第1章直流電路課件

1、 第第 1 章直流電路章直流電路 1.1電路的基本概念及歐姆定律電路的基本概念及歐姆定律 1.2獨(dú)立電源與受控電源獨(dú)立電源與受控電源 1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.4電路運(yùn)行狀態(tài)電路運(yùn)行狀態(tài) 1.5疊加定理和戴維南定理疊加定理和戴維南定理 1.1電路的基本概念及歐姆定律電路的基本概念及歐姆定律 電流所流過(guò)的路徑稱為電路。電流所流過(guò)的路徑稱為電路。它是為了某種需要由電工設(shè)備或元件按它是為了某種需要由電工設(shè)備或元件按 一定方式組合起來(lái)的一定方式組合起來(lái)的。 1.1.1 電路模型，理想電路元件電路模型，理想電路元件 電路實(shí)物圖電路實(shí)物圖電路原理圖電路原理圖 實(shí)際應(yīng)用中，電路還必須有一些輔助設(shè)

2、備，如實(shí)際應(yīng)用中，電路還必須有一些輔助設(shè)備，如控制電控制電 路通、斷的路通、斷的開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)及保障及保障安全用電的安全用電的熔斷器熔斷器等。等。 將非電能形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換成電能的供電設(shè)備。將非電能形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換成電能的供電設(shè)備。 如發(fā)電機(jī)、電池等。如發(fā)電機(jī)、電池等。 將電能轉(zhuǎn)換成非電能形態(tài)能量的用電設(shè)備。如將電能轉(zhuǎn)換成非電能形態(tài)能量的用電設(shè)備。如 電動(dòng)機(jī)、照明燈等。電動(dòng)機(jī)、照明燈等。 傳遞信號(hào)、傳輸電能。傳遞信號(hào)、傳輸電能。 負(fù)載：負(fù)載： 電源：電源： 連接導(dǎo)線：連接導(dǎo)線： 電路由哪幾部分電路由哪幾部分 組成？試述電路組成？試述電路 的功能？的功能？ 為何要引入?yún)⒖紴楹我雲(yún)⒖?方向？參考方向方向

3、？參考方向 和實(shí)際方向有何和實(shí)際方向有何 聯(lián)系與區(qū)別？聯(lián)系與區(qū)別？ 何謂電路何謂電路 模型？模型？ 理想電路元件理想電路元件 與實(shí)際元器件與實(shí)際元器件 有何不同？有何不同？ 學(xué)好本課程，應(yīng)注意抓好四個(gè)主要環(huán)節(jié)： 還要處理好三個(gè)基本 關(guān)系： 電源電源 負(fù)負(fù) 載載 負(fù)載負(fù)載 電源電源 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 實(shí)體電路實(shí)體電路 I S US + _ R0 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié) 電路模型電路模型 RL + U 導(dǎo)線導(dǎo)線 白熾燈的電白熾燈的電 路模型可表路模型可表 示為：示為： 實(shí)際電路器件品種繁多，其電磁特性多元而復(fù)雜，采取 模型化處理可獲得有意義的分析效果。 i R R L 的的電電 特性可用特性可用 表征表征 的電

4、的電 特性可用特性可用 表征表征 由于白熾燈中耗能 的因素大大于產(chǎn)生 磁場(chǎng)的因素，因此 L 可以忽略。 理想電路元件是實(shí)際電路器件的理想化和近似， 其電特性單一、確切，可定量分析和計(jì)算。 實(shí)際電器的模型是在一定的條件下形成的。實(shí)際電器的模型是在一定的條件下形成的。 例如：一個(gè)由導(dǎo)線繞制的例如：一個(gè)由導(dǎo)線繞制的 線圈就有幾種模型形式。線圈就有幾種模型形式。 實(shí)實(shí) 際際 線線 圈圈 理想線圈模型理想線圈模型 不能忽略線圈損耗不能忽略線圈損耗 的線圈模型的線圈模型 考慮線圈匝與匝之間電考慮線圈匝與匝之間電 容效應(yīng)的模型容效應(yīng)的模型 R C + US 只具耗能 的電特性 只具有儲(chǔ) 存電能的 電特性 輸

5、出電壓恒 定，輸出電 流由它和負(fù) 載共同決定 輸出電流恒 定，兩端電 壓由它和負(fù) 載共同決定 L 只具有儲(chǔ) 存磁能的 電特性 IS 無(wú)源二端元件 有源二端元件 電路的作用 1.電能傳輸與轉(zhuǎn)換。 2.信號(hào)的傳遞與處理。 電路的基本組成 以手電筒為例,包括: 電源: 電池,提供能量。 負(fù)載: 電珠, 把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(光能)。 開(kāi)關(guān): 控制電路通或斷。 導(dǎo)線: 筒體, 輸送和分配電能。 1.1.2 電流，電壓，電位，電功率的物理意義及計(jì)算電流，電壓，電位，電功率的物理意義及計(jì)算 1電流電流 2電壓電壓 3電位電位 4電功率電功率 電流強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。電流強(qiáng)度等于

6、單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。 ：1A=103mA=106A=109nA 電荷的定向移動(dòng)形成電流。電荷的定向移動(dòng)形成電流。 電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡(jiǎn)稱電流電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡(jiǎn)稱電流。 t Q I 1電流電流 電解液中的正、負(fù)離子電解液中的正、負(fù)離子( (正、負(fù)電荷正、負(fù)電荷) ) 帶電粒子帶電粒子 金屬導(dǎo)體中的自由電子金屬導(dǎo)體中的自由電子( (負(fù)電荷負(fù)電荷) ) 規(guī)定正電荷移動(dòng)的方規(guī)定正電荷移動(dòng)的方 向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。 電流的電流的參考方向參考方向( (正方向正方向) )在進(jìn)行電路分析時(shí)，預(yù)先假定的在進(jìn)行電路分析時(shí)，預(yù)先假定的 一個(gè)電流方向。一個(gè)電流方向。

7、 R I 0 I 0 PN) )，此時(shí)極易燒毀電阻使，此時(shí)極易燒毀電阻使 其不能正常工作。其不能正常工作。 P PN 可以正常工作可以正常工作 P U2 R 202 100 W 4 W 100 P W 402 16 W 上一頁(yè) 下一頁(yè)返回 電路中的用電器是由用戶控制的，而且是經(jīng)常變動(dòng)的。當(dāng)并電路中的用電器是由用戶控制的，而且是經(jīng)常變動(dòng)的。當(dāng)并 聯(lián)的用電器增多時(shí)，等效電阻聯(lián)的用電器增多時(shí)，等效電阻RL就會(huì)減小，而電源電動(dòng)勢(shì)就會(huì)減小，而電源電動(dòng)勢(shì)E通通 常為一恒定值，且內(nèi)常為一恒定值，且內(nèi)Ro很小，電源端電壓很小，電源端電壓U變化很小，則電源變化很小，則電源 輸出的電流和功率將隨之增大，這時(shí)稱為電

8、路的負(fù)載增大。當(dāng)輸出的電流和功率將隨之增大，這時(shí)稱為電路的負(fù)載增大。當(dāng) 并聯(lián)的用電器減少時(shí)，等效負(fù)載電阻并聯(lián)的用電器減少時(shí)，等效負(fù)載電阻RL增大，電源輸出的電流增大，電源輸出的電流 和功率將隨之減小，這種情況稱為負(fù)載減小。和功率將隨之減小，這種情況稱為負(fù)載減小。 可見(jiàn)，所謂負(fù)載增大或負(fù)載減小，是指增大或減小負(fù)載電流，可見(jiàn)，所謂負(fù)載增大或負(fù)載減小，是指增大或減小負(fù)載電流， 而不是增大或減小電阻值。而不是增大或減小電阻值。 二端網(wǎng)絡(luò)：二端網(wǎng)絡(luò)：具有兩個(gè)接線端的部分電路具有兩個(gè)接線端的部分電路; 幾個(gè)概念：幾個(gè)概念： 含源二端網(wǎng)絡(luò)：含源二端網(wǎng)絡(luò)：二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有電源。二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有電源。 無(wú)源二端

9、網(wǎng)絡(luò)：無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)：二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不含有電源；二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不含有電源； 任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò)，可以用一個(gè)電壓源任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò)，可以用一個(gè)電壓源模型模型( (理理 想電壓源想電壓源 US0 和其內(nèi)阻和其內(nèi)阻 R0 串聯(lián)的電路串聯(lián)的電路) )來(lái)代替。理想電壓源來(lái)代替。理想電壓源US0 等于該含源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路時(shí)的端電壓，電阻等于該含源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路時(shí)的端電壓，電阻 R0 等于該含源二等于該含源二 端網(wǎng)絡(luò)除去電源后端網(wǎng)絡(luò)除去電源后( (理想電壓源用短接線代替，理想電流源用理想電壓源用短接線代替，理想電流源用 開(kāi)路代替開(kāi)路代替) )在其端口處的在其端口處的等效電阻。等效電阻。 戴維南定理戴維南

10、定理: 1.5疊加定理疊加定理 戴維南定理戴維南定理 E + RL R2 R1 R3 IS 有源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò) N 對(duì)于負(fù)載對(duì)于負(fù)載 RL ，有源二端網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)一個(gè)電源，故它可以用，有源二端網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)一個(gè)電源，故它可以用 電源模型來(lái)等效代替。電源模型來(lái)等效代替。 1.5.1戴維南定理戴維南定理 a b 圖示說(shuō)明：圖示說(shuō)明： U I 線性線性 有源有源 二端二端 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) N a b + RL R0 N0 a b USON a b + USO 為有源二端網(wǎng)為有源二端網(wǎng) 絡(luò)的開(kāi)路電壓絡(luò)的開(kāi)路電壓 戴維南定理戴維南定理 b US0 U R0 RL + _ + _ a I N R0 為有源二端網(wǎng)絡(luò)所

11、有電源都不作為有源二端網(wǎng)絡(luò)所有電源都不作 用，從用，從 a 、b 兩點(diǎn)看進(jìn)的等效電阻。兩點(diǎn)看進(jìn)的等效電阻。 除去獨(dú)立電源方法：除去獨(dú)立電源方法： 理想電壓源用短接線代替；理想電壓源用短接線代替； 理想電流源用開(kāi)路代替。理想電流源用開(kāi)路代替。 例例 電路如圖電路如圖 所示，已知所示，已知 US1 = 10 V，US2 = 8 V，R1 = 2 ，R2 = 2 ，R3 = 2 ，利用戴維寧定理求解流過(guò)電阻，利用戴維寧定理求解流過(guò)電阻R3 的電的電 流流 I3。 解解 計(jì)算含源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓計(jì)算含源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓 USO。如圖。如圖 ( (a) ) 所示，所示， 在斷開(kāi)在斷開(kāi) R3 后回路中只有

12、后回路中只有 流流 ，設(shè)其參考方向如，設(shè)其參考方向如 圖中虛線所示。圖中虛線所示。 I A5 . 0A 22 810 21 S2S1 RR UU I V9V)85 . 02( S22SO UIRU 9VV)5 . 0210( 1S1SO IRUU或或 ( (a) ) A3A 21 9 30 SO 3 RR U I 計(jì)算等效電阻計(jì)算等效電阻 R0，由，由圖圖 ( (b) )可見(jiàn)，可見(jiàn)， 電阻電阻 R1 和和 R2 并聯(lián)。并聯(lián)。 流過(guò)電阻流過(guò)電阻 R3 的電流可以利用全電的電流可以利用全電 路歐姆定律求得，如圖路歐姆定律求得，如圖 ( (c) )所示。所示。 1 22 22 21 21 0 RR

13、RR R ( (b) ) ( (c) ) 在多個(gè)電源共同作用的在多個(gè)電源共同作用的線性線性電路中，某一支路的電路中，某一支路的電流電流( (電電 壓壓) )等于每個(gè)電源單獨(dú)作用等于每個(gè)電源單獨(dú)作用， 在該支路上所產(chǎn)生的在該支路上所產(chǎn)生的電流電流( (電壓電壓) ) 的代數(shù)和。的代數(shù)和。 當(dāng)電壓源不作用時(shí)將電壓源兩端視其當(dāng)電壓源不作用時(shí)將電壓源兩端視其 短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開(kāi)路。短路，而電流源不作用時(shí)則應(yīng)視其開(kāi)路。 計(jì)算功率時(shí)計(jì)算功率時(shí)不能不能應(yīng)用疊加原理。應(yīng)用疊加原理。 I = I I I R1 + R2 IS E1 = I R1 + R2 E1 I R1 R2 IS E1 + 1.

14、5.2疊加定理疊加定理 例例 電路如圖電路如圖 (a) 所示，已知所示，已知 US1 = 12 V，US2 = 6 V，R1 = 2 ， R2 = 2 ，R3 = 2 ，利用疊加定理求，利用疊加定理求 各支路中的電流各支路中的電流 I1、I2、I3。 解解 根據(jù)疊加定理，將根據(jù)疊加定理，將 圖圖 ( (a) )分解成圖分解成圖 ( (b) )、( (c) )，并，并 分別設(shè)定各圖中電流參考方向。分別設(shè)定各圖中電流參考方向。 ( (a) ) ( (b) )( (c) ) US1單獨(dú)作時(shí)單獨(dú)作時(shí) 如圖如圖 ( (b)有有 或或 A4A 22 22 2 12 32 32 1 S1 1 RR RR R U I A2A4 22 2 1 32 3 2 I RR R I A2A4 22 2 1 32 2 3 I RR R I A2A)24( 213 III (b) US2 單獨(dú)作時(shí)單獨(dú)作時(shí) 如圖如圖 ( (c)有有 或或 A2A 22 22 2 6 31 31 2 S2 2 RR RR R U I 1AA2 22 2 2 31 3 1 I RR R I A1A2 22 2 2 31 1 3 I RR R I A1A)12( 123 III (c) 計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果I2 = 0，說(shuō)明此時(shí)電壓源，說(shuō)明此時(shí)電壓源 US2、R2 支路既沒(méi)有釋放支路既沒(méi)有