双电源电路的检测.ppt

,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,.,*,模块3,双电源电路的检测,一、教学目标,终极目标：能够熟练运用支路电流法、叠加原理和戴维南定理解决复杂的直流电路，学会对双电源电路的检测,促成教学目标：,了解复杂直流电路中节点、支路和回路的概念,理解基尔霍夫定律电流和电压定律,在理解基尔霍夫定律的基础上，熟练掌握三种常用的解决复杂直流电路的方法,通过检测双电源电路的电压和电流，验证叠加原理，并测量得出戴维南定理,.,二.工作任务,利用直流安培表和直流伏特表分别测试电路中的电流和电压，验证叠加原理；由测量得出戴维宁等效电路，如图1-36所示。,.,三.相关实践知识,1.安培表和伏特表,1)安培表和伏特表的认识:,安培表又称电流表，可分为交流安培表和直流安培表之分，主要用于测量电路中的交直流电流。,伏特表又称电压表，可分为交流伏特表和直流伏特表之分，主要用于测量电路中的交直流电压。,从外型上来看，安培表和伏特表大致相同，都包含一个指示盘和两个接线柱（一红一黑）,2)熟悉两表的操作过程,用直流安培表测量支路电流时，必须将电路先断开，让安培表串入该支路中才能通电测量，接线时还需考虑接线柱的正负，电流从红接线柱入，黑接线柱出。,用直流伏特表测量电路某两端电压时，只需将红接线柱接至电路正极，黑接线柱接至电路负极便可。,用交流表测量交流电时则不需考虑正负极性。,.,2.验证叠加原理:,如图1-36所示，先让E1单独作用,即断开K1、K3、K6，闭合K2、K4、K5，测出I1,I3；再让E2单独作用，即断开K2、K3、K5，闭合K1、K4、K6，测出I1,I3，验证叠加原理的成立：,I1=I1-I1(考虑到两次测量时的电流方向相反),I3=I3+I3,.,3.由测量得出戴维宁等效电路,如图1-36所示，先断开R3支路，即断开K1、,K2、K4，闭合K3、K5、K6，测出的电压即,为该支路的开路电压Uoc，亦为戴维宁等效电,路中的独立电压源；再将R3支路上的R3电阻,拿去后的开路端短路，即闭合K3、K4、K5、,K6，断开K1、K2，测出该支路的短路电流,ICS,则Req=Uoc,/,ICS,（或者采用另一种,方法：使电路中的所有独立电源去掉，即断开,K4、K5、K6，闭合K1、K2、K3，用万用,表直接测量开关K4两端的电阻，也可得到该电,阻），即戴维宁电路的等效电阻。最后得到戴,维宁等效电路，如图1-37所示,Uoc,R,eq,图1-37戴维 宁等效电路,.,术语：,网孔,(mesh),：,不包含任何支路的回路,支路,(branch),：,电路中的每一个分支,（一个支路流过一个电流）,结点,(node),：,三个或三个以上支路的联结点,回路,(loop),：,电路中任一闭合路径,四.相关理论知识,前面我们学过，电路的计算分析要应用欧姆定律。就算在电阻的串并联电路中也可以先将电阻等效，再运用欧姆定律，这些电路都有一种共性，就是采用单电源。但是在实际电路中往往碰到双电源甚至多电源的情况，这就需要学习新的分析电路的方法。,1、基尔霍夫定律：,基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析复杂电路的根本依据。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,.,支路：,ab,、,ad,、.,（共6条）,回路：,abda,、,bcdb,、,.,（共7 个）,结点：,a,、,b,、.,(共4个）,I,3,E,4,E,3,_,+,R,3,R,6,+,R,4,R,5,R,1,R,2,a,b,c,d,I,1,I,2,I,5,I,6,I,4,-,.,对任何结点，在任一瞬间，流入结点的电流等于由结点流出的电流。,基氏电流定律的,依据,：电流的连续性,I=0,即：,I,1,I,2,I,3,I,4,例,或：,1)基尔霍夫电流定律,（KCL),I,入,=I,出,即：,（流入结点为正，流出结点为负）。,或在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为 0。,.,电流定律,还可以扩展到电路的任意封闭面（,广义结点,）。,例,I,1,+I,2,=I,3,例,I=,0,基氏电流定律的扩展,I,=?,I,1,I,2,I,3,E,2,E,3,E,1,+,_,R,R,1,R,+,_,+,_,R,.,对电路中的任一回路，沿任意,循行方向,的各段电压的代数和等于零。,即：,2）基尔霍夫电压定律,（KVL）,即：,在任一回路的,循行方向,上，电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。,E、U和IR与,循行方向,相同为正，反之为负。,.,例如：回路,a,-,d,-,c,-,a,或：,注意：,与循行方向相同为正，反之为负,。,I,3,E,4,E,3,_,+,R,3,R,6,+,R,4,R,5,R,1,R,2,a,b,c,d,I,1,I,2,I,5,I,6,I,4,-,其中:U,S3,=-E,3,，U,S4,=-E,4,.,基氏电压定律也适合开口电路。,由：,得：,E,+,_,R,a,b,U,ab,I,例1:,.,例2,a,I,1,I,2,E,2,+,-,R,1,R,3,R,2,+,_,I,3,#1,#2,#3,b,E,1,分析以下电路中应列几个电流方程？几个,电压方程？,基尔霍夫电流方程,：,结点,a,：,结点,b,：,独立方程只有 1 个,基尔霍夫电压方程,：,#1,#2,#3,独立方程只有 2 个,.,设：电路中有,N,个结点，,B,个支路,N,=2、,B,=3,b,R,1,R,2,E,2,E,1,+,-,R,3,+,_,a,3),基尔霍夫定律在电路分析中应用,独立的,结点电流方程,有,(,N,-1)个,独立的,回路（,网孔,）电压方程,有,(,B,-,N,+1)个,则：,（一般为网孔个数）,独立电流方程：,个,独立电压方程：,个,.,求：,I,1,、,I,2,、,I,3,能否很快说出结果,？,1,+,+,-,-,3V,4V,1,1,+,-,5,V,I,1,I,2,I,3,例3:,.,以各支路电流为未知量，应用,KCL,和,KVL,列出,独立电流、电压方程联立求解各,支路电流,。,解题思路：,根据基氏定律，列节点电流,和回路电压方程，然后联立求解。,2.,支路电流法,(复杂电路求解方法),.,解题步骤：,1.对每一支路假设一未,知电流,（,I,1,-,I,6,）,4.解联立方程组,对每个节点有,2.列电流方程,(N-1个),对每个回路有,3.列电压方程,(B-(N-1)个),E,4,E,3,-,+,R,3,R,6,R,4,R,5,R,1,R,2,I,2,I,5,I,6,I,1,I,4,I,3,+,_,节点数,N,=4 支路数,B,=6,例4:,.,节点,a,：,列电流方程,(N-1个),节点,c,：,节点,b,：,节点,d,：,b,a,c,d,（,取其中三个方程,）,节点数,N,=4,支路数,B,=6,E,4,E,3,-,+,R,3,R,6,R,4,R,5,R,1,R,2,I,2,I,5,I,6,I,1,I,4,I,3,+,_,.,列电压方程,(选取网孔),电压、电流方程联立求得：,b,a,c,d,E,4,E,3,-,+,R,3,R,6,R,4,R,5,R,1,R,2,I,2,I,5,I,6,I,1,I,4,I,3,+,_,.,支路电流法的优缺点,优点：,支路电流法是电路分析中最基本的方法之一。只要根据克氏定律、欧姆定律列方程，就能得出结果。,缺点：,电路中支路数多时，所需方程的个数较多，求解不方便。,支路数,B,=4,须列4个方程式,a,b,.,a,b,I,s,E,+,-,R,1,R,3,R,2,I,3,I,2,U,S,解：支路数 B=3 节点数 N=2,例5:电源I,S,和E已知，求I,2,和I,3,。,I,S,+I,2,-I,3,=0,因为I,s,已知，因此只需再列一个电压回路方程,I,3,R,3,+I,2,R,2,E,2,=0,联立求解，最后得:,I,2、,I,3,.,3.电压源与电流源及其等效变换,电路元件主要分为两类：,无源元件,电阻、电容、电感。,有源元件,独立源、受控源,。,独立源主要有：,电压源,和,电流源,。,.,1)电压源,A.理想电压源（恒压源）,特点,：,（3）电源中的电流由外电路决定,。,I,E,+,_,a,b,U,ab,伏安特性,I,U,ab,E,（2）电源内阻为 “,R,O,=0,”,。,（1）理想电压源的端电压恒定。,（4）理想电压源,不能短路,，,不能并联使用。,.,伏安特性,电压源模型,R,o,越大,斜率越大,B.实际电压源,U,I,R,O,+,-,E,I,U,E,IR,O,.,A.理想电流源,（恒流源),特点,：,（1）输出电流恒定。,a,b,I,U,ab,I,s,I,U,ab,I,S,伏,安,特,性,（3）输出电压由外电路决定。,（2）理想电流源内阻为无穷大（,R,O,=,）。,（4）理想电流源,不能开路,，,不能串联使用,。,2)电流源,.,B.实际电流源,I,S,R,O,a,b,U,ab,I,I,s,U,ab,I,外特性,电流源模型,R,O,R,O,越大,特性越陡,.,电压源中的电流,如何决定,？,电流,源两端的电压等,于多少,？,I,E,R,_,+,a,b,U,ab,=?,I,s,原则,：,I,s,不能变，,E,不能变。,电压源中的电流,I=,I,S,恒流源两端的电压,例6:,.,A.理想电源串联、并联的化简,电压源串联：,电流源并联：,（电压源不能并联）,（,电流源不能串联）,3)电压源与电流源的等效变换,.,等效互换的条件：,对外的电压电流相等,（外特性相等）。,I,R,O,+,-,E,b,a,U,ab,U,ab,I,S,a,b,I,R,O,B.实际电压源与实际电流源的等效变换,U,I,o,U,I,o,E,I,S,=,电压源外特性,电流源外特性,.,等效互换公式,I,R,O,+,-,E,b,a,U,ab,I,S,a,b,U,ab,I,R,O,则,I=I,U,ab,=U,ab,若,.,a,E,+,-,b,I,U,ab,R,O,电压源,电流源,U,ab,R,O,I,s,a,b,I,.,C.等效变换的注意事项,*“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏-安特性一致）,对内不等效,时,例如:,I,s,a,R,O,b,U,ab,I,R,L,a,E,+,-,b,I,U,ab,R,O,R,L,R,O,中不消耗能量,R,O,中则消耗能量,对内不等效,对外等效,R,L,=,.,*注意转换前后,E,与,I,s,的方向相同,a,E,+,-,b,I,R,O,E,+,-,b,I,R,O,a,I,s,a,R,O,b,I,a,I,s,R,O,b,I,.,*恒压源和恒流源不能等效互换,a,b,I,U,ab,Is,a,E,+,-,b,I,（,等效互换关系,不存在）,.,*理想电源之间的等效电路,a,E,+,-,b,I,s,a,E,+,-,b,a,E,+,-,b,R,O,与理想电压源,并联的元件,可去掉,.,a,E,+,-,b,I,s,I,s,a,b,R,a,b,I,s,与理想电流源,串联的元件,可去掉,.,R,1,R,3,I,s,R,2,R,5,R,4,I,3,I,1,I,-,+,I,s,R,1,E,1,+,-,R,3,R,2,R,5,R,4,I,E,3,I,=?,应用举例,.,(接上页),I,s,R,5,R,4,I,R,1,/,R,2,/,R,3,I,1,+,I,3,R,1,R,3,I,s,R,2,R,5,R,4,I,3,I,1,I,.,+,R,d,E,d,+,R,4,E,4,R,5,I,-,-,(接上页),R,5,I,S,R,4,I,R,1,/R,2,/R,3,I,1,+I,3,.,10V,+,-,2A,2,I,讨论题,哪,个,答,案,对,?,?,?,+,-,10V,+,-,4V,2,.,在多个电源同时作用的,线性电路,(电路参数不随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是,各个电源单独作用时,所得结果的,代数和,。,+,B,I,2,R,1,I,1,E,1,R,2,A,E,2,I,3,R,3,+,_,+,_,原电路,I,2,R,1,I,1,R,2,A,B,E,2,I,3,R,3,+,_,E2单独作用,+,_,A,E,1,B,I,2,R,1,I,1,R,2,I,3,R,3,E1单独作用,4.叠加原理,.,例,+,-,10,I,4A,20V,10,10,用叠加原理求：,I=?,I=,2A,I=-,1A,I=I+I=,1A,+,10,I,4,A,10,10,+,-,10,I,20V,10,10,解：,将电路分解后求解,.,应用叠加定理要注意的问题,=,+,3)解题时要,标明,各支路电流、电压的,正方向,。原电路中各电压、电流的最后结果是,各分电压、分电流的代数和。,2)分解电路时只需保留一个电源，其余电源“,除源”：,即将,恒压源短路,，即令E=0；,恒流源开路,，即令 Is=0。电路的其余结构和参数不变，,1)叠加定理,只适用于线性电路,（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。,.,4)叠加原理只能用于电压或电流的计算，,不能用来 求功率,。,5)运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。,设：,则：,I,3,R,3,=,+,.,无源二端网络,：,二端网络中没有电源,有源二端网络,：,二端网络中含有电源,二端网络：,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“二端网络”。,A,B,A,B,5.,戴维,宁定理,.,等效电源定理的概念,有源二端网络,用电源模型替代,，便为等效,电源定理。,有源二端网络用,电压源,模型替代,-,戴维,宁,定理,有源二端网络用,电流源,模型替代,-,诺顿定理,.,有源,二端网络,R,注意：“等效”是指对端口外(负载R)等效,有源二端网络用电压源模型等效。,戴维宁定理,R,O,+,_,R,E,.,等效电压源的,内阻（R,0,）,等于有源二端网络,除源,后相应的无源二端网络的等效电阻。（,除源,：电压源短路，电流源断路）,等效电压源的,电动势,（,E,）,等于有源二端,网络的开路电压,U,0,；,有源,二端网络,A,B,相应的,无源,二端网络,A,B,.,例,已知：,R,1,=20,、,R,2,=30,R,3,=30、R,4,=20,E,=10V,求：当,R,5,=10,时，,I,5,=?,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,R,5,E,I,5,R,5,I,5,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,E,等效电路,有源二端网络,.,第一步：求开端电压,U,0,第二步：求输入电阻,R,0,U,0,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,E,A,B,C,D,C,R,0,R,1,R,3,R,2,R,4,A,B,D,=20,30+30,20,=24,.,+,_,E,R,0,R,5,I,5,R,5,I,5,R,1,R,3,+,_,R,2,R,4,E,.,第三步：求未知电流,I,5,+,_,E,R,0,R,5,I,5,E,=,U,0,=2V,R,0,=24,时,.,求：,U,=?,1A,例2：,4,4,50,5,33,A,B,R,L,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,.,第一步：求开端电压,U,0,。,_,+,A,C,D,U,0,4,4,50,B,+,_,8V,10V,E,1A,5,.,第二步：求输入电阻,R,0,。,R,0,4,4,50,5,A,B,1A,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,U,0,4,4,50,5,.,+,_,E,R,0,57,9V,33,4,4,50,5,33,A,B,1A,R,L,+,_,8V,+,10V,C,D,E,U,等效电路,.,第三步：求解未知电压,+,_,E,R,0,57,9V,33,.,五、拓展知识,诺顿定理:诺顿定理表述为：任何一个含源线性一端口电路，对外电路来说，可以用一个电流源和电导(电阻)的并联组合来等效置换；电流源的电流等于该一端口的短路电流，而电导(电阻)等于把该一端口的全部独立电源置零后的输入电导(电阻)。以上表述可以用下图表示。,需要注意的是：1）当含源一端口网络A的等效电阻 时，该网络只有戴维宁等效电路，而无诺顿等效电路。2）当含源一端口网络A的等效电阻 时，该网络只有诺顿等效电路而无戴维宁等效电路。,.,