直流電路及其應(yīng)用

1、第一章 直流電路及其應(yīng)用課程目標(biāo)1 理解電路模型的概念2 理解電路的基本物理量3 理解電流電壓參考方向的概念 4 掌握電路的基本定律：歐姆定律、基爾霍夫定律5 掌握電路分析方法：支路電流法、電路等效變換法、疊加原理、戴維南定理6 掌握常用電工儀表的使用方法、電路基本物理量的測(cè)量課程內(nèi)容1 電路模型的概念2 電路的基本物理量3 歐姆定律、基爾霍夫定律4 電路的基本分析方法： 支路電流法電路等效變換法戴維南定理疊加原理5 電工儀表的使用方法6 電壓與電位的測(cè)量學(xué)習(xí)方法 從了解電路的組成、電路的模型出發(fā)，掌握電路的基本物理量的分析，掌握電路的基本定理的內(nèi)容及分析應(yīng)用，掌握電路等效變換法、支路電流法、

2、戴維南定理、疊加原理的應(yīng)用，通過電路實(shí)訓(xùn)掌握常用電工儀表的使用方法及一般電路的故障診斷與排除方法。課后思考1 電路由哪些部分組成?電路的作用有哪些？2 電壓與電位的關(guān)系及如何測(cè)量？3 電壓與電流的關(guān)聯(lián)方向含義？4 戴維南定理有哪些應(yīng)用？5 疊加原理的應(yīng)用有哪些注意點(diǎn)？6 測(cè)量電壓電流時(shí)如何判斷其方向？電路模型 電路是為實(shí)現(xiàn)和完成人們的某種需求，由電源、導(dǎo)線、開關(guān)、負(fù)載等電氣設(shè)備或元器組合起來，能使電流流通的整體。簡(jiǎn)單地說，就是電流的通路。電路的主要作用是：電路能實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換，其次能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和處理。如電爐通過時(shí)將電能轉(zhuǎn)換成熱能，電視機(jī)可將接收到的信號(hào)經(jīng)過處理，轉(zhuǎn)換成圖像和聲音

3、。一、 實(shí)際電路如圖1.1.1所示。實(shí)際電路一般由三部分組成，由提供電能的設(shè)備（電池、發(fā)電機(jī)）、傳輸設(shè)備（連接導(dǎo)線）、使用電能的設(shè)備（負(fù)載如電燈等）組成。二、電路模型定義在電路的分析計(jì)算中，用一個(gè)假定的二端元件如電阻元件（見圖1.1.2）來代替實(shí)際元件（如燈泡），二端元件的電和磁的性質(zhì)反應(yīng)了實(shí)際電路元件的電和磁的性質(zhì)，稱這個(gè)假定的二端元件為理想電路元件。 圖1.1.1 實(shí)際電路 圖1.1.2由理想電路元件組成的電路稱為理想電路模型，簡(jiǎn)稱電路模型，如圖1.1.3所示。 圖1.1.3電路基本物理量一、 電流1 定義單位時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)體截面積的電荷量定義為電流強(qiáng)度，用以衡量電流的大小。電工技術(shù)中，常把

4、電流強(qiáng)度簡(jiǎn)稱為電流，用i表示。隨時(shí)間而變化的電流定義為 (1.1)式中q為隨時(shí)間t變化的電荷量。 在電場(chǎng)力的作用下，電荷有規(guī)則的定向移動(dòng)，形成了電流。規(guī)定正電荷的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。 當(dāng)常數(shù)，則稱這種電流為恒定電流，簡(jiǎn)稱直流。用大寫字母如U、I表示電壓、電流為恒定量，不隨時(shí)間變化，一般稱作直流電壓、直流電流。小寫字母u、i表示電壓、電流隨時(shí)間變化。 2 單位 在國(guó)際單位制（SI）中，在1s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1C（庫(kù)侖）時(shí)，其電流為1A（安培）。3 方向電流的方向可用箭頭表示，也可用字母順序表示，見圖1.1.4。用雙下標(biāo)表示為iab 。電流的參考方向圖1.1.6（a）中電流的參考方向與

5、實(shí)際方向一致，i>0。圖1.1.6（b）中電流的參考方向與實(shí)際方向相反，i<0。圖1.1.6實(shí)際方向用虛線表示，參考方向用實(shí)線表示，以下同。二、   電壓1 定義電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移到b點(diǎn)所作的功稱為a、b間的電壓，用uab （Uab）表示。 (1.2)Rabusuab 圖1.1.4 圖1.1.5習(xí)慣上把電位降低的方向作為電壓的實(shí)際方向，可用+、號(hào)表示，也可用字母的雙下標(biāo)表示，有時(shí)也用箭頭表示，見圖1.1.5。2 單位在國(guó)際單位制中，當(dāng)電場(chǎng)力把1C（庫(kù)侖）的正電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功為1J（焦耳），則這兩間的電壓為1V（伏特）。 有時(shí)

6、把電路中任一點(diǎn)與參考點(diǎn)（規(guī)定電位能為零的點(diǎn)）之間的電壓，也叫做該點(diǎn)的電位。也就是該點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)所具有的電位能。參考點(diǎn)的電位為零可用符號(hào)“”表示。電位的單位與電壓相同，用V（伏特）。 電路中兩點(diǎn)間的電壓也可用兩點(diǎn)間的電位差來表示。 （1.3）電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電壓是不變的，電位隨參考點(diǎn)（零點(diǎn)位點(diǎn)）選擇的不同而不同。3 電壓的參考方向在圖1.1.7（a）中電壓參考方向與實(shí)際方向一致取正，u0。在圖1.1.7（b）中電壓參考方向與實(shí)際方向相反取負(fù)，u0?？梢婋娏鳌㈦妷憾际谴鷶?shù)量。當(dāng)電流的方向與電壓方向選取一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向，見圖1.1.8。 圖1.1.7 圖1.1.8當(dāng)電流的方向與電壓方向選取一致，稱

7、為關(guān)聯(lián)參考方向，見圖1.1.8。 圖1.1.7 圖1.1.83.  電動(dòng)勢(shì) 非電場(chǎng)力即局外力把單位正電荷在電源內(nèi)部由低電位b端移到高電位a端所做的功，稱為電動(dòng)勢(shì)，用字母e（E）表示。 (1.4) 電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際方向在電源內(nèi)部從低電位指向高電位，單位與電壓相同用V表示。Rusuabies(t)在圖1.1.9中，電壓uab 是電場(chǎng)力把單位正電荷由外電路從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所作的功，由高電位指向低電位。電動(dòng)勢(shì)是非電場(chǎng)力在電源內(nèi)部把單位正電荷克服電場(chǎng)阻力，從b點(diǎn)移到a點(diǎn)所做的功。圖1.1.10所示的直流電源在沒有與外電路連接的情況下，電動(dòng)勢(shì)與兩端電壓大小相等方向相反。 UE 圖1.1.9 圖1.1.

8、104. 電位 在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)，則某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就稱為該點(diǎn)（相對(duì)于參考點(diǎn)）的電位。電位用符號(hào)V表示。 參考點(diǎn)的選擇是任意的。參考的電位點(diǎn)規(guī)定為零。所以，參考點(diǎn)又叫零電位點(diǎn)。 在圖1.1.11（a）中，根據(jù)需要，如果選d點(diǎn)為參考點(diǎn)，即Vd0V,則b、c點(diǎn)的電位為 VdE1120V，VcE272V (a) (b) (c)圖1.1.11參考點(diǎn)與電位利用電位的概念，可將圖1.1.11（b）所示電路，不畫電源，圖中各端只標(biāo)以電壓值即可。 如果選c點(diǎn)為參考點(diǎn)，即Vc0V，如圖1.1.11（c）所示，此時(shí)d、b點(diǎn)的電位為Vd- E2-72V，Vb- E2+ E172+12048V當(dāng)然，根據(jù)需要

9、也可以選取a點(diǎn)或b點(diǎn)作為參考點(diǎn)。 顯然，參考點(diǎn)選得不同，電路中各點(diǎn)相應(yīng)的電位也不同。但是參考點(diǎn)一經(jīng)選定，則電路中各點(diǎn)的電位就被唯一地確定了。所以，電路中某點(diǎn)電位的高低是相對(duì)的。 電路中任意兩點(diǎn)電位之差稱為電位差，又叫電壓。在圖1.1.11（a）中，b、c兩點(diǎn)間的電壓為 Ubc=Vb-Vc120-7248V （d點(diǎn)為參考點(diǎn)）在圖1.1.11（c）中，b、c兩點(diǎn)間的電壓為 Ubc=Vb-Vc48-048V （c點(diǎn)為參考點(diǎn)）由此可見，電路中兩點(diǎn)間的電壓值不會(huì)因選取不同的參考點(diǎn)而改變，電壓是一個(gè)絕對(duì)量。 電位雖是對(duì)某一點(diǎn)而言，但實(shí)質(zhì)上還是指兩點(diǎn)間的電位差，只是其中一點(diǎn)（參考點(diǎn)）的電位預(yù)先指定為零而已。

10、5 功率電能量對(duì)時(shí)間的變化率，稱為功率，也就是電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功 (1.5)在國(guó)際單位制中，功率的單位是瓦特（W）。在圖1.1.12中電阻兩端的電壓是U，流過的電流是I，是關(guān)聯(lián)參考方向，則電阻吸收的功率為 PUI電阻在t時(shí)間內(nèi)消耗的電能為 WPt圖1.1.12 我們平時(shí)所說消耗1度電就是當(dāng)一段電路功率為1kw時(shí)在1個(gè)小時(shí)內(nèi)消耗的電能，即1kwh。 元件兩電壓和流過的電流在關(guān)聯(lián)參考方向下時(shí)，見圖1.1.13。 PUI0，元件吸收功率。 PUI0，元件發(fā)出功率。 如果元件兩端的電壓和流過的電流在非關(guān)聯(lián)參考方向下時(shí)，見圖圖1.1.14。PUI0，元件發(fā)出功率。PUI0，元件吸收功率。圖1.1

11、.13 圖1.1.14 圖1.1.15對(duì)任一個(gè)電路元件，當(dāng)流經(jīng)元件的電流實(shí)際方向與元件兩端電壓的實(shí)際方向一致，元件吸收功率。電流電壓實(shí)際方向相反，元件發(fā)出功率。例1.1 試判斷圖1.1.15（a）、(b)中元件是發(fā)出功率還是吸收功率。解：在圖1.1.15（a）中電壓、電流是關(guān)聯(lián)參考方向，且PUI10W0，元件吸收功率。在圖1.1.15（b）中電壓、電流是關(guān)聯(lián)參考方向，且PUI-10W0，元件發(fā)出功率。歐姆定律、基爾霍夫定律 歐姆定律和基爾霍夫定律是電路的基本定律，此二定律提示了電路基本物理量之間的關(guān)系，是電路分析計(jì)算的基礎(chǔ)和依據(jù)。一、歐姆定律（ohms Law）對(duì)一個(gè)電阻元件來說，其中流過的電

12、流與其兩端的電壓成正比。在圖1.2.1所示的電流參考方向的情況下，可以表示為 （1.11）或 此為歐姆定律，它確定了電阻元件的I與電壓U的關(guān)系。電阻R的單位是歐姆（），簡(jiǎn)稱歐。電阻數(shù)值很大時(shí)，則以千歐（k）或兆歐（M）為單位，即 1 K103 1 M106 歐姆定律只適合于線性電阻電路的分析計(jì)算。圖1.2.1 歐姆定律二、基爾霍夫定律（Kirchhoffs Law）1. 支路、節(jié)點(diǎn)、回路支路 通常情況下，通以相同的電流無分支的一段電路稱為支路。圖1.2.2中有三條支路。其中兩條含電源的支路稱為有源支路。不含電源的支路稱無源支路。節(jié)點(diǎn) 三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，圖1.2.2中有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)

13、a、b?；芈?電路中任一閉合路徑稱為回路，不含交叉支路的回路稱為網(wǎng)孔，在圖1.2.2中，回路有三個(gè)，網(wǎng)孔只有兩個(gè)。 圖1.2.22. 基爾霍夫電流定律（KCL）在電路中，任何時(shí)刻，對(duì)任一節(jié)點(diǎn)所有支路電流的代數(shù)和等于零。即在電路中對(duì)任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻流進(jìn)節(jié)點(diǎn)的電流等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流。 (1.12)在圖1.2.3中，假定流入a節(jié)點(diǎn)電流取負(fù)，流出a電流取正，有：i1i2+i3=0在圖1.2.2中，對(duì)節(jié)點(diǎn)a有： -i1+i2+i3=0 (1.13)對(duì)節(jié)點(diǎn)b有：-i3-i2+i1=0 (1.14)將式（1.12）兩邊乘以（1），所得方程與式（1.13）完全相同，故在圖1.2.2中只要對(duì)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)列

14、電流方程。此節(jié)點(diǎn)稱為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，當(dāng)有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的。在圖1.2.4中：對(duì)結(jié)點(diǎn)a： i1ica+iab=0對(duì)結(jié)點(diǎn)b： i2iab+ibc=0對(duì)結(jié)點(diǎn)c： i3ibc+ica=0把上面3個(gè)方程式相加，得 i1+i2+i3=0 圖1.2.3 圖1.2.4得出在電路中對(duì)任一閉合面電流的代數(shù)和為零，即流進(jìn)閉合面的電流等于流出閉合面的電流。這是電流連續(xù)性的體現(xiàn)。3. 基爾霍夫電壓定律（KVL）在電路中任何時(shí)刻，在任一回路內(nèi)所有支路電壓的代數(shù)和等于零。 （1.15）在圖1.2.5中假定回路繞行方向順時(shí)針有： （1.16）元件上的電壓方向與繞行方向一致取正，相反取負(fù)。把歐姆定律公式代入式（1.11

15、）有： (1.17)式（1.17）中流過電阻的電流與繞行方向一致Rk I前取正，否則取負(fù)。電壓源電壓方向與繞行方向一致usk前取負(fù)（移到等號(hào)右邊變號(hào)），否則取正。注意：一般對(duì)獨(dú)立回路列電壓方程，網(wǎng)孔一般是獨(dú)立回路。在電路中，設(shè)有b條支路，n個(gè)節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立回路數(shù)為b(n1). 圖1.2.5 圖1.2.6 圖1.2.7例1.4求圖示電路的開口電壓Uab解：先把圖1.2.6改畫成圖1.2.7，求電流I。在回路1中,有 6I=126I=1A根據(jù)基爾霍夫電壓定律,在回路2中,得Uac+UcbUab=02+123 ×1-Uab=0Uab=7V從上面的例子可以看出，基爾霍夫電壓定律不但適用于閉合回路

16、，對(duì)開口回路同樣適用，但需在開口處假設(shè)電壓（例中Uab）。在列電壓方程時(shí)，要注意開口處電壓方向。電路的基本分析方法 電路的基本分析方法，包括簡(jiǎn)單電路的分析方法和復(fù)雜電路的分析方法。所謂簡(jiǎn)單電路，是指能進(jìn)行串并聯(lián)化簡(jiǎn)的那些電路。這種電路的分析方法是最基本且最重要的。所謂復(fù)雜電路，是指那些不能用串并聯(lián)化簡(jiǎn)的電路。復(fù)雜電路的分析方法很多，這里只討論幾種基本方法。一、支路電流法 圖1.3.1所示電路，結(jié)構(gòu)雖然比較簡(jiǎn)單，但三個(gè)電阻既不是串聯(lián)關(guān)系，又不是并關(guān)系，不能用串并聯(lián)化簡(jiǎn)的方法進(jìn)行計(jì)算，因而它是一個(gè)復(fù)雜電路?，F(xiàn)在重新畫出來，如圖1.3.1所示。圖1.3.1支路電流法前面已經(jīng)說過，這是個(gè)分支電路，三條

17、支路三個(gè)電流I1、I2和I3，如何計(jì)算這三個(gè)電流呢？支路電流法，顧名思義，就是以待求支路的電流為未知量，按一定規(guī)則列方程求解的方法。圖示電路中有三個(gè)電流，那么只要能列出三個(gè)方程，三個(gè)電流就可以計(jì)算出來。列方程自然應(yīng)想到基爾霍夫定律。應(yīng)用這個(gè)定律可以列出節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程。圖1.3.1所示電路有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，能列出兩個(gè)電流方程，即a點(diǎn)                      

18、;                               I1+I2=I3b點(diǎn)                  

19、                                  I3=I1+I2兩個(gè)電流方程中，有一個(gè)不是獨(dú)立的（可由另一個(gè)方程導(dǎo)出來）。獨(dú)立電流方程的數(shù)目為2-1=1個(gè)。一般，若電路有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，則獨(dú)立電流方程為（n-1）個(gè)?，F(xiàn)在只有一個(gè)獨(dú)立方程，尚缺兩個(gè)方程。圖示

20、電路有三個(gè)回路，能列出三個(gè)回路電壓方程。我們從中任取兩個(gè)就夠了。例如，取左右兩個(gè)小回路（網(wǎng)孔）列電壓方程，均按順時(shí)針方向繞行一周，有左邊 E1+I2R2=E2+I1R1 右邊 E2=I2R2+I3R3 整理可得I1R1-I2R2=E1-E2I2R2+I3R3=E2一般情況下,電路中需要列回路電壓方程的數(shù)目為網(wǎng)孔數(shù)?，F(xiàn)將圖示電路的節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程聯(lián)立為 I1+I2=I3 I1R1-I2R2=E1-E2 I2R2+I3R3=E2 (1.18)求解得I1，I2和I3 。若它們的數(shù)值為正，則所設(shè)電流的參考方向與實(shí)際方向一致；若它們的數(shù)值為負(fù)，則所設(shè)參考方向與實(shí)際方向相反。綜上所述，采用支路電

21、流法的步驟是：  判別電路的網(wǎng)孔數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)n； 標(biāo)出各待求電流的參考方向； 按節(jié)點(diǎn)列電流方程，方程數(shù)為（n-1）個(gè)； 按回路列電壓方程，方程數(shù)為網(wǎng)孔數(shù)。例1.5 在1.3.1中，若 E1=120V，E2=72V，R1=2，R2=3，R3=6 ，求各支路電流。解： 將已知數(shù)據(jù)代入式(1.18)中，得I1+I2=I32I1-3I2=720-723I2+6I3=72化簡(jiǎn)得I1+I2=I3 2I1-3I2=48I2+2I3=24解之得 I1=18A I2=-4A I3=14AI2為負(fù)值，說明它的實(shí)際方向與所設(shè)的參考方向相反（即I2不是從電源的正極流出，而是從正極流入）。此時(shí)該支路的電源不是發(fā)

22、出電能，而是吸收電能，處于充電狀態(tài)，相當(dāng)于負(fù)載。二、 等效變換法1. 電阻的串并聯(lián)一個(gè)電源一般不僅僅給一個(gè)負(fù)載供電，而往往是給許多負(fù)載供電。負(fù)載的聯(lián)接方式很多，但最常用又最基本的是串聯(lián)和并聯(lián)。下面以電阻負(fù)載為例，簡(jiǎn)要分析串聯(lián)和并聯(lián)的特點(diǎn)、等效電阻以及此時(shí)電流與電壓之間的關(guān)系。（1）串聯(lián)及其分壓作用由兩個(gè)或更多個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)地聯(lián)接，組成一個(gè)無分支電路，各電阻通過同一電流。這樣的聯(lián)接方式叫做電阻的串聯(lián)，如圖1.3.2所示。串聯(lián)電路的等效電阻等于各電阻之和。如果是兩個(gè)電阻串聯(lián)，其等效電阻為 R=R1+R2 （1.19） 圖1.3.2電阻的串聯(lián)在圖示電流、電壓參考方向的情況下，由克希荷夫電壓定律可以

23、寫出 U1+U2-U=0即 U=U1+U2 （1.20）式（1.20）表明了串聯(lián)電阻R1與R2的分壓作用.其中 即 （1.21）式(1.21)為兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)的分壓公式，分得的電壓與各電阻的大小成正比(即按電阻值的大小正比分配)，如果其中一個(gè)電阻比另一個(gè)電阻小的多，則小電阻分得的電壓也小得多，在作近似計(jì)算時(shí)，這小電阻的分壓作用可忽略不計(jì)。串聯(lián)方式有很多應(yīng)用。例如，電源電壓若高于負(fù)載電壓時(shí)，可與負(fù)載串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)大小的電阻，以降低部分電壓。這個(gè)電阻叫做降壓電阻。（2）并聯(lián)及其分流作用由兩個(gè)或更多個(gè)電阻聯(lián)接在兩個(gè)公共節(jié)點(diǎn)之間，組成一個(gè)分支電路，各電阻兩端承受同一電壓，這樣的聯(lián)接方式叫做電阻的并聯(lián)，如

24、圖1.3.3所示。并聯(lián)電路的等效電阻的倒數(shù)等于各電阻的倒數(shù)之和。如果是兩個(gè)電阻并聯(lián)，則有 （1.22）或者 (1.23)式（1.23）是兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)等效電阻的常用計(jì)算公式。圖1.3.3電阻并聯(lián)的由基耳霍夫電流定律可以寫出 I-I1-I2=0 或 I=I1-I2 (1.24)式（1.24）表明了電阻并聯(lián)時(shí)的分流作用。其中 即 (1.25)式(1.25)是兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)的分流公式。由此公式可知，各電阻中的電流分配與各電阻的大小成反比（即按電阻值的大小反比分配）。如果其中一個(gè)電阻比另一個(gè)電阻大得很多，則大電阻分得電流就小得多，在作近似計(jì)算時(shí)，大電阻的分流作用可忽略不計(jì)。和串聯(lián)方式一樣，并聯(lián)方式應(yīng)用

25、得也很廣泛。例如，工廠里的動(dòng)力負(fù)載、民用電器和照明負(fù)載等等，都是以并聯(lián)方式接到電網(wǎng)上的。再例如，電流表測(cè)量電流時(shí)，如果線路中得電流值大于電流表的量程，可在電流表的兩端并聯(lián)一個(gè)合適的電阻予以分流。這樣就擴(kuò)大了電流表的量程。此時(shí)的并聯(lián)電阻叫做分流電阻或分流器。2. 電壓源與電流源的等效變換 一個(gè)實(shí)際的電源，通常習(xí)慣用電動(dòng)勢(shì)E 和內(nèi)阻R0 串聯(lián)的電路表示，如圖1.3.4(a)所示。電源的端電壓U=E-IR0 (1.26)把式（1.26）和圖1.3.4（a）對(duì)照起來看，可以認(rèn)為，該電源以電壓U的形式向負(fù)載R供電，負(fù)載功率為，只與電壓U有關(guān)。 (a) (b)圖1.3.4電壓源和電流源的等效變換從電壓的角

26、度看，可以把虛線框內(nèi)的電源叫做電壓源。把式（1.3.4）的形式變換一下，原電源的性質(zhì)和功能并不改變，可以寫為 即 式中，和的量綱都是電流，若分別用 IS 和 I0 表示，可以寫為 I=IS-I0 (1.27) 式（1.27）具有新的意義，由此式可對(duì)應(yīng)畫出如圖1.3.4(b) 所示的等效電路。把式(1.27)和圖1.3.4(b)對(duì)照起來看，可以認(rèn)為，該電源是以電流I的形式向負(fù)載供電，負(fù)載功率為 P=I2R ，只與電流I有關(guān)。 從電流的角度看，可以把虛線框內(nèi)的電源看作電流源。其中是電源內(nèi)部產(chǎn)生的恒定電流，數(shù)值上等于相對(duì)應(yīng)的電壓源的短路電流。IS 的表示符號(hào)如圖所示。IS 的一部分，在電源內(nèi)部被內(nèi)阻

27、R0 分流，其余部分 I=IS-I0 流出電源，供給負(fù)載。 由此可知，一個(gè)實(shí)際的電源既可以表示成電壓源（E和R0串聯(lián)），也可以表示成電流源（IS和R0并聯(lián)）。對(duì)電源外部的負(fù)載而言，兩種形式是等效的，簡(jiǎn)單地說，電壓源和電流源可以等效變換。它們等效變換的條件是 或E=ISR0 （1.28） 要注意，在變換過程中，電壓源的E和電流源的IS 方向必須一致，使負(fù)載電流的方向保持不變。例1.6 已知電壓源的電動(dòng)勢(shì)E=6V, 內(nèi)阻 R0=0.2. 求與其等效的電流源。解： 等效電流源的兩個(gè)參數(shù)為 R0=0.2兩種等效的電源形式如圖1.3.5(a)、(b) 所示。  圖1.3.5例1.6的電路 三、

28、 戴維南定理 具有二個(gè)端的網(wǎng)絡(luò)稱為二端網(wǎng)絡(luò)。見圖1.3.6含有電源的二端線性網(wǎng)絡(luò)稱為有源二端線性網(wǎng)絡(luò)。不含有電源的二端線性網(wǎng)絡(luò)，稱為無源二端線性網(wǎng)絡(luò)，圖1.3.6所示電路為有源二端線性網(wǎng)絡(luò)。圖1.3.6戴維南定理敘述為；任何有源二端線性網(wǎng)絡(luò)，都可以用一條含源支路即電壓源和電阻的串聯(lián)組合起來等效替代（對(duì)外電路），其中電阻等于二端網(wǎng)絡(luò)化成無源（電壓源短接，電流源斷開）后，從兩個(gè)端看進(jìn)去的電阻，電壓源的電壓等于二端網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)端之間的開路電壓，見圖1.3.7。圖1.3.7例1.7 用戴維南定理，求如圖示1.3.8中流過4電阻的電流i 。解：求輸入端電阻R i（電壓源短接，電流源斷開，從a、b二端看進(jìn)去的

29、電阻）。 Ri=6(見圖1.3.9) 圖1.3.8 圖1.3.9求開路電壓（a、b二端之間斷開的電壓）uOC uOC=(5×6+10)V=40V (見圖1.3.10) （見圖1.3.11）圖1.3.10 圖1.3.11綜上所述，采用戴維南定理的步驟是：（1）把待求電流的支路暫時(shí)移開（開路），得一有源二端網(wǎng)絡(luò)；（2）根據(jù)有源二端網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)，用適當(dāng)方法計(jì)算a、b兩點(diǎn)間的開路電壓；（3）將有源二端網(wǎng)絡(luò)中的全部電源看作零（恒壓源須短路，恒流源須斷路），計(jì)算a、b兩點(diǎn)間的等效電阻；（4）畫出由等效電壓源（E=U0C 、R0=Rab）和待求電流的負(fù)載電阻組成的簡(jiǎn)單電路，計(jì)算待求電流。四、 疊

30、加定理 疊加定理敘述為：在線性電路中，如果有多個(gè)獨(dú)立源同時(shí)作用時(shí)，任何一條支路的電流或電電壓，等于電路中各個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)對(duì)該支路所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。 當(dāng)某獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時(shí)，其他獨(dú)立源應(yīng)該除去，稱為“除源”。即對(duì)電壓源來說，令其電源電壓為零，相當(dāng)于“短路”；對(duì)電流源來說，令其電源電流為零，相當(dāng)于“開路”。見圖1.3.12。 圖 1.3.12 在圖1.3.12中，用疊加定理求流過R2 的電流i2等于電壓源、電流源單獨(dú)對(duì)R2 支路作用產(chǎn)生電流的疊加。 注意：不作用的電壓源短接，不作用的電流源斷開，電阻不動(dòng)。例1.8 用疊加定理求電路圖1.3.13中流過電阻（4）的電流。 解： 見圖

31、1.3.14 i=(1+3)A=4A  圖1.3.13圖1.3.14應(yīng)用疊加原理的步驟是：（1）把含有若干個(gè)電源的復(fù)雜電路分解為若干個(gè)恒壓源或恒流源單獨(dú)作用的分電路。注意：某個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，其余電源的作用必須看作為零（恒壓源要短路，恒流源要開路）。在某個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，電路中的所有電阻（包括電源的內(nèi)阻）應(yīng)當(dāng)保留。（2）在原復(fù)雜電路和種分電路中標(biāo)出電流的參考方向。（3）計(jì)算各個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)的各分電路中的電流。（4）電流疊加，計(jì)算原復(fù)雜電路中的待求電流，疊加時(shí)應(yīng)注意各分電路電流的正負(fù)號(hào)。疊加原理只適用于線性電路，不適用于含有非線性元件的電路。在線性電路中，疊加原理只適用于計(jì)

32、算電流和電壓，不適用于計(jì)算功率。因?yàn)楣β适桥c電流或電壓的平方成正比的，不是線性關(guān)系。常用電工儀表的使用一、GDDS-1A 電工實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置簡(jiǎn)介1. GDDS-1A 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置GDDS-1A 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置配備有各種高可靠?jī)x表、電源、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)組件，利用本裝置可開設(shè)34個(gè)基本實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。主要包括：（1） 直流電路實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)：直流儀表使用與誤差分析計(jì)算；電阻元件的伏安特性測(cè)定；直流電路研究；基爾霍夫定律；電壓源與電流源的等效轉(zhuǎn)換；迭加原理；戴維南定理；網(wǎng)絡(luò)等效變換；VCCS及CCVS、CCCS受控源的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)研究；線性無源二端口網(wǎng)絡(luò)等。（2） 單相交流電路實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)：RL及RC串聯(lián)電路中相量軌跡圖研究

33、；正弦交流電路中的理想元件；用一表法、二表法及三表法測(cè)定交流電路阻抗參數(shù)；日光燈電路與功率因數(shù)提高的研究；串聯(lián)諧振；互感電路；變壓器參數(shù)的測(cè)量；電度表的校驗(yàn)；RC選頻網(wǎng)絡(luò)等。（3） 三相交流及非正弦電路：三相交流電路中的電壓與電流的測(cè)量；三相功率的測(cè)量；非正弦周期電壓的分解與合成等。（4） 暫態(tài)過程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)：一階RC電路的暫態(tài)響應(yīng)；二階電路的暫態(tài)響應(yīng)。 （5） 電路有源器件實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等。另外，GDDS-1A高性能實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置不僅能滿足常規(guī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)要求，而且為開發(fā)提高性、實(shí)用性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)提供了平臺(tái)?；九渲茫旱谝粚觾x表部分包含有：直流雙顯示電壓表、直流雙顯示電流表、交流雙顯示電壓表

34、、交流雙顯示電流表、交流雙顯示功率及功率因素表。第二層實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)功能部件包含有：直流電路實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元、有源元件實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元、交流電路實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元、三相電路實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元、電容箱變壓器實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元等。第三層包含有：實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源、直流穩(wěn)壓電源與穩(wěn)流電源、多路輸出大功率函數(shù)電源、單相交流可調(diào)電源。外表如下圖所示： 2. 儀表部分（1） JDV-21型數(shù)模雙顯示直流電壓表JDV-21型數(shù)模雙顯示直流電壓表是一種多量限（02V20V200V500V）組合儀表，兩量限開關(guān)互相機(jī)械連鎖，所以只能擇一使用。儀表設(shè)有超量限以及極性接反報(bào)警及超限或反接超限次數(shù)自動(dòng)記錄裝置，所以使用時(shí)應(yīng)正確接線，合理選擇量限，避免超限

35、。數(shù)字表無需調(diào)零，指針表的零位可通過撥動(dòng)儀表中部白色塑料刻槽片的位置調(diào)整。指針表是特制磁電式帶反光鏡畫框式儀表，讀數(shù)時(shí)應(yīng)保持眼、針、影在同一直線。數(shù)字表的準(zhǔn)確度為0.5級(jí)，直接讀數(shù)。指針表的滿偏值可隨時(shí)使用面板上“模擬表滿度校正”電位器與數(shù)字表進(jìn)行校正，指針表滿偏100分格，每格具體值視量限而定。面板上“讀數(shù)鎖存”按鍵控制數(shù)字表數(shù)據(jù)鎖定，但模擬指針表仍可實(shí)時(shí)測(cè)量，此功能便于某些定值比較。應(yīng)注意鎖定數(shù)字表時(shí)接通電源，儀表可能會(huì)有不正常顯示，只要復(fù)位即可正常。儀表接通或關(guān)斷供電電源都需要15秒鐘的預(yù)熱和復(fù)位時(shí)間。儀表后面設(shè)有計(jì)算機(jī)接口，學(xué)生可通過控制機(jī)上小鍵盤與教師管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信操作。（2

36、） JDA-21型數(shù)模雙顯示直流電流表JDA-21型數(shù)模雙顯示直流電流表是一種直流毫安表、直流安培表以及單一指針表三為一體的多用組合儀表（02mA 20mA 200mA 0 1A 2A3A），左下方兩輸入接線口及對(duì)應(yīng)的按鍵開關(guān)為三量限直流毫安表，右下方兩輸入插口及對(duì)應(yīng)按鍵開關(guān)為三量限直流安培表，顯示部份共用，兩表量限開關(guān)互相機(jī)械連鎖，所以只能擇一使用。另外，儀表左上方有一鈕子開關(guān)，控制模擬指針表完全脫離出來，由儀表右上方兩插口接出正負(fù)端子形成一個(gè)高靈敏度（約滿偏100A）的指針表，可供多種儀表測(cè)量或其他設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之用。儀表的報(bào)警裝置，調(diào)零裝置、讀數(shù)要求等同JDV-21型數(shù)模雙顯示直流電壓表，這

37、里不再重復(fù)。儀表背后有一個(gè)2A熔絲管與mA表輸入端串聯(lián)，如需更換可打開實(shí)驗(yàn)屏后門。（3） JDA-11型數(shù)模雙顯示交流電流表JDA-11型數(shù)模雙顯示交流電流表是一種多量限（0200 mA 1A 2A 10A）儀表，響應(yīng)值為交流真有效值。儀表的報(bào)警裝置，調(diào)零裝置、讀數(shù)要求等同上。 儀表背后有一個(gè)2A熔絲管與表輸入端串聯(lián)，如需更換可打開實(shí)驗(yàn)屏后門。（4） JDV-24型數(shù)模雙顯示交流電壓表JDV-24型數(shù)模雙顯示交流電壓表的量限：050V 250V 500V。響應(yīng)值為交流真有效值。它可測(cè)量的頻率范圍較廣，從幾十赫茲至幾十千赫茲。儀表的報(bào)警裝置，調(diào)零裝置、讀數(shù)要求等同上。（5） 交流功率及功率因數(shù)表

38、型號(hào)：JW32 基本精度：0.5級(jí) 功率因數(shù)測(cè)量范圍：-10+1 相位角：-90度0度+90度 功率因數(shù)、相位角由指針表顯示，功率由數(shù)字表讀數(shù)確定。功率量限：020W200W2000W 050V500V 00.4A4A3. 實(shí)驗(yàn)功能部件部分（1） 組合大功率十進(jìn)制可變電阻箱本電阻箱是一個(gè)由4個(gè)多位開關(guān)及大功率線繞電阻器構(gòu)成的可變電阻箱。通過串聯(lián)可形成099999的可變電阻器。（2） 直流電路實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元單元本部件由電阻、電容、二極管等元件排列組成的元件庫(kù)和一個(gè)橋式電路組成。（3） 電路有源元件實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元 本部件由回轉(zhuǎn)器、負(fù)阻器、VCCS及CCVS受控源、運(yùn)算放大器、電子開關(guān)等5種有源元件及進(jìn)

39、行上述有源元件實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)時(shí)常用的電阻、電容無源元件組合而成。（4） 互感、電度表、日光燈實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)單元（5） 三相負(fù)載單元及電容箱單元4. 電源裝置（1） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源由三相四線空氣開關(guān)、漏電保護(hù)開關(guān)、帶鎖儀表開關(guān)、各種電源指示燈、單相電源輸出接線柱等組成。（2） 直流穩(wěn)壓電源與直流穩(wěn)流電源 本電源由兩個(gè)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源及一個(gè)直流穩(wěn)流電源組成。直流穩(wěn)壓電源設(shè)有過載、短路、過熱保護(hù)，直流穩(wěn)流電源有開路、過熱保護(hù)。輸出電表作粗略指示。（3） 多路輸出大功率函授電源本多路輸出大功率函授電源的特點(diǎn)： 能同時(shí)實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波、方波、單脈沖波多路輸出，可形成組合信號(hào)源及適應(yīng)多信號(hào)激勵(lì)的要求。

40、 正弦波具有大功率輸出，可滿足電路、磁路等實(shí)驗(yàn)需大功率、較高頻率激勵(lì)的要求。 輸出具有過載、短路等可靠安全保護(hù)。 單相交流可調(diào)電源本電源由單相交流調(diào)壓器、高分?jǐn)嗄芰諝忾_關(guān)、熔斷保險(xiǎn)絲座等組成。二、萬用表的使用1. 零位調(diào)整使用之先應(yīng)注意指針是否指在零位上，如不指在零位時(shí)，可調(diào)整表蓋上的機(jī)械零位調(diào)節(jié)器，使恢復(fù)調(diào)至零位上。2. 直流電壓測(cè)量 將測(cè)試桿紅色短桿插在正插口，黑色短桿插在負(fù)插口，將范圍選擇開關(guān)旋至直流電壓的五檔范圍內(nèi)，如不能確定被測(cè)電壓的大約數(shù)值時(shí)，應(yīng)先將范圍選擇開關(guān)旋至最大量限上，根據(jù)指示值的大約數(shù)值，再選擇合宜的量限位置上，使指針得到最大的偏轉(zhuǎn)度。 本儀表由于靈敏度較高，在測(cè)量電源

41、內(nèi)阻較高的電壓時(shí)，不會(huì)顯著影響電路的狀態(tài)，在電子電路中也有等效內(nèi)阻很高的，此時(shí)由于儀表的測(cè)量影響，使電路改變了狀態(tài)，引起很大誤差。象這樣的情況下，寧可將電壓量限制得高一些，使儀表內(nèi)阻增得大一些，以減少測(cè)試并聯(lián)影響。3. 交流電壓測(cè)量測(cè)量方法與直流電壓相似，只要將選擇開關(guān)旋至交流電壓范圍內(nèi)即可。交流電壓的額定頻率為45H z-1KHz，正弦電壓的波形失真應(yīng)小于1%,非正弦波形失真很大的電壓，會(huì)造成很大誤差，如頻率范圍超過額定值但不超出10KH z，仍可以測(cè)量，但誤差較大。4. 音頻電平測(cè)量5. 直流電流測(cè)量直流電流測(cè)量范圍為50 mA -500mA。將范圍選擇開關(guān)旋至直流電流范圍內(nèi)，測(cè)量時(shí)將測(cè)試

42、桿串接在被測(cè)電路之中即可。6. 電阻的測(cè)量將選擇開關(guān)旋至歐姆的各檔范圍，并將測(cè)試桿二端短路，指針即向滿度方向偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)零歐姆調(diào)正電位器，使指針準(zhǔn)確地指在歐姆刻度的零位上。然后將測(cè)試桿分開去測(cè)量未知電阻的阻值。為了提高測(cè)試結(jié)果的精度，歐姆刻度盡量希望用在中間的一段，即全刻度的20%-80%的弧度范圍內(nèi)。當(dāng)測(cè)量電路中的電阻值時(shí)，應(yīng)將電路電源關(guān)去，如果有存余儲(chǔ)電量，應(yīng)將它放電，然后才能測(cè)量。注意！切勿帶電測(cè)量電阻。三用表內(nèi)附1.5V五號(hào)筆電池一節(jié)，供*1-*1K 4個(gè)量限使用。電壓幅度允許在1.35-1.65V范圍內(nèi)都可應(yīng)用。但測(cè)量電池電壓時(shí)應(yīng)接上一個(gè)負(fù)荷，放電的電流可在30-70mA左右，即與電池

43、并聯(lián)一個(gè)20-50的電阻后測(cè)量它的電壓值，應(yīng)符合上述電壓范圍。不然的話，就應(yīng)更換新電池，如果不泄放電流測(cè)量電池電壓，由于萬用表靈敏度很高，測(cè)出來的數(shù)值，接近于電動(dòng)勢(shì)，以致不能分辨電池電壓的容量。內(nèi)附的15V層迭電池，專供10K使用，電壓幅度允許在13.5-16.6之內(nèi)，測(cè)試時(shí)可以不必放電直接測(cè)量。這是因?yàn)镽10K工作電流僅60A，它與測(cè)試消耗電流僅相差一倍左右，故可分辨出它的容電量來。本產(chǎn)品在1檔的消耗電流，最大為60mA左右。由于筆電池容電量有限，應(yīng)盡量減少電池的消耗。特別是在這一檔短路調(diào)零時(shí)的時(shí)間要短，以延長(zhǎng)使用期限。電池用完以后，應(yīng)早些更換，以防止電池腐蝕而影響其他元件，如儀表長(zhǎng)期放置不用，也應(yīng)將電池取出，以防腐爛。用戶最好使用5號(hào)1.5V堿性電池，以免電池液溢出。7. 電容的測(cè)量萬用電表測(cè)量電容的基本原理是利用電容在交流電路上產(chǎn)生的容抗，串聯(lián)在交流