电路及其分析方法

电压与电流参 考方向相反
电流的参考方向 与实际方向相反
11.4..41 电电源源有有载载工作工作、开路与短路
a
1.c4.1 电源有载U 工作
++
E_ U
R0
_
I
E
R0I
R
U
O
I
b
d
1．电压与电流
I=
E R + R0
U = RI 或 U = E – R0I
电源的外特性曲线
当 R0 << R 时， 则 U E 说明电源带负载能力强
...
话筒
放大 扬声器 器
2．电路的组成部分
电源：提供 电能的装置
负载：取用 电能的装置
升压 发电机 变压器
输电线 降压 变压器
电灯 电动机 电炉
...
中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
2．电路的组成部分
信号源: 提供信息
话筒
信号处理： 放大、调谐、检波等
放大 扬声器 器
直流电源: 提供能源
R0
在电路图中所标电压、电流、电动 势的方向，一般均为参考方向。
+I
U
R
+I
U
R或
–I
U
R
–
–
+
图A
图B
图C
欧姆定律：通过电阻的电流与电压成正比。
U、I 参考方向相同
表达式
U I
=
R
U、I 参考方向相反 U = – IR
图 B 中若 I = –2 A，R = 3 ，则 U = – (––2)– 3 V = 6 V
电压、电流的参考方向： 任意假定。
电流的参考方向用箭头表示；电压的参考方向除用
极性“+”、“–”外，还用双下标或箭头表示。 当电压、电流参考方向与实际方向相同时，其值为
正，反之则为负值。
I
例如：图中若 I = 3 A，则表明电流
+
的实 际方向与参 考方向相同 ；反之，
E–
若 I = –3 A，则表明电流的实际方与参 R 考方向相反 。
b
d
为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路
器，用以保护电路。
1.4 电源有载工作、开路与短路
电路的基本概念及其分析方法是电工技术和电子技 术的基础。
本章首先讨论电路的基本概念和基本定律，如电路 模型、电压和电流的参考方向、基尔霍夫定律、电源的 工作状态以及电路中电位的计算等。这些内容是分析与 计算电路的基础。
然后介绍几种常用的电路分析方法，有支路电流法、 叠加定理、电压源模型与电流源模型的等效变换和戴维 宁定理。
当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。
a
++
E_
U0
R0
_
b
c
电源开路时的特征
I
I=0
R
U = U0 = E
P=0
d
1.4.3 电源短路 当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。
a IS
c
电源短路时的特征
+
U=0
E_
I = IS = E/R0
UR
P=0
R0
PE = P = R0IS2
电流过大，将烧毁电源！
1.4.1 电源有载工作 3．电源与负载的判别 [例 1] A I 已知：图中 UAB = 3 V， I = – 2 A
N 求：N 的功率，并说明它是电源还 是负载
B
[解] P = UI = (–2) 3 W = – 6 W 因为此例中电压、电流的参考方向相同
而 P 为负值，所以 N 发出功率，是电源。 想一想，若根据电压电流 的实际方向应如何分析？
1.4.1 电源有载工作
I
4．额定值与实际值
+
额定值是为电气设
电源
备在给定条件下正常运
U
S1
S2
S3
行而规定的允许值。
–
电气设备不在额定 条件下运行的危害： P
电源输出的电流和功 率由负载的大小决定
不能充分利用设备的能力；
降低设备的使用寿命甚至损坏设备。
1.4 电源有载工作、开路与短路
1.4.2 电源开路
例如：一个白炽灯在有电流通过时
消耗电能
(电阻性)
R
i
产生磁场 储存磁场能量
L
忽略 L
R
(电感性)
1.2 电路模型
开关
+
电源
E–
负载
R0
连接导线
S R
电路实体
电路模型
用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的 电路模型。
1.3 电压和电流的参考方向
对电路进行分析计算时，不仅要算出电压、电流、功 率值的大小，还要确定这些量在电路中的实际方向。
功率的单位：瓦[特](W) 或千瓦(kW)
1.4.1 电源有载工作 3．电源与负载的判别 根据电压、电流的实际方向判别，若
U 和 I 的实际方向相反，则是电源，发出功率； U 和 I 的实际方向相同，是负载，取用功率。
根据电压、电流的参考方向判别 若电压、电流的参考方向相同 P = UI 为负值，是电源，发出功率； P = UI 为正值，负载，取用功率。
直流电源
负载
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工 作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
1.2 电路模型
实为际了的便电于路分是析由与一计些算按实需际要电起路不，同在作一用定的条元件件下或常器忽件 所略组实成际，部如件发的电次机要、因变素压而器突、出其电主动要机电、磁电性池质、，电把阻它器看等， 它成们理的想电电磁路性元质件是。很复杂的。
最后讨论电路的暂态分析。介绍用经典法和三要素 法分析暂态过程。
1.1 电路的作用与组成部分
电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电
路元器件按一定方式组合而成的。
1．电路的作用 (1) 实现电能的传输、分配与转换
升压 发电机 变压器
输电线 降压 变压器
(2)实现信号的传递与处理
电灯 电动机 电炉
1.4.1 电源有载工作
a
c
++
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2．功率与功率平衡
UI = EI – R0I2 P = PE – P
功率 平衡式
E_
U
R 电源输 电源产 内阻消
R0
_
b
出功率 生功率 耗功率
电源产 = 负载取 + 内阻消
d
生功率 用功率 耗功率
1．电压与电流
I=
E R + R0
U = RI
U = E – R0I
电路及其分析方法
内容
1.1 电路的作用与组成部分 1.2 电路模型 1.3 电压和电流的参考方向 1.4 电源有载工作、开路与短路
1.5 基尔霍夫定律 1.6 电阻的串联与并联 1.7 支路电流法 1.8 叠加定理 1.9 电压源与电流源及其等效变换
1.10 戴维宁定理 1.11 电路中电位的计算 1.12 电路的暂态分析
但是，在电路中各处电位的高低、电流的方向等很 难事先判断出来。因此电路中各处电压、电流的实际方 向也就不能确定。为此引入参考方向的规定。
习惯上规定 电流的实际方向为：
正电荷运动的方向或负电 荷运动的反方向；
电压的实际方向为： 由高电位端指向低电位端； 电动势的实际方向为： 由低电位端指向高电位端。
1.3 电压和电流的参考方向