性电路（电路参数不随电压、（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。电流的变化而改变）。2.分解电路时只需保留一个电源，其余电源分解电路时只需保留一个电源

17、，其余电源“除源除源”：即将即将恒压源短路恒压源短路，即令，即令E=0；恒流源开路恒流源开路，即令，即令 Is=0。电路的其余结构和参数不变，电路的其余结构和参数不变，3.解题时要解题时要标明标明各支路电流、电压的各支路电流、电压的正方向正方向。原电。原电 路中各电压、电流的最后结果是路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电各分电压、分电 流的代数和。流的代数和。=+第21页，共45页，编辑于2022年，星期二4.叠加原理只能用于电压或电流的计算，叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来不能用来 求功率求功率。如：。如：5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分运用叠加定理时也可以把电

18、源分组求解，每个分 电路的电源个数可能不止一个。电路的电源个数可能不止一个。设：设：则：则：=+第22页，共45页，编辑于2022年，星期二=用叠加原理计算图中电阻 上的电流 。已知例例 题题第23页，共45页，编辑于2022年，星期二=+(a)(b)由(a)图由(b)图解解第24页，共45页，编辑于2022年，星期二例：电路如图所示已知US1=15V，US2=6V，R1=30，R2=60，R3=80，求各支路电流。R1R2Us1Us2I3I2I1BAR3BR1R2Us1I3I2I1AR3R1R2Us2I3I2I1BAR3+第25页，共45页，编辑于2022年，星期二解：第26页，共45页，编

19、辑于2022年，星期二第27页，共45页，编辑于2022年，星期二R1R2Us1Us2I3I2I1BAR3BR1R2Us1I3I2I1AR3R1R2Us2I3I2I1BAR3+=解：第28页，共45页，编辑于2022年，星期二名词解释名词解释：无源二端网络无源二端网络：二端网络中没有电源二端网络中没有电源有源二端网络有源二端网络：二端网络中含有电源二端网络中含有电源二端网络：二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路若一个电路只通过两个输出端与外电路 相联，则该电路称为相联，则该电路称为“二端网络二端网络”。（Two-terminals=One port）ABAB第四节第四节 戴维宁定理与诺

20、顿定理戴维宁定理与诺顿定理（等效电源定理）（等效电源定理）第29页，共45页，编辑于2022年，星期二等效电源定理等效电源定理的概念的概念 有源二端网络有源二端网络用电源模型替代用电源模型替代，便为等效，便为等效 电源定理。电源定理。有源二端网络用有源二端网络用电压源电压源模型替代模型替代 -戴维戴维宁宁定理定理有源二端网络用有源二端网络用电流源电流源模型替代模型替代 -诺顿定理诺顿定理第30页，共45页，编辑于2022年，星期二一、戴维宁定理一、戴维宁定理 任何一个线性有源二端网络都可以用一个电动势为E0的理想电压源和一个电阻r0的串联来等效。电动势E0等于有源二端网络的开路电压，即将负载断

21、开后a、b两端之间的电压。所串电阻r0等于该有源二端网络除源后所得到的无源网络a、b两端之间的等效电阻。等效电压源等效电压源第31页，共45页，编辑于2022年，星期二等效电压源的等效电压源的内阻（内阻（R0）等于有源等于有源二端网络二端网络除源除源后相应的无源二端后相应的无源二端网络的等效电阻。（网络的等效电阻。（除源除源：电压：电压源短路，电流源断路）源短路，电流源断路）等效电压源的等效电压源的电动势电动势（E）等于有源二端等于有源二端网络的开路电压网络的开路电压U0；有源有源二端网络二端网络R有源有源二端网络二端网络AB相应的相应的无源无源二端网络二端网络ABABER0+_RAB第32页

22、，共45页，编辑于2022年，星期二例：例：已知：已知：R1=20 、R2=30 R3=30 、R4=20 E=10V求：当求：当 R5=10 时，时，I5=?R1R3+_R2R4R5EI5R5I5R1R3+_R2R4E等效电路等效电路有源二端有源二端网络网络第33页，共45页，编辑于2022年，星期二第一步：求开端电压第一步：求开端电压U0第二步：求输入电阻第二步：求输入电阻 R0U0R1R3+_R2R4EABCDCR0R1R3R2R4ABD=2030+3020=24 第34页，共45页，编辑于2022年，星期二+_ER0R5I5等效电路等效电路R5I5R1R3+_R2R4E第35页，共45

23、页，编辑于2022年，星期二第三步：求未知电流第三步：求未知电流 I5+_ER0R5I5E=U0=2VR0=24 时时第36页，共45页，编辑于2022年，星期二1、戴维南等效电路只对线性有源二端网络等效，不适合非线性的二端网络。但外电路不受此限制，即可以是线性电路也可以是非线性电路。因为等效电源的参数（US和R0）仅与被取代的线性有源二端网络的结构及元件参数有关，而与外电路无关。2、等效是对外电路而言的，而戴维南等效电路与有源二端网络内部的电压、电流以及功率关系一般是不等的。应用戴维南定理需要注意的是：第37页，共45页，编辑于2022年，星期二有源有源二端二端网络网络AB概念概念：有源二端

24、网络用电流源模型等效。有源二端网络用电流源模型等效。=ABIsR0 等效电流源等效电流源 Is 为为有源有源二端网络输出端的二端网络输出端的短路电流短路电流 等效电阻等效电阻 仍为仍为相相应应除源除源二端网络的二端网络的等效电阻等效电阻R0二、诺顿定理第38页，共45页，编辑于2022年，星期二第五节第五节 电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换w电压源：可以看成是一个理想电压源与一可以看成是一个理想电压源与一个内阻的串联组合，为电路提供一定的电个内阻的串联组合，为电路提供一定的电压。压。特点：电压恒定，电流任意。特点：电压恒定，电流任意。w电流源：可以看成是一个理想电流源与一可以看

25、成是一个理想电流源与一个内阻的并联组合，为电路提供一定的电个内阻的并联组合，为电路提供一定的电流。流。特点：电流一定，端电压任意。特点：电流一定，端电压任意。第39页，共45页，编辑于2022年，星期二电压源和电流源的等效变换电压源和电流源的等效变换 实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变。等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变。u=uS ri ii=iS u/Rii=uS/ri u/ri比较比较可可得等效的条件：得等效的条件：iS=uS/ri Ri=riiRi+u_iSi+

26、_uSri+u_实实际际电电压压源源实实际际电电流流源源端口特性端口特性第40页，共45页，编辑于2022年，星期二由电压源变换为电流源：由电压源变换为电流源：由电流源变换为电压源：由电流源变换为电压源：i+_uSRi+u_irii+u_iSirii+u_iSi+_uSRi+u_第41页，共45页，编辑于2022年，星期二等效变换时的注意事项等效变换时的注意事项1、电源的等效变换是针对外部电路而言的，即、电源的等效变换是针对外部电路而言的，即对外等效，对内不等效；对外等效，对内不等效；2、R并非一定是电源的内阻；并非一定是电源的内阻；3、单独的电源不能进行等效变换；、单独的电源不能进行等效变换；4、注意变换后电流源的方向；、注意变换后电流源的方向；5、电路中出现受控源时，应把受控源当作独立、电路中出现受控源时，应把受控源当作独立电源来处理，不过注意在变换过程中控制量必电源来处理，不过注意在变换过程中控制量必须保持完整而不被改变。须保持完整而不被改变。第42页，共45页，编辑于2022年，星期二例例:利用电源的等效变换求电流利用电源的等效变换求电流I。举例说举例说明明第43页，共45页，编辑于2022年，星期二例2求解过程第44页，共45页，编辑于2022年，星期二结 束第第 3 3 章章第45页，共45页，编辑于2022年，星期二