電工學(xué)簡(jiǎn)明教程（第二版）秦曾煌 主編

1、電工學(xué)簡(jiǎn)明教程（第二版）秦曾煌 主編,第0章 緒論——課程介紹,主講：信息學(xué)院 薛亞茹,課程目的,目的是使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，獲得電工技術(shù)必要的基本理論，基本知識(shí)和基本技能，了解電工技術(shù)的應(yīng)用和電工事業(yè)的發(fā)展概況。,電路分析,模擬電路,數(shù)字電路,電機(jī)拖動(dòng),電路的基本概念與基本定律、電路的分析方法、正弦交流電路、電路的暫態(tài)分析，三相電路、。,電路分析(1,2章）,磁路與鐵心線圈電路、交流電動(dòng)機(jī)。,電機(jī)拖動(dòng)（3,4章）,半導(dǎo)體

2、二極管和三極管、基本放大電路、集成運(yùn)算放大器。,模擬電路（9 ,10,11章）,門電路和組合邏輯電路、觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路、模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。,數(shù)字電路(13,14章）,三人表決電路,例：設(shè)計(jì)三人表決電路,,,,,,,,,,,,1,0,,,,A,,+5V,,,,,,,,,B,,,,C,R,,,,,,Y,,,,考核方法:,平時(shí)成績(jī)：30％期末考試：70％,作業(yè)： 每周二上課,答疑：

3、 每周二下午（暫定）,第一章 電路及其分析方法,電路的基本概念電路的基本定律電路的分析方法電路的暫態(tài)分析,負(fù)載,電路是電流的通路，它是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件按一定方式組合起來(lái)的。,電源,1.1 電路的作用與組成部分,1.電能的傳輸與轉(zhuǎn)換,電路的作用,2.信號(hào)的傳遞與處理存儲(chǔ),發(fā)電機(jī),升壓變壓器,輸電線,降壓變壓器,電燈電動(dòng)機(jī)?,,,,,放大器,,,,話筒,揚(yáng)聲器,電路的組成,信號(hào)源,負(fù)載

4、,,,中間環(huán)節(jié),負(fù)載,電源,發(fā)電機(jī),升壓變壓器,輸電線,降壓變壓器,電燈電動(dòng)機(jī)?,,,,,放大器,,,,話筒,揚(yáng)聲器,信號(hào)源,負(fù)載,電源和信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路的工作。,由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng),激勵(lì),響應(yīng),電路分析是在已知電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)的條件下，討論,與,的關(guān)系,電路實(shí)體,電路模型,1.2 電路模型,用理想電路元件組成的電路，稱為實(shí)際電路的電路模型。,研究的目標(biāo)是激勵(lì)電壓源與回路電流或

5、負(fù)載電壓之間的關(guān)系,1.3 電流和電壓的參考方向,電流：帶電粒子(電子、離子)有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng),電流大?。?方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,一、電流和電流的參考方向,問(wèn)題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實(shí)際方向，電路如何求解？,電流方向A?B？,電流方向B?A？,(1) 在解題前任選某一個(gè)方向?yàn)閰⒖挤较颍ɑ蚍Q正 方向）；,(3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：

6、若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與參考方向一致； 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與參考方向相反。,(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式；,解決方法,任意規(guī)定一個(gè)電流參考方向,用箭頭標(biāo)在電路圖上。,解決方法,電流參考方向的表示：,1.用箭頭表示(常用),2.用雙下標(biāo)表示,若電流取正值，電流實(shí)際方向與參考方向相同；若電流取負(fù)值，電流實(shí)際方向與參考方向相反。,二、電壓和電壓的參考方向,電壓:單位正電荷由電

7、路中a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所失去或獲得的能量，稱為ab兩點(diǎn)的電壓,電壓大?。?方向：從高電位指向低電位,V, mV,注：電動(dòng)勢(shì)：電源力把單位正電荷從電源的低電位端經(jīng)電 源內(nèi)部移到高電位端所作的功。 e（交流） E （直流） 單位：同電壓,實(shí)際方向：電源驅(qū)動(dòng)正電荷的方向,,電壓的參考方向,u,_,+,1.正負(fù)號(hào),Uab（高電位在前， 低電位在后）,3.雙下標(biāo),2

8、.箭 頭,u,,若電壓u>0，表明該時(shí)刻a點(diǎn)的電位比b點(diǎn)電位高若電壓u<0，表明該時(shí)刻a點(diǎn)的電位比b點(diǎn)電位低,實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。,注意： 在參考方向選定后，電流 ( 或電壓 ) 值才有正負(fù)之分。,若 I = 5A，則電流從 a 流向 b；,例：,,若 I = –5A，則電流從 b 流向 a 。,,若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向

9、從 a 指向 b；,若 U= –5V，則電壓的實(shí)際方向從 b 指向 a 。,三、 實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系,例如：E=3V，若假定電壓的參考方向?yàn)樯稀?”下“–”，則U=3V或UAB=3V,反之，若假定電壓的參考方向?yàn)樯稀皑C”下“+”，則U= –3V或UBA= –3V,參考方向 在分析計(jì)算時(shí)人為規(guī)定的方向。,–,+,如圖為關(guān)聯(lián)方向定義的電壓和電流,當(dāng)a、b兩點(diǎn)間所選擇的電壓參考方向由a指向b時(shí)，也選擇電流的參考方向經(jīng)

10、電路由a指向b，這種參考方向的定義方式成為關(guān)聯(lián)方向。,關(guān)聯(lián)方向：,如圖為非關(guān)聯(lián)方向定義的電壓和電流,,,,,,,,a,b,I,U,,,,,,,,,a,b,I,U,,,,,,,習(xí)慣上將負(fù)載的電壓和電流方向定義為關(guān)聯(lián)方向,通過(guò)電阻的電流與電壓成正比,表達(dá)式,歐姆定律,U= – IR,U 、I參考方向相同,U、 I參考方向相反,圖C中若I= –2A，R=3?，則U= – (–2)×3=6V,電壓與電流參考方向相反,電流的參考

11、方向與實(shí)際方向相反,解,,,,四、功率的正負(fù)——電源與負(fù)載的判別,１.物理學(xué)中的定義：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為 U , 流入此部分電路的電流為 I， 則 這部分電路消耗的功率為:,直流：P=UI（關(guān)聯(lián)） P= - UI（非關(guān)聯(lián)）,p的正負(fù)反映元件不同工作狀態(tài)：

12、 p>0 吸收能量 p<0 產(chǎn)生能量,,4、功率的正負(fù)——電源與負(fù)載的判別,吸收功率或消耗功率（起負(fù)載作用）,若 P ? 0,輸出功率（起電源作用）,若 P ? 0,電阻消耗功率肯定為正,電源的功率可能為正（吸收功率），也可能為負(fù)（輸出功率）,功率有正負(fù),解：P=UI = (–2)

13、×3= – 6W,因?yàn)榇死须妷?、電流的參考方向相?而P為負(fù)值，所以N發(fā)出功率是電源,已知：UAB=3V,I = – 2A,求：N的功率，并說(shuō)明它是電源還是負(fù)載,例題1.2,1.4 電源有載工作、開(kāi)路與短路,1、 開(kāi)關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載,特征:,1.4.1 電源有載工作,開(kāi)關(guān)閉合,有載,,開(kāi)關(guān)斷開(kāi),開(kāi)路,,cd短接,,短路,,,,,,,E,,I,U,1.4.1 電源有載工作,1. 電壓與電流,,,,,,,,,,,,R

14、0,R,A,B,C,D,,U=RI,U=E –R0I,,電源的外特性曲線,說(shuō)明電源帶負(fù)載能力強(qiáng),,,1.5 電源有載工作、開(kāi)路與短路,1.5.1 電源有載工作,1. 電壓與電流,U=RI,U=E –R0I,2. 功率與功率平衡,UI=EI –R0I2,電源產(chǎn)生功率,內(nèi)阻消耗功率,電源輸出功率,功率的單位：瓦[特](W)或千瓦(KW),電源產(chǎn)生功率,=,負(fù)載取用功率,+,內(nèi)阻消耗功率,,,,,,E,,I,U,,,,,,,,

15、,,,R0,R,A,B,C,,解,(1)電源 U＝E1－?U1＝E1－IR01,E1＝U＋R01I＝220＋0.6×5=223V,（2）負(fù)載U＝E2＋ ?U2＝E2＋R02I,E2＝U－R02I＝220－ 0.6×5 R01＝217V,,（2）,PE1= - 223×5= - 1115W,PE2＝ 217×5= 1085W,PR01＝ 0.6×52 =15W,PR02＝ 0.6

16、×52 =15W,電源：,負(fù)載：,∴ PE1= PE2+ PR01+ PR02,3. 額定值與實(shí)際值,,,,,,S1,U,,,,,,,,,,,S2,+,–,,I,,,,P,,,,電壓源輸出的電流和功率由負(fù)載的大小決定,額定值是為電氣設(shè)備在給定條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的允許值,電氣設(shè)備不在額定條件下運(yùn)行的危害：,,不能充分利用設(shè)備的能力,,,降低設(shè)備的使用壽命甚至損壞設(shè)備,I1,I2,,,,,,,,,E,,,I,U0,1.4

17、.2 電源開(kāi)路,特征,,,,,,,,,,,,R0,R,A,B,C,D,I=0,U=U0=E,,P=0,U0：開(kāi)路電壓 （空載電壓）,,,,,,,,,E,,,,,,U,I,,R1,,,1.4.3 電源短路,特征,R2,R0,U=0,I=IS=E/ R0,P = 0,,,短路電流,例題1.4,若電源的開(kāi)路電壓U0＝12V，其短路電流Is=30A,試問(wèn)該電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻各為多少？,電路基本概念小結(jié)：,電壓，電流參考方向,開(kāi)路電壓，

18、短路電流,練習(xí)1.4.1、3、5,,第42-45頁(yè)習(xí)題：A：1.4.5 1.4.9,作業(yè)要求:1.畫(huà)電路圖.2.寫出過(guò)程.3.每星期二交作業(yè).,第 1 章 第1次作 業(yè),對(duì)于復(fù)雜電路（如下圖）僅通過(guò)串、并聯(lián)無(wú)法求解，必須經(jīng)過(guò)一定的解題方法，才能算出結(jié)果。,如：,基爾霍夫定律是電路作為一個(gè)整體所服從的基本規(guī)律，它闡述了電路各部分電壓或各部分電流相互之間的內(nèi)在聯(lián)系。,1. 5 基爾霍夫定律,,,,,,,,,,

19、,,R3,,,a,b,E1,,,,結(jié)點(diǎn) 電路中三條或三條以上支路聯(lián)接的點(diǎn),支路 電路中的每一分支，流過(guò)同一電流。,c,d,回路 由一條或多條支路組成的閉合路徑,如 acb ab adb,如 abca adba adbca,E2,,如 a，b,,R2,R1,名詞解釋：,網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。,如 abca adba,,,,例1.7,支路：共 ？條,回路：共 ？個(gè),節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè),6條,4個(gè),網(wǎng)孔：共？個(gè),3個(gè),7

20、 個(gè),節(jié)點(diǎn)：共 ？個(gè),4個(gè),對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。,? i = 0,在任一瞬間流入節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零,1.5.1 基爾霍夫電流定律 KCL（Kirchhoff’s current law）——應(yīng)用于節(jié)點(diǎn),流出為正流入為負(fù)（反之亦可）,I1+ I3 + I4= I2,或 ：I1+ I3 + I4 - I2 =0,若I1= 9A， I2= – 2A， I4=8A。求：

21、I3,KCL,電流的參考方向與實(shí)際方向相反,I1 –I2 + I3 + I4=0,解：,例題1.4,對(duì)結(jié)點(diǎn)B,對(duì)結(jié)點(diǎn)C,例題1.5,IA,IB,IAB,IBC,ICA,KCL推廣應(yīng)用,或 ? I = 0,,,,IC,,對(duì)A、B、C三個(gè)結(jié)點(diǎn)應(yīng)用KCL可列出：,IA= IAB–ICA,IB= IBC–IAB,IC= ICA–IBC,上列三式相加，便得,IA + IB + IC =0,可見(jiàn)，在任一瞬間通過(guò)任一封閉合面的電流的代數(shù)和也

22、恒等于零。,廣義節(jié)點(diǎn),包圍部分電路的任意封閉面,基爾霍夫電流定律是電荷守恒的體現(xiàn),它是對(duì)連接到該結(jié)點(diǎn)的各支路電流約束關(guān)系。,,= -3 + 4 -2 = -1A,思考題,,I=?,,,,,,,U4,,,,,,,,,,,,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,+,,1.5.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）（Kirchhoff’s voltage law）—應(yīng)用于回路,在任一瞬間，從回路中任意一點(diǎn)出發(fā)，以順時(shí)針（或逆時(shí)針）方向循行一周，則在

23、這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。,,,或 ? U = 0,U1+U2 –U3 –U4 + U5 =0,–,–,,–,+,–,U5,U3,+,–,,,= U3+U4,,,或可表述為：沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,,U1+U2 + U5,降為正升為負(fù)（反之亦可）,+ -,對(duì)回路1,=0,+,+,-,對(duì)回路2,+,-,-,=0,,,i1R1,i3R3,列KVL方程,例題1.6,例如： 回路

24、 a-d-c-a,或：,,KVL推廣應(yīng)用于假想的閉合回路,E+ IR? UAB=0,UAB= E+ IR,根據(jù)KVL可列出,UB,UA,,,,UAB,UAB= UA ? UB,,電路中任兩結(jié)點(diǎn)間電壓uab等于從 a點(diǎn)到 b點(diǎn)的任一路徑上各段電壓的代數(shù)和。,思考1.5.4（a）,1.6 電阻串并聯(lián)聯(lián)接的等效電路,1.6.1 電阻的串聯(lián),電阻串聯(lián)：電阻順序相聯(lián)，通過(guò)同一電流。,,分壓公式,等效電阻,R = R1+R2,等效條件：同一電壓

25、作用下電流保持不變,1.6.2 電阻的并聯(lián),,分流公式,電阻并聯(lián)：聯(lián)接在兩個(gè)公共結(jié)點(diǎn)之間，受到同一電壓。,等效電阻,電導(dǎo),單位：西[門子]（S）,已知如圖所示，求a，b兩端看進(jìn)去的等效電阻。,,,,,,例題1.7,練習(xí)1.6.3（b）,,,,,+,–,,,,,,,,,,,41V,,,2?,2?,2?,1?,1?,1?,U,,求圖示電路中U=？,解：,R"=(2+1)//1=3/4?,R",,,+,–,,,,,,,+

26、,–,,,,,,,,,,,41V,,,2?,2?,2?,1?,1?,1?,U,,求圖示電路中U=？,解：,+,–,,,U2=3V,,,,,支路電流法是以支路電流為求解對(duì)象，直接應(yīng)用KCL和KVL列出所需方程組，而后解出各支路電流。 再用歐姆定律求出各支路電壓。,1.7 支路電流法,2 應(yīng)用KCL對(duì)結(jié)點(diǎn)列方程,3 應(yīng)用KVL列出余下的 b – (n–1)個(gè)方程,,4 解方程組，求解出各支路電流。,支路電流法解題步驟,A

27、,對(duì)于有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路，只能列出 (n–1)個(gè)獨(dú)立的KCL方程,1 確定支路數(shù)b ，標(biāo)出各支路電流的參考方向,并設(shè)電流為未知量,,,－E1 ＋I(xiàn)1 R1 +E2 － I2 R2 ＝0,(2),結(jié)點(diǎn)a：,列電流方程,結(jié)點(diǎn)c：,結(jié)點(diǎn)b：,結(jié)點(diǎn)d：,b,a,c,d,（取其中三個(gè)方程）,例1.8,列電壓方程,b,a,c,d,,,,,a,I3,（1）列KCL方程:（n-1個(gè)）,支路電流未知數(shù)共5個(gè)，I3為已知： 恒流

28、源支路不計(jì)數(shù) 支路數(shù)：5；節(jié)點(diǎn)數(shù)：4,支路中含有恒流源的情況,(2)列KVL方程：（b-（n-1))=2,,,,,d,,,U,+,_,,,,,,,,,,,,,,,,,,b,c,,,,,,,,I1,I2,I4,I5,I6,R5,R4,R2,R1,,,,,a,I3s,不要對(duì)包含恒流源支路的回路列KVL方程,,,,,1?,,,+,,,,+,-,-,3V,4V,1?,+,-,5V,,,,,,I1,I2,I3,,,,,,,支路電流

29、法小結(jié),,,,,,,解題步驟,結(jié)論與引申,1,2,對(duì)每一支路假設(shè)一未知電流,1. 假設(shè)未知數(shù)時(shí)，正方向可任意選擇。,對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有,1. 未知數(shù)=B，,4,解聯(lián)立方程組,根據(jù)未知數(shù)的正負(fù)決定電流的實(shí)際方向。,3,列電流方程：,列電壓方程：,2. 原則上，有B個(gè)支路就設(shè)B個(gè)未知數(shù)。,（恒流源支路除外）,例外？,(N-1),2. 獨(dú)立回路的選擇：,已有(N-1)個(gè)節(jié)點(diǎn)方程，,需補(bǔ)足 B -（N -1）個(gè)方程。,,一般按網(wǎng)孔選擇,支路

30、電流法的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：支路電流法是電路分析中最基本的 方法之一。只要根據(jù)基氏定律、歐 姆定律列方程，就能得出結(jié)果。,缺點(diǎn)：電路中支路數(shù)多時(shí)，所需方程的個(gè) 數(shù)較多，求解不方便。,支路數(shù) B=4須列4個(gè)方程式,作業(yè)：1.5.3 1.6.3 1.7.1,,a,對(duì)節(jié)點(diǎn)a：I1= I+IS —（1）,對(duì)左邊的回路列方程：R

31、1 I1+R2 I - E1=0 —（2）,,I’是將IS開(kāi)路后R2上的電流,I’’是將E1短路后R2上的電流,1.8 疊加定理,求電流I=?,,內(nèi)容：線性電路中，某一支路的電壓（電流）等于每個(gè)電源單獨(dú)作用，在該支路上所產(chǎn)生的電壓（電流）的代數(shù)和。,電壓源不作用=短路,,,1.8 疊加原理,電流源不作用=開(kāi)路,例：求圖示電路中5?電阻的電壓U及功率P。,,+ –,,,,,,,,,,,,,10A,5?,15?,20V,

32、,,+ –,U,20V,2?,4?,解： （1）20V電壓源單獨(dú)作用時(shí)：,將電流源開(kāi)路,,+ –,,,,,,,,,,,,,10A,5?,15?,20V,,,+ –,U,,,,2?,4?,（2）10A電流源單獨(dú)時(shí)：,將電壓源 短路,= 221.25W,應(yīng)用疊加定理要注意的問(wèn)題,1. 疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、 電流的變化而改變）。,4. 疊加原理只能用于電壓或電流的計(jì)

33、算，不能用來(lái) 求功率。如：,,,,,,,,,,,I3,R3,,,,常用的干電池和可充電電池,1.9 電壓源與電流源及其等效變換,一個(gè)電源可以用兩種模型來(lái)表示。用電壓的形式表示稱為電壓源，用電流的形式表示稱為電流源。,如果一個(gè)二端元件的電流無(wú)論為何值，其電壓保持常量，則此二端元件稱為理想電壓源。,1.9.1 電壓源 理想電壓源 （恒壓源）,特點(diǎn) 1 無(wú)論負(fù)載電阻如何變化，輸出電 壓不變 2

34、電壓源中的電流由外電路決定,,外特性曲線,Us =E,,Is =,,U = E – R0 I,理想電壓源,,,實(shí)際電壓源模型,由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成,R0稱為電源的內(nèi)阻或輸出電阻,,,理想電流源 （恒流源),特點(diǎn)（1）輸出電流不變，其值恒等于電 流源電流 IS,（2）輸出電壓由外電路決定。,如果一個(gè)二端元件的電壓無(wú)論為何值，其電流保持常量IS，則此二端元件稱為理想電流源,1.9.2 電流源,,,,,,,,,,,IS,,a,b,,

35、Uab,I,實(shí)際電流源模型,Uab / R0= IS – I,當(dāng)R0=?時(shí),I 等于 IS,U0 = IS R0,Uab = IS R0– I R0,恒壓源與恒流源特性比較,Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì) Uab 無(wú)影響。,I 的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì) I 無(wú)影響。,輸出電流 I 可變 ----- I 的大小、方向均由外電路決定,端電壓Uab 可變 -----Uab 的大小、方向均由外電路決定,實(shí)際的電

36、壓源與電流源：,實(shí)際的電壓源：由理想的電壓源與電源的內(nèi)阻R0串聯(lián)的形式組成,實(shí)際的電流源：由理想的電流源與電源的內(nèi)阻R0并聯(lián)的形式組成,,I=2A U=4V,求下列各電路的ab端等效電路,解:,b,1.9.3 電壓源與電流源的等效變換,等效互換的條件：當(dāng)接有同樣的負(fù)載時(shí)， 對(duì)外的電壓電流相等。,,“等效”是指“對(duì)外”等效（等效互換前后對(duì)外伏--安特性一致）,,

37、,E= Is R’0,內(nèi)阻串聯(lián),內(nèi)阻并聯(lián),,,變換前后E和IS的方向,,,E,,,U,I,,,,RL,R0,+,–,+,–,,,,U = IS R’0– I R’0,U = E – R0 I,（一）等效變換的注意事項(xiàng),,IS = US / R0R0 ´ = R0,注意轉(zhuǎn)換前后 US 與 Is 的方向,(2),,,,例：電壓源與電流源的等效互換舉例,5A,10V / 2? = 5A,2?,例：,解：,,,5A,求圖示電路中

38、電流I,55V,5?,例：,解：,,,5A,求圖示電路中電流I,練習(xí)1.9.2,作業(yè):1.8.2 1.9.5 1.9.6,無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)：,有源二端網(wǎng)絡(luò)：,二端網(wǎng)絡(luò)：若一個(gè)電路只通過(guò)兩個(gè)輸出端與外電路 相聯(lián)，則該電路稱為“二端網(wǎng)絡(luò)”。,1.10 戴維寧定理,,用電壓源模型(電動(dòng)勢(shì)與電阻串聯(lián)的電路)等效代替稱為戴維寧定理。,用電流源模型(電流源與電阻并聯(lián)的電路

39、)等效代替稱為諾頓定理。,RL,A,B,內(nèi)容：任意線性有源二端網(wǎng)絡(luò) N，可以用一個(gè)恒壓源E 與電阻R0串聯(lián)的支路等效代替。,,,,,,戴維寧定理,R0等于該網(wǎng)絡(luò)中全部獨(dú)立源都不作用時(shí)由端鈕看進(jìn)去的等效電阻。,E等于該網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓；,除去獨(dú)立源： 恒壓源短路 恒流源開(kāi)路,a,例1：用戴維寧定理計(jì)算圖示電路中電壓U。,U=30V,R0= 6?,,+,–,6V,,,6?,,,,b,,,,,,6A,2A,,15?,U,+,–,解：(

40、1)求U0C,U0C = 6×6+ 6 =42V,(2)求R0,(3)求U,,,,,,,,,R0,,,E1,R3,R4,R1,,+,–,R2,E2,IS,I,,R5,例2：求I。（各參數(shù)已知）,,,,,,,,,,,,+,–,,,(1)求U0c,U0C = I3 R3 –E2 + IS R2,解：,,,E1,R3,R4,R1,,+,–,R2,E2,IS,I,,R5,,,,,,,,,,,,+,–,,,,,A,B,R3,R1,,R

41、2,IS,,,,,,,,,,,,,,(2)求R0,R0 =(R1// R3)+ R5+ R2,(3)求I,,,R0,R5,,U0C = I3 R3 –E2 + IS R2,,,,,,,,,,,+,–,例3：用戴維南定理求圖中A、B兩點(diǎn)的電壓UAB。,,10?,5?,10?,5?,,,9V,,,,3A,,10?,,,0.5A,A,B,,,,,,,,,,,,,,,,,+,–,,5?,10?,5?,解：,+,–,9V,,,,,3A,,10?

42、,A,B,1 求開(kāi)路電壓UOC,+,–,A,B,,,I1,I2,15 I1+9 –30=0,15 I2+9=0,I2= – 0.6A,I1=1.4A,UOC = UAB=1.4×5+10 ×0.6=13V,,,,,,,,,,,,,,,,,10?,5?,10?,5?,+,–,,,,,3A,,10?,A,B,2. 求R0,UAB=13+ 0.5×20/3 =16.33V,,3. 求UAB,R0

43、 = RAB =2×(10//5) =20/3 ?,,,練習(xí)1.10.1（b）,例外情況：求某些二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻時(shí)，用串、并聯(lián)的方法則不行。如下圖：,如何求R0？,推薦: 加壓求流法,加壓求流法,,則：,A,C,,,R1,R3,,,,,,,,,,,,,,R2,R4,B,D,,R6,,,,,,,,,,,,,R1,,a,b,c,d,R2,E1,E2,R3,電路中某一點(diǎn)的電位是指由這一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓,電

44、路的參考點(diǎn)可以任意選取,通常認(rèn)為參考點(diǎn)的電位為零,Va = E1,Vc = – E2,Vb = I3 R3,I3,若以d為參考點(diǎn)，則:,+E1,– E2,簡(jiǎn)化電路,1.11 電路中電位的概念及計(jì)算,+,–,+,–,,,,,例 求S打開(kāi)與閉合時(shí)a點(diǎn)的電位,S打開(kāi),,,,Ua,= 0.408 mA,= 10.3V,S閉合,,,,,s,,,Ua,= –1.2V,,,,例.電路如圖所示。分別以A、B為參考點(diǎn)計(jì)算C和D點(diǎn)的電位,,

45、A,2?,10V,,,,+,–,5V,+,–,3?,B,C,D,,,,解：以A為參考點(diǎn),I,,I=,=3A,VC=3×3=9V,VD= –3×2= – 6V,以B為參考點(diǎn),VD= – 5V,VC=10V,小結(jié)：,,電路中某一點(diǎn)的電位等于該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓電路中各點(diǎn)的電位隨參考點(diǎn)選的不同而改變,任意兩點(diǎn)間的電壓不變。,VCD= VC–VD= 15V,,VB= –10+9= –1V,練習(xí)1.11.2,作業(yè): 1.10

46、.1 1.10.3 1.10.5 1.11.2 1.11.3,當(dāng)u、i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，伏安關(guān)系為：,或：,注意：當(dāng)電流為有限值時(shí)，uC 不能突變； 當(dāng)加恒定電壓時(shí)，電流為零，電容視作開(kāi)路,1、電容元件,1.12 電路的暫態(tài)分析,2、電感元件 Inductor,當(dāng)u、i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，伏安關(guān)系為：,注意：當(dāng)電壓為有限值時(shí)，iL 不能突變

47、； 當(dāng)通過(guò)恒定電流時(shí)，電壓為零，電感視作短路,或：,用一階微分方程描述的電路叫一階電路。,穩(wěn)態(tài),暫態(tài),,,電容為儲(chǔ)能元件，儲(chǔ)存的為電場(chǎng)能量 ，其大小為：,儲(chǔ)能元件,因?yàn)槟芰康拇鎯?chǔ)和釋放需要一個(gè)過(guò)程，所以有電容的電路存在過(guò)渡過(guò)程。,產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程的電路及原因?,儲(chǔ)能元件,電感電路,電感為儲(chǔ)能元件，儲(chǔ)存的為磁場(chǎng)能量，其大小為：,因?yàn)槟芰康拇鎯?chǔ)和釋放需要一個(gè)過(guò)程，所以有電感的電路存在過(guò)渡過(guò)程。,電阻電路,電阻是耗能元件，

48、不存在過(guò)渡過(guò)程。,有儲(chǔ)能元件（L、C）的電路在電路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)存在過(guò)渡過(guò)程,過(guò)渡過(guò)程又稱為電路的暫態(tài)過(guò)程,主要分析RC和RL一階線性電路的暫態(tài)過(guò)程，著重討論兩個(gè)問(wèn)題：,(1) 暫態(tài)過(guò)程中電壓和電流隨時(shí)間的變化規(guī)律;,(2) 影響暫態(tài)過(guò)程快慢的電路的時(shí)間常數(shù)。,確定微分常數(shù)時(shí)須利用電路初始條件,換路定理,換路: 電路狀態(tài)的改變。,1.12.2 換路定理及初始值的確定,換路定理: 在換路瞬間，電容上的電壓、

49、 電感中的電流不能突變。,設(shè)：t=0 時(shí)換路,,已知: K 在“1”處停留已久，在t=0時(shí)合向“2”,例1,初始值：電路中 u、i 在 t=0+ 時(shí)的值,解：,,在直流激勵(lì)下,換路前如果電路已處于穩(wěn)態(tài)，則在 t=0–的電路中,電容元件可視為開(kāi)路,電感元件可視為短路。,t=0 + 時(shí)的等效電路,不變,變,求初始值的一般步驟：(1) 根據(jù)t=0- 時(shí)的等效電路，求出uC(0-) 及iL(0-)。(2) 由換路定則:

50、uC(0+) = uC(0-) , iL(0+) = iL(0-) 。(3) 作出t=0+ 時(shí)的等效電路，并在圖上標(biāo)出各待 求量。(4) 由t=0+ 等效電路，求出各待求量的初始值。,零輸入響應(yīng):電路中無(wú)電源激勵(lì)時(shí)電路的響應(yīng),1.12.3 RC電路的響應(yīng),零狀態(tài)響應(yīng):換路前電路中的儲(chǔ)能元件均未貯存能量，由電源激勵(lì)所產(chǎn)生的響應(yīng),全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng),,RC電路的零輸入響應(yīng),一、RC電路的零輸入響應(yīng),t=0時(shí)K閉合

51、,求： uc(t) ， i(t) （t≥0）,,,R,,,,,,,,t=0,b,a,i,S,,uC,,,,換路前電路已處于穩(wěn)態(tài),,+-,U0,UC(0-)= U0,+-,iR + uC =0,通解,p = –1/RC,由初始條件確定A,A= uC(0+)= U0,uC = uC(0+) e –t /RC,= i(0+) e –t /RC,U0,uC = uC(0+) e –t /RC,t≥0,為負(fù)，故uc和 i 均按指數(shù)規(guī)律衰減,初

52、始值 uc(0+) =U0,當(dāng)t→∞時(shí)，uc和 i 衰減到零。,t≥0,零輸入響應(yīng)實(shí)質(zhì)是電容放電的過(guò)程,在零輸入響應(yīng)電路中，各部分電壓和電流都是由初始值按同一指數(shù)規(guī)律衰減到零。,時(shí)間常數(shù)?,? = RC,,,,0.338 U0,?2 > ?1,t=5? 時(shí)，過(guò)渡過(guò)程基本結(jié)束，uC達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。,? 越大，過(guò)渡過(guò)程變化越慢，uC達(dá)到 穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。,具有時(shí)間的量綱,uC = uC(0+) e –t /RC,RC電路的零狀態(tài)

53、響應(yīng),uR +uC =U,uC´=K,uC″=Ae pt,= Ae –t /RC,K=U,uC´=U,uC =U+ Ae –t /RC,根據(jù) uC(0+)=0,A= –U,uC =U– Ue –t /RC =U(1–e–t /?),,,,,t,u,,U,暫態(tài)過(guò)程uC可視為由兩個(gè)分量相加而得:,uC´稱為穩(wěn)態(tài)分量,uC的變化曲線,uC =U(1–e–t /RC) =U– Ue –t /RC,RC電路的零

54、狀態(tài)響應(yīng)，實(shí)際上是電容的充電過(guò)程。,uC″稱為暫態(tài)分量 按指數(shù)規(guī)律衰減到0。,0,上述暫態(tài)過(guò)程的分析方法稱為經(jīng)典法。當(dāng)電路比較復(fù)雜時(shí)，可以用戴維寧定理將換路后的電路化簡(jiǎn)為一個(gè)單回路電路，（將電路中除儲(chǔ)能元件以外的部分化簡(jiǎn)為戴維寧等效電源，再將儲(chǔ)能元件接上），然后利用經(jīng)典法所得出的公式。,RC電路的全響應(yīng),全響應(yīng): 電源激勵(lì)和電容元件的初始狀態(tài)uC(0+) 均不為零

55、時(shí)電路的響應(yīng),,R,,,,t=0,b,a,S,,+-,,uC = U0+e -t/? + U(1–e -t/?),全響應(yīng) = 零輸入響應(yīng) + 零狀態(tài)響應(yīng),f (t) = [ f(0+) – f(?)] e -t/? + f (?),:穩(wěn)態(tài)值,:初始值,三要素法,,例題：,,1 初始值舉例,,換路前的電路,解:,,,,換路后的電路,2 穩(wěn)態(tài)值舉例,,,電容元件可視為開(kāi)路,電感元件可視為短路,換路后的電路,換路后的電路,,由換路后的電路

56、結(jié)構(gòu)和參數(shù)計(jì)算。,(同一電路中各物理量的 是一樣的),3 時(shí)間常數(shù)τ的計(jì)算,一階RC電路,例：求: t ≥ 0 時(shí)的電壓 uc　ic u1,1.12.4 RL電路的零輸入響應(yīng),,,R,,,,,,,,,t=0,b,a,U,,iL,S,,uL,,,,,uR,iL(0-)= I0=U/R，則iL(0+)= I0,換路前電路已處于穩(wěn)態(tài),,根據(jù)KVL uL + uR=0,+-,求iL uL (t

57、 ≥ 0),特征方程是 Lp + R=0,p = – R/L,方程的通解為,A= I0,時(shí)間常數(shù) ? =L / R,RL 電路零輸入響應(yīng)iL、和 uL 的波形,在零輸入響應(yīng)電路中，各部分電壓和電流都是由初始值按同一指數(shù)規(guī)律衰減到零。,圖示是一臺(tái)300 kW汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路。已知R=0.189Ω，L=0.398H，U=35V，電壓表量程為50V，內(nèi)阻 RV=5 kΩ。t=0時(shí)開(kāi)關(guān)S打開(kāi)（設(shè)S打開(kāi)前電路已處于穩(wěn)態(tài)）。,例,求

58、：（1）τ（2） i(0+)（3） i 和uv （t≥0 ）（4） uv(0+),,,,,iL,S,,uL,,,,uR,+-,1.12.4 RL電路的零狀態(tài)響應(yīng),,,Rl電路的全響應(yīng),全響應(yīng): 電源激勵(lì)和電感元件的初始狀態(tài)iL(0+) 均不為零時(shí)電路的響應(yīng),全響應(yīng) = 零輸入響應(yīng) + 零狀態(tài)響應(yīng),f (t) = [ f(0+) – f(?)] e -t/? + f (?),,,,