电路及其分析方法PPT课件
合集下载
第1章 电路及其分析方法1PPT课件
方向一致，此 则说明 U、I 的实际方
向相反，此部分电路发出电功率，为电源。
所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是 电源，或是负载。
北方民族大学
Rui 1.1.2 电路元件 const
URIRR
(一) 无源元件 1. 电阻 R
(3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向
”
(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程
计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.
(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向
按相同方向假设。
北方民族大学
例 R ui const a
a
IR b UR
URIRR
假设:
di 0与
物理量的正方向： 实际正方向
假设正方向
实际正方向：
物理中对电量规定的方向。
假设正方向（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。
北方民族大学
R ui const
URIRR
物理量的实际正方向
L SN 2
l
北方民族大学
R ui const
电 池
电压
物理量正方向的表示方法 URIRR
R ui const
URIRR
第一章
电路及其分析方法
EIRo
北方民族大学
R ui const
URIRR
第1章 电路及其分析方法
§1.1 电路的基本概念
1.1.1 电路中的物理量
1.1.2 电路元件
§1.2 电路的基本定律
1.2.1 欧姆定律 1.2.2 基尔霍夫定律
北方民族大学
R ui const
R ui const
向相反，此部分电路发出电功率，为电源。
所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是 电源，或是负载。
北方民族大学
Rui 1.1.2 电路元件 const
URIRR
(一) 无源元件 1. 电阻 R
(3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向
”
(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程
计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.
(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向
按相同方向假设。
北方民族大学
例 R ui const a
a
IR b UR
URIRR
假设:
di 0与
物理量的正方向： 实际正方向
假设正方向
实际正方向：
物理中对电量规定的方向。
假设正方向（参考正方向）： 在分析计算时，对电量人为规定的方向。
北方民族大学
R ui const
URIRR
物理量的实际正方向
L SN 2
l
北方民族大学
R ui const
电 池
电压
物理量正方向的表示方法 URIRR
R ui const
URIRR
第一章
电路及其分析方法
EIRo
北方民族大学
R ui const
URIRR
第1章 电路及其分析方法
§1.1 电路的基本概念
1.1.1 电路中的物理量
1.1.2 电路元件
§1.2 电路的基本定律
1.2.1 欧姆定律 1.2.2 基尔霍夫定律
北方民族大学
R ui const
R ui const
第一章电路及其分析方法
1.定义
电感元件 储存磁能的元件。其特 性可用～i 平面上的一 条曲线来描述。
i
f ( , i ) 0
2. 线性电感元件
任何时刻，通过电感元件的电流i与其磁链 成正比。
~ i 特性是过原点的直线。
( t ) Li( t ) or L
i
i
tan
O
i
电路符号
L u ( t)
• 三者的区别和联系 电压等于两点电位之差： Uab=Va－Vb 电源的开路电压在数值上等于电源电动势； 电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。
例
a
b
已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电 场力做功8J，由b点移动到c点电场力 做功为12J， ① 若以b点为参考点，求a、b、c点的电 位和电压Uab、U bc;
iAB
B
•电压的参考方向
电位
单位正电荷q 从电路中一点移至参考点 （＝0）时电场力做功的大小。 单位正电荷 q 从电路中一点移至另一点 时电场力做功（W）的大小。
电压U
dW U dq
实际电压方向
电位真正降低的方向。
单位
V (伏)、kV、mV、V
•电压、电位和电动势
a
电动势E只存 在电源内部， 其数值反映了 电源力作功的 本领，方向规 定由电源负极 指向电源正极
问题
复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往 往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难 。
电压(降)的参考方向 参考方向 U 实际方向
+
–
+
假设高电位指向低电 位的方向。 参考方向 U – 实际方向
+
大学电工电子技术电路的分析方法
I + _E U R0
U=E-IR0 I U
U 伏安特性
E
I E/R0
10
2.3.2 电流源
1. 理想电流源 :
定义：通过的电流与两端的电压大小无关的 理想元件。
特点 （1）元件中的电流是固定的，不会因为 外电路的不同而不同。
（2）电源两端的电压由外电路决定。
电路模型：
Ia
Is
Uab
b
11
恒流源：若理想电流源的电流恒等于常数
I3
I1
I2
R1
R2
R3 U ab
若结点电压Uab已知， 则各支路电流：
b
I1= (Uab–E1)/R1
列KCL方程： 代入
I2= (Uab–E2)/R2 I3= Uab/R3
I1+I2+I3 =0
Uab E1 Uab E2 Uab 0
R1
R2
R3
结点电压：
Uab
E1 1
R1 E2 1
R2 1
4
2.3 电源的两种模型及其等效变换 2.3.1电压源 1.理想电压源 : 定义：电压总是保持某个给定的时间函数，
与通过它的电流无关。 特点：(1）输出电 压是固定的，不会因为外电路的
不同而不同。
（2）电源中的电流由外电路决定。
5
电路模型:
Ia
Ia
+
E_
Uab
或者
E
+ _
Uab
b
b
恒压源：如果理想电压源的电压u(t)恒等于常 数U（u(t)=U），则称为恒压源。
是否能少列 一个方程?
例8
支路电流未知数少一个：
大学物理第1章电路及其分析方法
Part
06
实验与实践
电路实验的基本操作
实验准备
熟悉实验原理、目的和步骤，准 备好所需设备和材料。
实验报告
整理实验数据和结论，撰写实验 报告。
实验操作
按照实验步骤进行操作，注意观 察和记录实验数据。
数据处理
对实验数据进行处理和分析，得 出结论。
电路故障排查与维修
故障诊断 1
通过观察和测试确定故障 部位和原因。
三角形电路
三个端子不连接到一个公共点的电路。每个元件的电压是相 电压。
节点电压法与回路电流法
节点电压法
通过设定节点电压，利用基尔霍夫定律求解电路的方法。适用于具有多个节点 和少量元件的电路。
回路电流法
通过设定回路电流，利用基尔霍夫定律求解电路的方法。适用于具有多个回路 和少量元件的电路。
Part
基尔霍夫定律
总结词
基尔霍夫定律是电路分析中的重要定律 之一，它包括基尔霍夫电流定律和基尔 霍夫电压定律。
VS
详细描述
基尔霍夫电流定律指出，在任意一个闭合 电路中，流入节点的电流总和等于流出节 点的电流总和。数学表达式为：∑I入=∑I出。 基尔霍夫电压定律指出，在任意一个闭合 电路中，沿着闭合路径绕行一周，各段电 压的代数和等于零。数学表达式为：∑U=0。
大学物理第1章电路 及其分析方法
• 引言 • 电路的基本概念 • 欧姆定律与基尔霍夫定律 • 电阻电路的分析方法 • 复杂电路的分析方法 • 实验与实践
目录
Part
01
引言
主题简介
电路及其分析方法
01
本章节主要介绍电路的基本概念、元件、电路模型以及分析方
法。
电路的重要性
电工学-电路及其分析方法
[解] 设电阻 R4 两端电压的极性及流过它的电流 I 的参考方向如图示。
沿顺时针方向列写回路
b + U2 – U1 –
a+
c 的 KVL 方程式，有
–
U3
I+
U1 + U2 – U3 – U4 + U5 = 0 代入数据，有
– U5
+
+R4 U4 – d
(–2)+ 8 – 5 – U4+(–3)= 0 U4 = – 2 V U4 = – IR4
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 =R I
U、 I 参考方向相反 U = –RI
图 (b) 中若 I = –2 A，R = 3 ，则 U = – 3 ( –2 ) = 6 V
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
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 件略所实组际成部，件如的发次电要机因、素变而压突器出、其电主动要机电、磁电性池质、，电把阻它器看 等成，理它想们电的路电元磁件性。质是很复杂的。
R=
R1 R2
R1 + R2
[例 1] 图示为变阻器调节负载电阻 RL 两端电压的 分压电路。 RL = 50 ，U = 220 V 。中间环节是变阻器， 其规格是 100 、3 A。今把它平分为四段，在图上用 a,b,c,d,e 点标出。求滑动点分别在 a,c,d,e 时，负载和变 阻器各段所通过的电流及负载电压，并就流过变阻器的
沿顺时针方向列写回路
b + U2 – U1 –
a+
c 的 KVL 方程式，有
–
U3
I+
U1 + U2 – U3 – U4 + U5 = 0 代入数据，有
– U5
+
+R4 U4 – d
(–2)+ 8 – 5 – U4+(–3)= 0 U4 = – 2 V U4 = – IR4
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 =R I
U、 I 参考方向相反 U = –RI
图 (b) 中若 I = –2 A，R = 3 ，则 U = – 3 ( –2 ) = 6 V
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
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 件略所实组际成部，件如的发次电要机因、素变而压突器出、其电主动要机电、磁电性池质、，电把阻它器看 等成，理它想们电的路电元磁件性。质是很复杂的。
R=
R1 R2
R1 + R2
[例 1] 图示为变阻器调节负载电阻 RL 两端电压的 分压电路。 RL = 50 ，U = 220 V 。中间环节是变阻器， 其规格是 100 、3 A。今把它平分为四段，在图上用 a,b,c,d,e 点标出。求滑动点分别在 a,c,d,e 时，负载和变 阻器各段所通过的电流及负载电压，并就流过变阻器的
第一章 电路及其分析方法
有
I
源
+
电
U
路
–
1.5 基尔霍夫定律(KL)
• 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，是分析电路的基本定 律。
• 两类约束
①元件约束(VCR)
如电阻元件 uR = RiR
u L di dt
i C du dt
对结点①：- i1- i4 - i6 0
对结点②： i2 + i4 - i5 0
对结点③：- i3+ i5 + i6 0
①
i1
i4
i2
i6 ②
3式相加得： i1 - i2 + i3 0
表明：KCL可推广应用于电路
i3
i5
中包围多个结点的任一闭合面。
③
• 例2：求电流 i。
3A
3
3
(2)KVL是对回路中的支路电压的约束，与回路各支路 上接的是什么元件、电路是线性还是非线性无关；
(3)KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方 向无关。
例2：求电压 u。
I4 R4 + I3 R3 –E = 0
对回路 adbca，沿逆时针方向循行：
– I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 – I2 R2 = 0 对回路 cadc，沿逆时针方向循行：
– I2 R2 – I1 R1 + E = 0
注意： (1)KVL不仅适用于回路，也适用于电路中任一假想
的回路;
是什么元件、电路是线性还是非线性无关；
(3)KCL方程是按电流参考方向列写的，与实际方向
电路分析基础ppt课件
1.1 电路元件 1.2 基尔霍夫定律 1.3 叠加定理 1.4 等效电源定理 1.5 含受控源电路的分析
27.04.2021
电工基础教学部
最新版整理ppt
3
目录
3
电工电子技术
第1章 电路分析基础
本章要求:
1. 理解电压与电流参考方向的意义；
2. 理解电路的基本定律并能正确应用；
3. 了解电路的通路、开路与短路状态，
27.04.2021
电工基础教学部
最新版整理ppt
20
目录
20
电工电子技术
3.电阻元件的功率和能量 在关联参考方向下，电阻元件的功率为
puii2Ru2 单位为瓦特（W） R
从t1到t2的时间内，电阻元件吸收的能量为
w t2 Ri2dt 单位为焦耳（J） t1
27.04.2021
电工基础教学部
最新版整理ppt
I3
I2
4 U2 2
解： 元件1功率 P 1 U 1 I 1 2 2 0 4W 0 元件2功率 P 2 U 2 I 2 1 ( 0 1 ) 1W 0
元件3功率 P 3 U 3 I 1 ( 1) 0 2 2W 0
元件4功率 P 4 U 2 I 3 1 ( 0 3 ) 3W 0
元件1、2发出功率是电源，元件3、4 吸收功率是负载。上述计算满足ΣP = 0 。
Uab的变化可能是 ___大__小__ 的变化，
或者是 __方__向___的变化。
27.04.2021
最新版整理ppt
27
电工基础教学部
目录
27
例a
Is
RI
Uab=?
_
Us
+
电工电子技术
27.04.2021
电工基础教学部
最新版整理ppt
3
目录
3
电工电子技术
第1章 电路分析基础
本章要求:
1. 理解电压与电流参考方向的意义；
2. 理解电路的基本定律并能正确应用；
3. 了解电路的通路、开路与短路状态，
27.04.2021
电工基础教学部
最新版整理ppt
20
目录
20
电工电子技术
3.电阻元件的功率和能量 在关联参考方向下，电阻元件的功率为
puii2Ru2 单位为瓦特（W） R
从t1到t2的时间内，电阻元件吸收的能量为
w t2 Ri2dt 单位为焦耳（J） t1
27.04.2021
电工基础教学部
最新版整理ppt
I3
I2
4 U2 2
解： 元件1功率 P 1 U 1 I 1 2 2 0 4W 0 元件2功率 P 2 U 2 I 2 1 ( 0 1 ) 1W 0
元件3功率 P 3 U 3 I 1 ( 1) 0 2 2W 0
元件4功率 P 4 U 2 I 3 1 ( 0 3 ) 3W 0
元件1、2发出功率是电源，元件3、4 吸收功率是负载。上述计算满足ΣP = 0 。
Uab的变化可能是 ___大__小__ 的变化，
或者是 __方__向___的变化。
27.04.2021
最新版整理ppt
27
电工基础教学部
目录
27
例a
Is
RI
Uab=?
_
Us
+
电工电子技术
电工电子技术基础第1章 电路的基本理论及基本分析方法
-
电流源模型
实际电源可用一个电流为IS的理想电流源与电阻并 联的电路作为实际电源的电路模型，称为电流源模型。
其中
IS
U0 R0
称为短路电流
实际电源内阻R0越大，越接近于理想电流源。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
3.实际电源模型的等效变换
R0 + US -
等效电压源模型
IS
US R0
US R0IS
2.理想电流源：理想电流源是从实际电流源抽象出来的 理想二端元件，流过它的电流总保持恒定，与其端电压 无关。理想电流源简称电流源。 电流源的两个基本性质
①电流是给定值或给定的时间函数，与电压无关；
②电压是与相连的外电路共同决定的。
IS或iS
+ U或i
－
电流源的图形符号
电流源的伏安关系
i IS
o
u
直流电流源伏安特性
uR（ i 关联u ） R（ 或 i 非关联）
电阻参数R：表示电阻元件特性的参数。 线性非时变电阻：R为常数；简称为线性电阻。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
应当注意，非线性电阻不满足欧姆定律。
单位：SI单位是欧[姆]（Ω）。计量大电阻时，以千欧 （KΩ）、兆欧（MΩ）为单位。
电阻的参数也可以用电导表示，其SI单位是西［门 子］（S）。线性电阻用电导表示时，伏安关系为
②箭头，如图(a) i。
参考方向的意义：若电流的参考方向和实际方向一致， 则电流取正值，反之则取负值。如图（a）、(b)所示。
第1章 电路的基本理论及基本分析方法
二、电压、电位、电动势及其参考方向
1. 电压、电位、电动势
⑴电压
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
E2 -
回路：共3个 网孔：共2个
b
b
例例3 1.7 I1
I2
a
I6 R6
c
I4 I3
I5 d
+
_ E3
R3
支路：共 ？条 6条 节点：共 ？个 4个
回路：共 ？个 7 个
网孔：共？个 3个
IR
R
R
+ E 2R 2R 2R 2R
-
节点：共 ？个 4个
1.5.1 基尔霍夫电流定律 KCL（Kirchhoff’s current law）——应用于节点 对任何节点，在任一瞬间，
E
1.7 支路电流法
支路电流法：是以支路电流为求解对象，
直接应用KCL和KVL列出所需方程组而后 解出各支路电流(电压)。它是计算复杂 电路最基本的方法。
关于独立方程式的讨论
问题的提出：在用克氏电流定律或电压定律列方 程时，究竟可以列出多少个独立的方程？
I1
a
I2
E1
+R1 #1
-
I3
R2 #2 R3
根据 U = 0
UA = UAB + UB
注意：1．列方程前标注回路循行方向；
2．应用 U = 0列方程时，项前符号的确定：
如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。
3. 对部分回路也可列写KVL方程
++
E1–
E2 –
B +
1 UBE
R1
R2
I2
_
对回路1： 电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2
U3 +
d
点出发，以顺时针（或逆时针） 方向循行一周，则在这个方向上 电位升之和等于电位降之和。
或可表述为：沿任一回路循行 方向，回路中各段电压的代数 和恒等于零。
U5 + e
– + U4
U1+U2 + U5= U3+U4
或 U = 0 U1+U2 –U3 –U4 + U5 =0
例4
b
I1
a
I4 I3
I4
I1
流入节点的电流之和等于由 节点流出的电流之和。
I1+ I3 + I4= I2I2源自I3在任一瞬间流入节点
电流的代数和等于零
流出为正 流入为负
i =0
或 ：I1+ I3 + I4 - I2 =0
1.5.1 基尔霍夫电流定律 KCL（Kirchhoff’s current law）——应用于节点
(一般按网孔列写KVL方程即可)
E1 – E2 = I1 R1 – I2 R2 E2 = I2 R2 + I3 R3
4 解方程组，求解出各支路电流。
例5 支路中含有恒流源的情况
I1
a I3
U=
3 2+1
×1 =1V
对于复杂电路（如下图）仅通过串、并联无法求解， 必须经过一定的解题方法，才能算出结果。
如：
R6
I3
+E3
R3
1. 5 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律是电路作为一个整体所服从 的基本规律，它阐述了电路各部分电压或各部 分电流相互之间的内在联系。
基尔霍夫电流定律(KCL)
(Kirchhoff’s Current Law)
基尔霍夫电压定律(KVL)
(Kirchhoff’s Voltage Law)
名词注释：
支路：电路中的每一个分支，流过同一个电流。
结点：三条或三条以上支路的联接点。
回路：由支路组成的闭合路径。 网孔：内部不含支路的回路。
支路：共3条
I1
a
I2
节点：a、 b (共2个）
E1
-
R1 1 I3
R2 3 R3 2
I6 R6 d
例如： 回路 a-d-c-a
I2
I4R 4I5R 5E 3E 4I3R 3
c
电位升
电位降
或：
I5 - I4 R 4 E 4- I5 R 5 I3 R 3- E 3 0
+
_ E3
R3
KVL推广应用于假想的闭合回路
I
A
A
E
UAB
UA UAB
B
R
C
UB
B
根据KVL可列出
UAB= E+ IR
#3
+ _ E2
b
A 支路电流法求解电路的步骤：
1 确定支路数b ，假定各支路电
流的参考方向。b=3
2 应用KCL对结点A列方程
R1 I1 R2 +
E1 –
#1
I2 I3
+ E2
–
R3
#2
对于有n个结点的电路，只能列出 (n–1)个独立的KCL方程
n=2；对接点A：I1 + I2 – I3 = 0 3 应用KVL列出余下的 b – (n–1)方程
1.6.2 电阻的并联
电路中两个或更多个电阻联接在两个公共的结点
之间，受到同一电压。
等效电阻
I=I1+I2
+
I1
I2
U
R1 R2
–
I
+ UR –
R 1 R1R2 1 1 R1 R2 R1 R2
电导 G = G1 + G2 = Gi 单位：西[门子]（S）
1.6.2 电阻的并联
电路中两个或更多个电阻联接在两个公共的结点 之间，受到同一电压。
例2 求图示电路中U=？
2
R"=3/4
R' =(2+3/4)//1
+ +
=11/15
41V
U1=
41 ×11/15 2+11/15
–
U1 –
=11V
U2=
11 2+3/4
×3/4
=3V
R'
2 1
+ R" –U2
例2 求图示电路中U=？
2
+ 41V
–
+
U1 – 1
2
2 +
1 –U2
+ 1 U
–
解： U2=3V
IC
B IBC
C
在任一瞬间通过任一 封闭合面的电流的代 数和也恒等于零。
KCL推广应用:
I
5
6V+_ 1
2
+_12V 1 5
I= 0
1.5.2 基尔霍夫电压定律（KVL）（Kirchhoff’s
voltage law）—应用于回路 在任一瞬间，从回路中任意一
b U1 –
a+ –
+ U2 –
c –
I4
I1
i = 0 流出为正,流入为负
I3
I2 若I1=9A， I2= –2A，I4=8A。求： I3
解： I1+ I3 + I4–I2=0
9 I3 8 （ 2 ） 0
KCL推广应用:电流定律可以推广应用于包围部
分电路的任一假设的闭合面。
广义节点
IA
A
IA + IB + IC =0
IAB
ICA
IB
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
1.6 电阻的串联与并联
1.6.1 电阻的串联
电路中两个或更多个电阻一个接一个地顺序相
联，并且在这些电阻中通过同一电流。
I
分压公式
I
++
如：
U1
–
U1
R1I
R1 R1 R2
U
U –
+ U2
–
+
R1
U
R
–
R2 等效 R = R1+R2 电阻
I=I1+I2
+
I1
I2
U
R1 R2
–
分流公式
I +
I1R U1 IR1RR1R 2R2 I
UR
–
I2
UIR R1 I R2 R2 R1R2
例1 计算图中所示两电路a，b间的等效电阻
a
4Ω
a
4Ω
7Ω
2Ω
7Ω
10Ω
10Ω
b
5Ω b
例2 求图示电路中U=？
2
+ 41V
–
2
1 R" 1
2
+ 1 U
–
解： R"=(2+1)//1=3/4