電工電子技術 教案 第1章 直流電路

電工電子技術教案直流電路電路的基本概念電路和電路模型；電流、電壓及其參考方向；電路的功率電壓源、電流源及其等效變換電壓源、電流源；電壓源及電流源的等效互換；受控源電路定律、定理和基本分析方法基爾霍夫定律；支路電流法；彌爾曼定理；疊加原理；戴維南定理一階電路一階電路及換路定律；一階電路的三要素分析法電路的基本概念電路和電路模型電路電路是為了實現(xiàn)某種功能，由電工、電子元器件或電氣設備按一定方式聯(lián)接，為電流提供通路的整體。電路的組成：電源---提供電能的裝置、中間環(huán)節(jié)----傳輸、分配電能的作用、負載----取用電能的裝置電路的作用：電能的傳輸和轉(zhuǎn)換、信息的傳遞和處理2.電路模型用理想的電路元件等效替代實際的電路元件E_E_US+理想電壓源常用的電路元件有：理想電流源理想電流源IS有源元件：理想電壓源、理想電流源無源元件：電阻——耗能元件、電感、電容——儲能元件電流、電壓及其參考方向電流習慣上規(guī)定正電荷移動的方向（負電荷移動的反方向）為電流的實際方向但對于比較復雜的電路參考方向：人為規(guī)定的電流流向（任意指定），標注的假設方向。實際方向：實際的電流流向。實際方向與參考方向一致：+實際方向與參考方向相反：-電壓參考方向：人為規(guī)定的電壓方向（任意指定）。實際方向：從高電位指向低電位，即電位降落的方向。實際方向與參考方向相同：+實際方向與參考方向相反：-關聯(lián)參考方向電壓和電流參考方向一致，稱為關聯(lián)參考方向,即規(guī)定電流的參考方向從電壓參考方向的“+”極性的一端流向“-”極性的一端。否則為非關聯(lián)參考方向。電路的功率功率電路元件在單位時間內(nèi)吸收或釋放的電能稱為電功率，簡稱功率，用P表示，單位為瓦(W)或千瓦(KW)。當計算的P>0時,說明此部分電路吸收電功率，為負載。P<0時,說明此部分電路發(fā)出電功率，為電源。從P的+或-可以區(qū)分器件的性質(zhì)，或是負載，或是電源。負載大小負載大小指流過負載的電流的大小，而不是指負載電阻的大小。3.電氣設備及元件的額定值額定值是制造廠家為使電氣設備及元件在其規(guī)定的條件下能正常有效地運行而規(guī)定的限額值。按照額定值使用電器設備及元件可以保證安全可靠，充分發(fā)揮其功效，并且保證正常的使用壽命。電壓源、電流源及其等效變換1.2.1電壓源1.理想電壓源（恒壓源）:R0=0時的電壓源特點：（1）輸出電壓不變，即UabUS；電源中的電流由外電路決定。1.2.2電流源1、理想電流源（恒流源):R0=時的電流源特點：（1）輸出電流不變，其值恒等于電流源電流IS；輸出電壓由外電路決定。注意：恒流源兩端電壓由外電路決定：1.2.3電壓源及電流源的等效互換注意：“等效”是指“對外”等效（等效前后對外伏-安特性一致)注意轉(zhuǎn)換前后US與IS的方向:兩種電源模型中，電流源的電流流出端應與電壓源的正極性端相對應，等效變換前后對外電路的電壓和電流的大小及方向都不變。(3)恒壓源和恒流源不能等效互換（4）該等效變換可推廣到含源支路。即恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。Ro不一定是電源內(nèi)阻1.2.4受控電源受控電壓源-壓控壓源、流控壓源。受控電流源--壓控流源、流控流源受控電壓源串電阻和受控電流源并電阻也可以進行等效互換電路定律、定理和基本分析方法基爾霍夫定律--電流定律、電壓定律回路表示法：基爾霍夫電流定律對任何節(jié)點，在任一瞬間，流入節(jié)點的電流等于流出節(jié)點的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點上電流的代數(shù)和為0?；鶢柣舴螂娏鞫傻臄U展:電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面?；鶢柣舴螂妷憾蓪﹄娐分械娜我换芈?，沿任意繞行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降，或電壓的代數(shù)和為0。元件電壓降方向與繞行方向一致：元件電壓降方向與繞行方向相反：KCL獨立方程數(shù)對N個結(jié)點的電路列KCL方程時,獨立方程數(shù)為(N-1)個。支路電流法1）、以支路電流作為電路變量；2）、任取N-1個結(jié)點，列KCL方程；3）、把支路電壓用支路電流來表示，列KVL方程；4）、聯(lián)立方程求解：1.3.3彌爾曼定理1.3.4疊加原理在有多個電源共同作用的線性電路中，任一支路中的電流（或電壓）等于各個電源分別作用時在該支路中產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。注意：1.疊加原理只適用于線性電路;2.疊加時應將電源分別考慮，電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變。電壓源不作用應短路，即令US=0；電流源不作用應開路，即令IS=0。注意標明的方向：原電路中各電壓、電流是各電源作用時相應量的代數(shù)和，方向相同時取正，反之取負。4.疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。5.運用疊加原理時也可以把電源分組求解，每個分電路的電源個數(shù)可能不止一個。1.3.5戴維南定理1.基本概念電路的等效變換二端網(wǎng)絡若一個電路只通過兩個輸出端與外電路相聯(lián)，則該電路稱為“二端網(wǎng)絡”。無源二端網(wǎng)絡：二端網(wǎng)絡中沒有電源有源二端網(wǎng)絡：二端網(wǎng)絡中含有電源無源二端網(wǎng)絡：二端網(wǎng)絡中沒有電源有源二端網(wǎng)絡：二端網(wǎng)絡中含有電源有源二端網(wǎng)絡用電壓源串電阻等效替代，便為戴維寧定理。2.戴維南定理任何線性有源二端網(wǎng)絡都可以用一個等效電壓源代替:等效電壓源的源電壓US等于該有源二端網(wǎng)絡的開路電壓；串聯(lián)內(nèi)阻R0等于該網(wǎng)絡中所有電源為零值（恒壓源短路，恒流源開路）時所得的除源二端網(wǎng)絡等效電阻。諾頓定理有源二端網(wǎng)絡用電壓源模型替代-----戴維南定理有源二端網(wǎng)絡用電流源模型替代-----諾頓定理小結(jié)：1、“等效”是指對外電路等效，對內(nèi)并不等效。2、在運用戴維寧定理時，要搞清楚有源二端網(wǎng)絡如何形成——學會：“拉出來，切一刀”。3、定理運用過程要概念清晰，畫圖要全，一般要有四個圖，分別是？4、等效電源的內(nèi)阻計算時注意：是對應無源二端網(wǎng)絡從一個端子到另一個端子之間的等效電阻。1.4一階電路穩(wěn)態(tài)——對直流電路而言是指各支路電壓電流保持恒定，對交流電路而言指各支路電壓、電流的幅值、頻率、變化規(guī)律穩(wěn)定不變。本節(jié)主要研究電路從一種穩(wěn)態(tài)變化到另一種穩(wěn)態(tài)的過程中，電路中的電壓、電流的變化規(guī)律。1.4.1一階電路及換路定律1.一階電路只含有一個電容或電感的動態(tài)電路（處于非穩(wěn)態(tài)的電路）稱為一階電路。含有動態(tài)元件的電路，當電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化時，如電源或無源元件的斷開或接入，信號的突然注入等，可能使電路改變原來的工作狀態(tài)，這