刘志平第二章电工基础课件

§2-1 电阻串联电路
串联电路：
把几个电阻依次连接起来，组成中间无分支的电路， 叫做电阻串联电路，如图所示。
串联电路的特点
1. 串联电路中电流处处相等。
I1 I 2 I 3
2.电路两端的总电压等于串联电阻上分电压之和。
U U1 U 2 U3
串联电路的特点
3. 电路的总电阻等于各串联电阻之和。
支路电流法步骤
对于一个具有n个节点，b条支路的电路，利用支路 电流法分析计算电路的一般步骤如下：
1、在电路中假设出各支路（b条）电流的变量，且选定其参 考方向；选定网孔回路的绕行方向。 2、根据基尔霍夫电流定律列出独立的节点电流方程。电路有 n个节点，那么只有（n-1）各独立的节点电流方程。 3、根据基尔霍夫电压定律列出独立的回路电压方程。可以列 写出各回路电流方程。为了保证方程的独立，一般选择网孔 来列方程。 4、联立求解上述所列的b个方程，从而求解除各支路电流变 量，进而求解除电路中的其它响应。
§2-8 电压源与电流源及其等效变换
一、电压源
通常所说的电压源一般是指理想电压源，其基本特性是其 电动势 ( 或两端电压 ) US 保持固定不变 或是一定的时间函数 e(t)，但电压源输出的电流却与外电路有关。 实际电压源是含有一定内阻 R0 的电压源。
U U S R0 I
二、电流源
通常所说的电流源一般是 指理想电流源，其基本特性是 所发出的电流固定 不变 (Is) 或 是一定的时间函数 is(t) ，但电 流源的两端电压却与外电路有 关。 实际电流源是含有一定内 阻 R0 的电流源。
三、基尔霍夫第二定律－回路电压定律
含义：
在任一时刻，对任一闭合回路，沿回路绕行方向 上的各段电压代数和为零，其数学表达式为
U 0
如图2－36，根据基尔霍夫第 二定律，可得
U AB U BC UCD U DA 0
二、回路电压定律
图中各段电压分别为
U AB E1 R1I1 U BC R2 I 2 UCD E2 R3 I 3 U DA R4 I 4
§2-5 电路中的各点电位的计算
注意事项
1. 当选定的电压参考方向与电阻中的电流方向一 致时，电阻上的电压为正，反之为负； 2.当选定的电压参考方向是从电源正极到负极， 电源电压取正值，反之取负值。
§2-6 基尔霍夫定律
一、几个相关的名词 支路：电路中流过同一电流的
每一个分支叫支路。
节点：三条或三条以上的直路
§2的额定电压、额定 电流均高于单个电池时，应当 采用混联电池组来供电。
计算：
应用电池串联、并联关系一步步进行分析。 分析方法类似于混联电路的分析。
电池串、并联小结
串联电池组 电动势E 并联电池组
E串 nE
R0串 nR0
nE I R nR0
E并 E
R0并 R0 n
总内阻R
总电流I
E I R0 R n
§2-5 电路中的各点电位的计算
计算方法和步骤
1. 确定电路中的零电位点（参考点）。通常规定 大地电位为零。一般选择机壳或许多元件汇集 的公共点为参考点。 2. 计算电路中某点A的电位，就是计算A点与参考 点D之间的电压UAD，在A点和D点之间，选择 一条捷径（元件最少的简捷路径），A点电位 即为此路径上全部电压之和。 3. 列出选定路径上全部电压代数和的方程，确定 该点电位。
并联电路的特点
1.并联电路中各个电阻两端的电压相同。
U1 U 2 U3
2.电阻并联电路总电流等于各支路电流之和 。
I I1 I 2 I 3
并联电路的特点
3. 并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻倒 数之和。
1 1 1 1 R R1 R2 R3
4. 并联电路中的功率和电流分配关系。 R2 I1 I R1 R2 PP P
1. 二端网络：具有两个引出端与外电路相连的网络。
又叫做一端口网络。
2. 无源二端网络：内部不含有电源的二端网络。
3. 有源二端网络：内部含有电源的二端网络。
一个无源二端网络可以用一个等效电阻R来代替；一个有 源二端网络可以用一个等效电压源US0和R0来代替。
二、戴维宁定理
线性有源二端网络对外电路来说，可以用一个等效电 压源代替。等效电压源的电动势US0等于该有源二端网络 两端点间的开路电压UAB ，而等效电源的内阻R0等于该有 源二端网络中，各电源置零后所得无源二端网络两端点间 的等效电阻RAB。以上表述可以用下图来表示。
根据欧姆定律，电阻串联、并联的特点和电功率计算公式
列出方程求解。
§2-4 电池的连接
电池是人们日常生活中广泛应用的一种直流电源。 生活中常见的电池如图2－20所示。
单个电池提供的电压是一定的，最大允许电流也 是一定的。在实际应用中，常需要较高的电压和较大 的电流，这需要将电池按一定的规律连接起来。
注意：
（1）单个电池的电动势应满足用电 器额定电压的要求； （2）注意电池极性连接正确。
电压参考方向的选择
与电流相似，在电路计算时，事先无法确 定电压的真实方向，常事先选定参考方向，用 “+、-”标在电路图中。 如果计算结果电压为正值，那么电压的这 个真实方向与参考方向一致；如果计算结果电 压为负值，那么电压的真实方向和参考方向相 反。
I1 I 3 I 5 I 2 I 4
二、节点电流定律
另一种形式：
将上一个公式进行变形。
I1 I 2 I 3 I 4 I 5 0
基尔霍夫第一定律可写为
若规定，流入节点电流为正值，流出节点电流为负值， 汇聚于节点A的各支路电流关系为：
I 0
在任一时刻通过电路中任一节点的电流代数和恒 等于零。
计算：当n个相同的电 池、电动势为E，内阻 为R0，则并联后的电动 势、总内阻、总电流 。
E并 E
R0并 R0 n
n E并 E I R R0并 R R0
电池并联适用情况及注意事项
多个电池并联后，输出电动势不变，输出电 流增大。所以，当用电器的额定电流大于单个电 池额定电流时，可用并联电池组供电。
二、戴维宁定理解题步骤
（1）断开待求支路，将电路分为待求支路和 有源二端口网络两部分。 （2）求出有源二端网络两端点间的开路电压 Uab，即为等效电源的电动势E0。 （3）将有源二端网络中各电源置零后，计算 无源二端网络的等效电阻。
（4）将等效电源于待求支路连接，形成等效 简化回路，根据已知条件求解。
带入基尔霍夫第二定律方程，得
E1 R1I1 R2 I 2 E2 R3 I 3 R4 I 4 0
§2-7 支路电流法
一、支路电流法
是以支路电流变量为未知量，利用基尔霍夫定律 列出节点电流方程和回路电压方程，组成方程组解出 各支路电流的方法。
支路电流法步骤
对于一个具有n个节点，b条支路的电路，利用支 路电流法分析计算电路的一般步骤如下： 1、在电路中假设出各支路（b条）电流的变量，且选 定其参考方向；选定网孔回路的绕行方向。
等电位分析法
1、确定等电位点，标出相应的符号。
导线的电阻和理想电流表的电阻可以忽略不计，可以认为 导线和电流表连接的两点是等电位点。对等电位点标出相应的 符号。
2、画出串联、并联关系清晰的等效电路图。
由等电位点先确定电阻的连接关系，再画电路图。根据支
路多少，由简至繁，从电路的一端画到另一端。
3、求解。
RS I IS 1 A RS R
负载消耗的功率 PL = I2R = 5.8 W，内阻中的电流 R I R0 I S 29 A RS R 2 内阻的功率 PR0 = I R R0 = 168.2 W
0
两种计算方法对负载是等效的，对电源内部是不等效的。
§2-9 戴维宁定理
一、二端网络
图1
US I 1A R0 R 负载消耗的功率PL = I2R = 5.8 W，内阻的功率 PR0 = I2R0 = 0.2 W
解：(1) 用电压源模型计算： (2) 用电流源模型计算： 电流源的电流 IS = US / R0 = 30 A，内阻 RS = R0 = 0.2 ，负 载中的电流
的连接点叫做节点。如图1中的A、 B两点。
回路：电路中任何一个闭合路径叫做回路，如图1中
的ACBDA回路、ADBEA回路和ACBEA回路。
网孔：中间无支路穿过的回路叫网孔，如图1中的
AFCBDA回路ADBEA回路都是网孔。
二、基尔霍夫第一定律－节点电流定律
含义：
在任一时刻，对电路中的任一节点，流入节点的电 流之和等于流出该节点的电流之和。以图2－35为例。
对外电路来说，实际电压源和实际电流源是相互等效的， 等效变换条件是 R0 = RS ， US = RSIS 或 IS = US /R0
【例】如图 1 所示的电路，已知电源电动势US = 6 V，内 阻 R0 = 0.2 ，当接上 R = 5.8 负载时，分别用电压源模型和 电流源模型计算负载消耗的功率和内阻消耗的功率。
R R1 R2 R3
4. 串联电路中的功率和电压分配关系。 R1 U1 U R1 R2 R3 PP R2 1P 2 P 3 U2 U R1 R2 R3 R3 U3 U R1 R2 R3
§2-2 电阻并联电路
并联电路：
把两个或者两个以上电阻连接到电路中的两点之间， 电阻两端承受同一个电压的电路，叫做电阻并联电路，如 图所示。
§2-4 电池的连接
一、电池的串联
如图2-21所示，多个电池的 正极负极依次相联，就构成了 串联电池组。 计算：当n个相同的电 池、电动势为E，内阻 为R0，则串联后的电动 势、内阻、总电流
E串 nE
R0串 nR0