电路分析基础全套教程.pptx

电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版副标题样式,电路分析基础,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版副标题样式,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版副标题样式,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电路分析基础,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电路分析基础,电子信息类专业基础课程,学习内容,理论学习内容,识别电路元件并认读参数、了解电路元件特性,能分析直流电路的工作原理，计算相关参数,能分析单相、三相正弦交流电路，计算相关参数,R,1,R,2,R,6,U,S1,U,S2,R,3,U,S3,R,4,R,5,N,N,B,C,A,Z,N,学习内容,技能训练内容,认识器件，并能用万用表测量其参数,能搭接简单的串、并、混联电路,能用万用表测量电路中的电压、电流参数,会使用示波器观察、测量正弦信号波形,会使用仿真软件,Multisim,，仿真验证电路定理、测试电路参数,第,1,章 电路的基本概念和基本定律,电路和电路模型,电路的基本物理量,电阻元件及欧姆定律,基尔霍夫定律,电路中的电源,受控源,1.1,电路和电路模型,1.1.1,实际电路,手电筒电路,1、,电路的组成,电路是电流流通的路径,。,1、,电路的组成,电路通常由,电源,、,负载,和,中间环节,三部分组成。,火线,.,零线,电源,连接导线和其余设备为中间环节,负载,（,1,）电源,（,2,）负载,（,3,）中间环节,电路中电能或电信号的发生器称为电源。,电路中的用电器称为负载。,其作用是将电源和负载连接起来，形成闭合路径，并实现对整个电路的控制、保护和测量。主要包括：连接导线、控制电器（如开关、继电器等）、保护电器（如熔断器）、测量仪表（如电压表、电流表等）。,1、,电路的组成,2,、电路的功能,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统电路,信息的传递和处理电路,电路可以实现信号的处理、放大、传输和控制等作用。,例如：电力网络将电能从发电厂输送到各个工厂、广大农村和千家万户，再通过负载把电能转换成其他形式的能量。,例如：电视接收天线将含有图像和声音信息的高频电视信号通过高频传输线送到电视机中，经过选择、变频、放大和检波等处理，恢复出原来的图像和声音信息，在显像管上呈现图像并在扬声器中发出声音。,1,、理想电路元件及符号,R,+,U,S,电阻元件,只具耗能的电特性,电容元件,只具有储存电能的电特性,理想电压源,输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定,理想电流源,输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。,L,电感元件,只具有储存磁能的电特性,I,S,理想电路元件是实际电路器件的,理想化和近似,，其电特性,单一,、,精确,，可定量分析和计算。,C,1.1.2,电路模型,常用理想元件及符号,2,、电路模型,实体电路,负载,电源,开关,连接导线,S,R,L,+,U,I,U,S,+,_,R,0,电路模型,电源,负载,中间环节,用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的,电路模型,。,晶体管放大电路,(c),电路模型,(a),实际电路,(b),电路原理图,3.,电路的状态,电路的工作状态一般有三种：有载工作状态、短路状态和开路状态。,开路,开关断开开电路中某处断开，使电路中没有电流，又叫断路状态。,3.,电路的状态,(2),有载状态,（正常工作状态）,当开关闭合后电源与负载接成闭合回路，电源处于有载工作状态，即电路中有电流流过的状态。,3.,电路的状态,(3),短路状态,当,a,、,b,两点接通，此时电源的两个极性直接相连，电源被短路，此种状态要绝对避免，会造成严重后果：,会导致电源发热过渡而损坏电源；,电流过大而引起电气设备的机械损伤。,1.2,电路的基本物理量,1.2.1,电流及其参考方向,i,dq,dt,=,（,1-1,）,稳恒直流：,I,Q,t,=,（,1-2,）,1A=10,3,mA=10,6,A=10,9,nA,电流单位换算：,1,、电流和电流强度,（,1,）带电粒子（电荷）有规则作的定向移动形成电流。,（,2,）电流强度,定义：在数值上等于,单位时间内通过导体横截面的电荷量称为电流强度,。,交流电流：,（,1,）恒定电流,:,大小和方向均不随时间变化的电流，称为,恒定电流,，简称为直流（,dc,或,DC,),，一般用大写符号,I,表示。,（,2,）交流电流,:,大小和方向随时间变化的电流，称为,交流电流,，简称为交流,(,ac,或,AC,),。一般用小写符号,i,表示。交流电流在某一时刻,t,的值,i,(,t,),，称为瞬时值。,2,、电流的分类,3,、电流的参考方向,习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。,对于一些复杂电路，某一段电路电流的实际方向很难判定，因此，对流过每个元件的电流规定了一个假定的正方向，叫做,参考方向,。,分析电路时：（1,）先假设电流的参考方向。（,2,）按选定的参考方向分析电路，求解电流，若计算结果为正（,I,0），说明电流的参考方向与实际方向相同；若计算结果为负值（,I,0），说明电流的参考方向与实际方向相反。（,3,）若没有设定参考方向，电流的正、负没有意义。,在电路中，元件的电流参考方向可用箭头表示，在文字叙述时可用电流符号加双下标表示，如,i,ab,，它表示电流由,a,流向,b,，并有,i,ab,i,ba,。,（1,）上面是用箭头表示电流方向，在实际中也可直接用,字母,表示,即：,i,ab,=3A,I,CD,=-5A,（2,）正、负号只表示电流的方向，而不表示电流的大小。,【例,1-1,】,如图,1-5,中，,1,、,2,、,3,三个方框表示三个元件或电路，箭头表示电流的参考方向，,i,1,、,i,2,、,i,3,表示电路中的电流。说明当,i,1,i,2,i,3,1A,和当,i,1,i,2,i,3,1A,时各电路电流的真实方向。,图,1-5,例,1-1,图,【练一练】如下图：,（,1,）流过,1A,的电流，实际方向为由,a,至,b,，试为该电流设参考方向，并写出相应的结果。,（,2,）,a,点为高电位，,b,点为低电位，实际电压方向为从,a,点指向,b,点，试为该,2V,的电压设参考方向，并写出相应的结果。,【分析】（,1,）电流参考方向从,a,至,b,时，,i,=1A,a,b,i,=1A,i,=-1A,（,2,）电压参考方向从,a,指向,b,时，,u,=2V,电流参考方向从,b,至,a,时，,i,=-1A,电压参考方向从,b,指向,a,时，,u,=-2V,1.2.2,电压及其参考方向,1、,电压,电荷在电路中移动，就会有能量的交换发生。单位正电荷由电路中a,点移动到,b,点所获得或失去的能量（电场力所做的功），称为,ab,两点的电压。,交流电：,I,a,b,+,U,R,L,_,S,U,s,+,R,0,稳恒直流：,1V=10,3,mV,，,1kV=10,3,V,电压单位换算：,2,、电压的分类,（,1,）如果,电压的大小和极性不随时间变化，这种电压称为,直流电压,，用大写符号,U,表示。,（,2,）如果,电压的大小和极性都随时间变化，则称为,交流电压,，常用小写符号,u,表示。,u,t,U,u,t,u,电压方向的表示方法如下图（a,）、（,b,）、（,c,）所示,可分别为用箭头、“,+”“,”极性和双下标表示电压的参考方向。,3,、电压的参考方向,（,1,）实际方向：,由正电荷运动的起点指向终点，即高电位到低电位。,（,2,）参考方向：,与电流一样，可任意设定电压的参考方向。,若计算结果为正值（,u,0,），电压参考方向与实际方向一致；,若计算结果为负值（,u,0,），则电压参考方向与实际方向相反。,4,、两个概念：,关联方向：,电流、电压的参考方向设定一致，即电流从高电位（正极），指向低电位（负极），称电压电流为关联方向。,非关联方向,：,电流电压参考方向设定不一致，即电流从低电位（负极）指向高电位（正极），称电压电流为非关联方向。,a,I,负载元件,U,b,a,I,电源元件,U,b,实际,负载,上的电压、电流方向是,关联,的。,实际,电源,上的电压、电流方向总是,非关联,的。,1.2.3,电位的概念,1,、数值定义：,电场力将单位正电荷从给定点（如,a,点）移动到参考点（如,b,点）所做的功,，用,V,a,表示,。,I,a,b,R,L,_,S,U,s,+,R,0,注意：参考点为零电位点（接地点）用“,”表示。,参考点的选择是任意的，一般在电子线路中常选择很多元件汇集的公共点；在工程技术中则选择大地、机壳为参考点。,电位：,V,a,=,W,a,W,0,q,定义式,2,、电压与电位关系,显然电压和电位的定义式形式相同，因此得到电位的物理定义：,在电路中任选一点（如,b,点）为参考点，则,某一点（如,a,点）到参考点的电压就称为该点,(,a,点,),的电位,。,电位与电压的单位一样，都是伏特,V,。,电位：,V,a,=,W,a,W,0,q,电压：,U,ab,=,W,a,W,b,q,【例,1-2,】下图中，电源电压为,2V,，电阻值均为,1k,若分别以,C,、,B,、,A,点为参考点，试求,AB,点间电压值。,【解】,1.,如果以,C,点,为参考点，则,2.,如果以,B,点,为参考点，则,3.,如果以,A,点,为参考点，则,2,0,1,1,0,-1,1,1,1,结论：电压与电位的区别和联系,（,1,）在电路中任意两点之间的电压,等于,这两点的电位差：,（,2,）,电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压：,（,3,）在电路中，参考点选择,不同,，电路中各点的电位,不同,，但任意两点间的电位差,相同,，即,电压,数值与参考点无关，因此,具有唯一性,。,（,4,）当,U,AB,0,时，则说明,V,A,V,B,，,A,点为高电位点，,B,点为低电位点；当,U,AB,0,时，则说明,V,A,V,B,；当,U,AB,=0,时，则说明,V,A,=V,B,。,U,ab,=,V,a,V,b,V,a,=,U,a0,【练一练】,1.,如果以,A,点,为参考点，则,2.,如果以,B,点,为参考点，则,3.,如果以,C,点,为参考点，则,0,0,-5,5,-4,-9,5,5,5,【练一练】思考与练习,1.2-3,计算,U,ab,(a)(b),计算,V,c,。,图,1-11,题,1.2-3,图,1.2.4,电功率与电能,P=UI=I,2,R,=,U,2,/,R,单位：瓦特,(W),、千瓦,(kW),、兆瓦,(MW),、毫瓦,(mW),、微瓦,(,W,),1,、电功率,（,1,）定义：单位时间内电场所做的功。,电功率的大小表征了设备能量转换的本领。,或,电压电流方向,功率计算公式,计算结果,功率性质,关联参考方向,p,=,ui,或,P,=,UI,0,吸收,0,发出,非关联参考方向,p,=,ui,或,P=,UI,0,吸收,0,发出,（,2,）电路元件功率的计算公式,【例,1-3】,如下图所示电路中，已知元件,1,的,U,4V,，,I,2A,，元件,2,的,U,5V,，,I,3A,，求元件,1,、,2,的功率是多少，并说明是吸收功率还是发出功率。,【,练一练】,图示电路，若已知元件功率为,20W,，电压,U,为,5V,，求电流,I,。,+,U,I,元 件,I,=,P,U,=,20,5,=,4A,解,【,练一练】,图示电路，已知元件中通过的电流为,100A,，电压,U,为,10V,，电功率,P,。并说明元件性质。,+,U,I,元 件,解,P,=,UI,=,10,(-100),=,1000W,元件功率为正，说明元件是负载，消耗电路中的功率。,元件功率为负，说明元件是电源，对外产生功率。,(3),电气设备的额定值,电器设备在额定电压和额定电流下正常工作所消耗的电功率或因消耗电功率而转换输出的其它功率称为,额定功率,，用字母,P,N,表示。,额定功率与额定电压、额定电流之间的关系为：,对直流电,P,N,=,U,N,I,N,在额定电压下，当负载的工作电流超过额定电流值时，称作,超载,或,过载,。当负载超载时，将使负载的温度升高，长期过载是不允许的。,反之，工作电流低于额定值时，称为,欠载,或,轻载,，这种情况下不能充分发挥电气设备的利用率，使设备的功率损耗增大，效率降低。,当工作电流等于额定电流时，为,满载,，这种情况是最佳工作状态，设备的利用率和效率最高。,用电器的铭牌数据值称为,额定值,，额定值指用电器长期、安全工作条件下的,最高限值,，一般在出厂时标定。,2,、电能,定义：在一段时间内，电场力移动正电荷所做的功称为电场能，简称电能，其表达式为,d,w,=,p,d,t,直流电中表示为：,W=Pt=UIt,国际,单位：电压,U,为伏特,V,、电流,I,为安培,A,、时间,t,为秒,s,时，则电能,W,为焦耳,J,。,日常生活中常用电能表测量用户使用电能的多少，电能表的单位为“度”,，即功率为,1kW,的设备用电,1,小时所消耗的电能为,1,度，即,1,度,=1,千瓦小时,=3.610,6,J,【练一练】,有一功率,P,=60W,的电灯，每天使用它照明的时间为,4,小时，如平均每月按,30,天计算，则每月消耗的电能为多少，合为多少,J？,1,度电,的概念,1000W,热水器加热,小时,200W,电视机使用,小时,40W,的灯泡照明,小时,1,5,25,【练一练】习题,1-3,已知各元件端电压的绝对值为,5V,，通过的电流绝对值为,4A,。,（,1,）若电压参考方向与真实方向相同，判断电流的正负；,（,2,）若电流的参考方向与真实方向相同，判断电压的正负。,(a)(b)(c)(d),【例】如图电路中，已知,U,1,=1V,U,2,=-6V,U,3,=-4V,U,4,=5V,U,5,=-10V,I,1,=1A,I,2,=-3A,I,3,=4A,I,4,=-1A,I,5,=-3A,。,试求：,(1),各二端元件吸收的功率；,(2),整个电路吸收的功率。,【解】（,1,）各二端元件吸收的功率为,（,2,）整个电路吸收的功率为：,1.3,电阻元件及欧姆定律,1.3.1,电阻元件,1、,定义,导体,对电流阻碍作用的元件称为电阻元件，简称为电阻。用“,R,”表示。,单位：欧姆（,），常用千欧（,k,）、兆欧（,M,）作单位。,1k=10,3,，,1M=10,6,电路符号：,2,、电阻元件分类,(a),碳膜电,阻,(e),电阻排,阻,(b),金属膜电阻,(c),贴片电阻,(d),柱形贴片电阻,(h),水泥电阻,(g),功率电阻,(f),线绕电阻,3,、色环电阻元件识读,颜色,第,1,位,有效值,第,2,位,有效值,倍率,允许偏差,黑,0,0,10,0,-,棕,1,1,10,1,-,红,2,2,10,2,橙,3,3,10,3,-,黄,4,4,10,4,-,绿,5,5,10,5,蓝,6,6,10,6,-,紫,7,7,10,7,灰,8,8,10,8,-,白,9,9,10,9,金,10,-1,5%,银,10,-2,10%,无色,20%,（,1,）四环电阻,3,、色环电阻元件识读,颜色,第,1,位,有效值,第,2,位,有效值,第,3,位,有效值,倍,率,允许偏差,黑,0,0,0,10,0,-,棕,1,1,1,10,1,1%,红,2,2,2,10,2,2%,橙,3,3,3,10,3,-,黄,4,4,4,10,4,绿,5,5,5,10,5,0.5%,蓝,6,6,6,10,6,0.25,紫,7,7,7,10,7,0.1%,灰,8,8,8,10,8,0.05%,白,9,9,9,10,9,-,金,10,-1,5%,银,10,-2,10%,（,2,）五环电阻,4,、电阻定律,对于均匀界面的金属导体，在温度不变时，导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比。,式中,l,导体的长度，单位：米（,m,）；,S,导体的横截面积，单位：平方米（,m,2,）；,导体的电阻率，单位：欧,米（,m,）；,R,导体的电阻，单位：欧姆（）。,5,、电导,电阻的倒数1/,R,称为,电导,，它是表示材料导电性能的一个参数,:,电导的单位是西门子，用符号S,表示。,另外电阻率的倒数叫做电导率，用字母,表示。,1.3.2,欧姆定律,在电路理论中，电阻元件是耗能元件的理想化模型，一般的理想元件具有两个端钮，称为,二端电路元件,。,1,、元件的伏安特性,通过元件上的电压,u,(t),与电流,i,(t),的函数关系。,0,i,(,t,),u,(,t,),线性电阻的伏安关系如图所示，图中直线的斜率就等于电阻值。,2,、,欧姆定律,在关联参考方向下，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比。,或,i,R,+,u,-,这就是著名的欧姆定律，它在电路理论中具有重要的地位，并且应用广泛。从上式还可推出：,或,3,、考虑电压电流参考方向的公式,a,I,负载元件,U,b,关联参考方向,a,I,电源元件,U,b,非关联参考方向,（,1,）关联方向时，表示为：,（,2,）非关联方向时，表示为：,u,=,i,R,u,=,-,i,R,P,=,ui,P,=,-,u,i,P,0,负载元件吸收的功率,P,0,电源元件产生的功率,【练一练】按给定的电压、电流参考方向，求,U,、,I,的,值。,0.5A,10,+,U,-,I,5k,+,20V,-,2A,6,-,U,+,I,3,-,-,6V,+,（,a,）,（,b,）,（,c,）,（,d,）,【练一练】思考与练习,1.3-4,计算,U,计算,I,。,图,1-14,题,1.3-4,电路图,【练一练】习题,1-6(a)(b),(a)(b),图,1-67,习题,1-6,图,若让,I,0.6A,，,R,？,【练一练】习题,1-6(c)(d),电路中，若让,U,=0.6V,，,R,？,(c)(d),图,1-67,习题,1-6,图,【练一练】习题,1-9,(a)(b),图,1-71,习题,1-10,图,计算,Va,1.4,基尔霍夫定律,1.4.1,电路中几个常用的名词,1,、支路,：电路中流过同一电流且必须有至少一个元件的一段电路。可用符号,b,表示电路的支路数。,【想一想】,图中的,bagf,、,bdf,、,bcef,、,bc,、,gf,、,fe,是不是支路？,图中的支路,bagf,、,bdf,中有电源称为有源支路，支路,bcef,中无电源称为无源支路。,d,a b c,g f e,+,_,R,1,U,S1,+,_,U,S2,R,2,R,3,2,、节点：,电路中三条或三条以上支路的公共连接点称为节点。可用符号,n,表示电路的节点数。,【想一想】,图中的,a,、,b,、,c,、,d,、,e,、,f,点是不是节点？,d,a b c,g f e,+,_,R,1,U,S1,+,_,U,S2,R,2,R,3,3,、回路：,电路中任一个闭合的路径称为回路。,如图中，,abdfga,、,bcefdb,、,abcefga,都是回路。,4,网孔：,内部不含支路的回路称为网孔。可用符号,m,表示电路的网孔数。,【想一想】,图中的,abdfga,、,bcefdb,、,abcefga,是不是网孔？,【注意】,对于一个闭合回路，一般满足,b,=,m,+(,n,-1),的关系。,d,a b c,g f e,+,_,R,1,U,S1,+,_,U,S2,R,2,R,3,【练一练】习题,1-12,1-12,图,1-73,所示电路，该电路有多少个节点？多少条支路？多少个网孔？,图,1-73,习题,1-12,图,【练一练】图示电路，该电路有多少个节点？多少条支路？多少个网孔？,1.4.2,基尔霍夫电流定律,1,、定律内容：,对电路中任一节点而言，,在任一时刻，流入任一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，,（简称,KCL,定律,）,即,如图所示，对于节点,A,，,I,3,、,I,4,流入，,I,1,、,I,2,、,I,5,流出，根据式,KCL,定律内容可得：,I,3,+,I,4,=,I,1,+,I,2,+,I,5,I,3,+,I,4,=,I,1,+,I,2,+,I,5,上式可改写为：,I,3,+,I,4,-,I,1,-,I,2,-,I,5,=0,或,-,I,3,-,I,4,+,I,1,+,I,2,+,I,5,=0,上式表明：,任一时刻在电路的任一节点上，所有支路电流的代数和恒等于零,，即,注意：,在计算过程中，若设流入电流为正，则流出为负；若设流出电流为正，则流入为负。,【练一练】如下图所示，对节点,b,和节点,f 列KCL,方程,。,对于,b,节点：,I,1,+,I,3,=,I,2,或,I,1,+,I,3,-,I,2,=0,对于,f,节点：,I,2,=,I,1,+,I,3,或,I,1,+,I,3,-,I,2,=0,上式表明：若电路中有,n,个节点，即可得到,n,个,KCL,方程，但其中只有,n-1,个方程是独立的。,I,1,I,3,I,2,2,、广义节点的,KCL,应用,对于节点,a,I,1,+,I,6,I,4,=0,对于节点,b,I,2,I,4,I,5,=0,对于节点,c,I,3,I,5,I,6,=0,以上三式相加得：,I,1,I,2,I,3,=0,可见对于闭合面,S,而言，流入（或流出）封闭面的电流的代数和等于零，,KCL,同样成立。,KCL,通常用于节点，但对于包围几个节点的闭合面也是适合的，可将闭合面,S,看做一个广义节点。,如图所示，闭合面,S,包围了,a,、,b,、,c,三个节点，对这三个节点分别应用,KCL,，得：,+,U,s1,-,+,U,s2,-,R,1,I,1,R,2,I,2,R,3,I,3,R,4,I,4,R,5,I,5,I,6,R,6,a,b,c,广义,节点,I,1,+I,2,=I,3,【练一练】列出下面广义节点的,KCL,方程。,【练一练】思考与练习,1.4-2,求,I,1,求,I,2,【练一练】习题,1-11,（,a,）,求,I,【练一练】习题,1-12,求,I,3,和,I,4,1.4.3,基尔霍夫电压定律,1,、定律内容：,在任一时刻，沿任一回路绕行一周，所经路径上各段电压的代数和恒等于零,，（简称,KVL,定律）即,或,（,1,）要选定回路的绕行方向。,（,2,）当元件的电压参考方向与绕行方向一致时，该电压取,“+”,号；元件的电压参考方向与绕行方向相反时，该电压取,“,”,号。,2,、列,KVL,方程的步骤,图示电路沿顺时针绕行一周，由,KVL,可得：,u,1,-,u,2,+,u,3,+,u,4,=0,u,1,-,u,2,+,u,3,+,u,4,=0,对上式作数学变换，有,u,1,+,u,3,+,u,4,=,u,2,表明，,在任一时刻，任一闭合回路中，所有电压降的代数和与所有电压升的代数和相等。,写成一般形式为,【例题】列出图示电路的,KVL,方程,【练一练】思考与练习,1.4-3,求,U,3,3,、非闭合路径的,KVL,应用,KVL,不仅适用于闭合回路，还可以作为电路中计算两点间电压的常用方法。,如图中，求,A,点和,B,点间的电压，则可自,A,点开始，沿任何一条路径绕行至,B,点，沿途各段电路电压的代数和即为,u,AB,，即,u,AB,=,u,1,u,2,+,u,3,注意：上述表达式中电压均用小写字母“,u,”，表示该定律对交流电路任意时刻同样适用；若用于直流电路，电压则应用大写字母“,U,”表示。,【练一练】习题,1-11,（,b,）（,c,）,求,U,ab,求,V,a,【例,1-4,】图示电路，通过,a,、,b,、,c,、,d,四个节点与电路的其它部分相连接，图中已标出部分已知的元件参数及支路电流，求未知参数,R,及电压,U,ac,、,U,bd,。,解：先设未知电流,I,1,、,I,2,、,I,3,如图所示。,a b,d c,+5V,1A,2A,6A,1,2A,+,10V,2,2,R,对于节点,a,，根据,KCL,得：,1+2,I,1,=0,，解得,I,1,=1A,I,3,再按顺时针绕行方向，列,KVL,方程：,5+1 2,2,I,2,+,I,3,R,+2,I,1,10=0,，,对于节点,b,，根据,KCL,得：,2+(,2),I,2,=0,，解得,I,2,=4A,对于节点,c,，有根据,KCL,得：,I,2,+6+,I,3,=0,，解得,I,3,=,2A,解得,R,=3.5,I,1,I,2,【例,1-4,】图示电路，通过,a,、,b,、,c,、,d,四个节点与电路的其它部分相连接，图中已标出部分已知的元件参数及支路电流，求未知参数,R,及,电压,U,ac,、,U,bd,。,解：前面计算得,I,1,=1A,，,I,2,=4A,，,I,3,=,2A,，,电压,U,ac,根据图示绕行方向列,KVL,得,a b,d c,+5V,1A,2A,6A,1,2A,+,10V,2,2,3.5,I,2,I,1,I,3,U,ac,=5+21,2,I,2,=5+2,(,4,),2,=15V,U,bd,=,2,I,2,+,I,3,R,=,(,4,),2+,(,2,),3.5=1V,电压,U,bd,根据图示绕行方向列,KVL,得,【练一练】习题,1-12,求,电压源,U,S,的值,1.5,电路中的电源,电源的分类,1,、以对电路,输出,不同的,物理量,分类,电压,源,电流,源,2,、以能否,独立,向电路提供能量分类,独立,源,受控,源,3,、以不同,分析模型,分类,理想,电源,实际,电源,1,、理想电压源,1.5.1,电压源,（,1,）定义：,输出电压总保持为某一给定值或某一个给定的时间函数，则该电源称为理想电压源。,（,2,）理想电压源的图形符号：,以输出电压的形式向负载供电的电源称为电压源。,（,4,）理想电压源的特点：,恒压不恒流。,U,S,U,I,0,（,3,）理想电压源的伏安特性：,平行于电流轴的一条直线,对外输出的电压,U,S,是恒定值或给定的时间函数，与流过它的电流无关。,流过理想电压源的电流由电压源本身及外电路共同决定。,（,5,）理想电压源的开路与短路,开路,I=,0,U,S,+,_,R,L,+,_,U=U,S,I=,U,S,+,_,R,L,短路,+,_,U=,0,所以，,理想电压源不允许短路！,理想电压源输出的电压值恒定，短路时由于理想电,压源内阻为零，因此其电流将趋近于无穷大！,（,6,）理想电压源的串联与并联,串联,U,S,=,U,Sk,电压值不同的理想电压源,禁止并联,；,任何与理想电压源,并联,的元件，对外等效时都可忽略不计。,U,S,2,+,_,+,U,S,1,注意参考方向,U,S,=,U,S1,U,S2,5V,+,_,+,_,5V,I,5V,+,_,I,+,_,U,S,并联,2,、实际电压源,理想电压源是不存在的，电源内部总存在一定的内阻，产生电能的同时还消耗电能的电压源。,（,1,）实际电压源的等效模型,实际电压源,可用,理想电压源和电阻相串联,的电源模型表示。,U,=,U,S,-,IR,0,实际电压源的端电压：,I,b,U,S,U,R,0,+,_,+,_,a,（,2,）实际电压源的伏安特性,I,b,U,S,U,R,0,R,L,+,_,+,_,a,0,U,(V),U,s,I,(A),IR,0,U,在接通负载后，实际电压源的端电压,U,低于理想电压源的电压,U,S,，实际电压源的端电压,U,随,I,的增加而下降。,实际电压源的开路电压就等于,U,S,。,实际电压源的,内阻越小，,其特性,越接近于理想电压源,。,U,=,U,S,-,IR,0,=,IR,L,电压源模型外特性,【解】,由公式,U,=,U,S,-,IR,0,=,IR,L,可得：,【例题】,实际电源的电路模型如图所示，已知电源电压,U,S,为,20V,，负载电阻,R,L,为,50,，当内阻,R,0,分别为,0.2,和,30,时，流过负载的电流,I,各为多少？,I,b,U,S,U,R,0,R,L,+,_,+,_,a,1,、理想电流源,（,1,）定义：,输出电流始终保持恒定值或按一定的时间函数变化，而与加在它上面的电压无关的电源称为理想电流源。,（,2,）理想电流源的图符号：,1.5.2,电流源,I,S,i,S,不断向外电路输出电流的装置就是电流源。,（,4,）理想电流源的特点：,恒流不恒压。,I,S,U,I,0,（,3,）理想电流源的伏安特性：,平行于电压轴的一条直线,输出电流是恒定值或确定的时间函数，与它两端的电压无关。,端电压的大小由电流源本身及外电路共同决定。,（,5,）理想电流源的短路与开路,开路,I=I,S,+,_,U=,短路,+,_,U=,0,理想电流源输出的电流值恒定，开路时由于理想电,流源内阻无穷大，因此其端电压将趋近于无穷大！,I,S,R,L,I,S,R,L,I=,0,所以，,理想电流源不允许开路！,R,（,6,）理想电流源的串联与并联,I,S1,I,S2,I,S3,I,S,并联,I,S,=,I,Sk,注意参考方向,I,S,=,I,S1,+,I,S2,I,S3,电流值不同的理想电流源,禁止串联,；,任何与理想电流源,串联,的元件，对外电路等效时都可忽略不计。,串联,1A,1A,1A,2,、实际电流源,理想电流源实际上也是不存在的。以光电池为例，由于内电导的存在，被光激发产生的电流总有一部分在电池内部流动，而不能全部输出。,（,1,）实际电流源的等效模型,实际电流源,可用,理想电流源和电阻相并联,的电源模型表示。,I,U,R,0,+,I,S,a,b,I,=,I,S,-,U/R,0,实际电流源的输出电流：,（,2,）实际电流源的伏安特性,I,U,R,L,R,0,+,I,S,R,0,U,a,b,电流源模型外特性,0,U,(V),I,(A),I,s,I,U,/,R,0,实际电流源的输出电流低于理想电流源的电流,I,S,，实际电流源的输出电流,I,随,U,的增加而减小。,实际电流源的,短路电流就等于,I,S,。,实际电流源的,内阻越大,，分流就越小，其特性,越接近于理想电流源,。,1.5.3,电压源与电流源的等效变换,I,b,U,S,U,R,0,+,_,+,_,a,I,U,R,0,+,I,S,a,b,对于外电路而言，只要电源的外特性一样，则无论用电压源或者电流源模型表示，所起的作用都是一样的。也就是说，实际电源既可以用电压源模型表示，也可以用电流源模型表示，因此两者间可以等效互换。,a,R,L,R,S2,I,S,b,1,、两种电源模型等效变换的条件,对外电路的伏安特性不变,，即对负载的电压电流关系不变。,b,U,S,R,S1,R,L,+,_,a,U,S,=,I,S,R,S,内阻,R,S,相等,I,U,+,_,U,+,I,电路结构由电压源串联改电流源并联，电流源的,I,S,电流,方向应与电压源,U,S,的,“,”,极,指向,“,”,极,方向一致，即电流总是从正极流出。,变换前后内阻,R,0,不变,。,变换后的电流源电流,I,S,=,U,S,R,0,2,、实际电源等效变换的方法,I,b,U,S,U,R,0,+,_,+,_,a,I,U,R,0,+,I,S,a,b,（,1,）实际电压源变换为实际电流源,电路结构由电流源并联改电压源串联，,电压源,U,S,的,“,”,极,方向与,电流源的,I,S,电流,方向一致。,变换前后内阻,R,0,不变,。,变换后的电压源电压,U,S,=,I,S,R,0,。,2,、实际电源等效变换的方法,I,b,U,S,U,R,0,+,_,+,_,a,I,U,R,0,+,I,S,a,b,（,2,）实际电流源变换为实际电压源,等效条件：,对外部等效，对电源内部不等效,。,由于理想电压源的内阻定义为,0,，理想电流源的内阻定义为，因此,理想电源不能等效互换，实际电源模型才可以等效变换,。,两种实际电源模型进行等效变换时应注意电源的极性和方向，即,I,S,的方向应从,U,S,的“”极指向“”极,，即电流总是从正极流出。,几个,电压源可以串联等效,成一个。,任何与,理想电压源,并联,的元件，,对外等效时都可,忽略不计。,几个,电流源可以并联等效,成一个。,任何与,理想电流源,串联,的元件，,对外等效时都可,忽略不计。,3,、电源模型等效变换应注意的问题,【例,1-6,】电路如图,1-28,所示。,（,1,）求与图,1-28,（,a,）等效的电流源模型；,（,2,）求与图,1-28,（,c,）等效的电压源模型。,解：（,a,）图的等效电流源电流为,I,S,U,S,/,R,S,6/2,3A,内阻,R,S,2,（,c,）图,的等效电压源电压为,U,S,I,S,R,S,31,3V,内阻,R,