电工学课件(第1章)新作

电工学电工学主讲教师：张慧颖主讲教师：张慧颖单位：单位：信控学院电工电子信控学院电工电子教学与实验中心教学与实验中心 电话：电话：13654429589136544295891365442958913654429589 电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路电工学电工学是大学本科是大学本科工科非电类工科非电类各专业必设的各专业必设的技技术基础课术基础课当今世界上，人们衣食住行的当今世界上，人们衣食住行的基本生活基本生活条件条件现代一切现代一切科学技术科学技术的发展的发展与与工农业生产工农业生产都离不开电工及电子技术的支撑都离不开电工及电子技术的支撑电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路电能的应用及其与生产发展的关系电能的应用及其与生产发展的关系v 第一次工业革命由蒸汽机的发明而引发第一次工业革命由蒸汽机的发明而引发 越来越广泛的机械化大大提高了工越来越广泛的机械化大大提高了工 农业的生产效率农业的生产效率v 第二次工业革命由电动机的发明而引发第二次工业革命由电动机的发明而引发 越来越广泛的电气化进一步推动人类越来越广泛的电气化进一步推动人类 文明的发展，极大地改变着物质生活和精文明的发展，极大地改变着物质生活和精 神生活的条件神生活的条件电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路v工业生产中电力机械的动力设备电动机v采矿、冶金、轧钢、锻造和铸造机械、金属冷采矿、冶金、轧钢、锻造和铸造机械、金属冷加工机械机床等加工机械机床等vv机械加工工艺电加工技术电镀、电焊、电炉冶金、电蚀加工、电镀、电焊、电炉冶金、电蚀加工、超声波加工、电子束和离子束加工等超声波加工、电子束和离子束加工等v测量与控制长度、速度、温度、时间、压力、长度、速度、温度、时间、压力、流量、照度和色度等流量、照度和色度等v交通与通讯汽车与火车、飞机、轮船汽车与火车、飞机、轮船广播、电视、电影及电话广播、电视、电影及电话v农业v医疗v军事v国防v信息电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路电能的应用为人们提供了极大便利电能的应用为人们提供了极大便利绪论v便于转换电能水能电能热能电能光能电能机械能电能化学能 电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路课程内容课程内容电工学电工学电工技术电工技术电子技术电子技术课程任务课程任务理解基本概念、基本理论和分析方法学用结合，举一反三，融会贯通完整掌握课程体系，培养自学能力按要求参加实验 培养良好的实验素质注重实践技能的培养理论与实践相结合，互相促进，全面提高电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路课程相关信息课程相关信息 课程学时：课程学时：48学时学时 课程学分：课程学分：3学分学分 课程实验：课程实验：12学时、学时、0.5学分、独立设课学分、独立设课考核方式考核方式 采用考试的形式。采用考试的形式。平时成绩平时成绩：成绩评定依据平时作业情况占成绩评定依据平时作业情况占30%，上课听课情况占，上课听课情况占30%，课堂，课堂出勤情况出勤情况20%，课堂表现占，课堂表现占20%。有下列情形之一者将取消其理论课成绩：有下列情形之一者将取消其理论课成绩：（1）作业缺交）作业缺交1/4及以上者；及以上者；（2）未经许可无故缺勤达）未经许可无故缺勤达10学时及以上者（迟到、早退学时及以上者（迟到、早退1次算缺勤次算缺勤1学时）学时）（3）平时成绩表累积达到）平时成绩表累积达到5个空白者；（个空白者；（4）扰乱课堂秩序情景严重者。）扰乱课堂秩序情景严重者。实验课：实验课：实验课：实验课：根据学生对实验的预习情况、实验态度、实验操作、实验结果和实验根据学生对实验的预习情况、实验态度、实验操作、实验结果和实验根据学生对实验的预习情况、实验态度、实验操作、实验结果和实验根据学生对实验的预习情况、实验态度、实验操作、实验结果和实验 报告部分的数据处理过程对实验过程进行综合的考核。报告部分的数据处理过程对实验过程进行综合的考核。报告部分的数据处理过程对实验过程进行综合的考核。报告部分的数据处理过程对实验过程进行综合的考核。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路Berry The New Term!愿 每 一 位 同 学 获 得 成 功电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路1.11.1 电路和电路图电路和电路图电路和电路图电路和电路图1.21.2 电路中的物理量电路中的物理量电路中的物理量电路中的物理量1.31.3 理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件1.41.4 电路的基本定律电路的基本定律电路的基本定律电路的基本定律1.51.5 电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态电路的工作状态1.61.6 支路电流法支路电流法支路电流法支路电流法1.71.7 叠加定理叠加定理叠加定理叠加定理1.81.8 等效电源定理等效电源定理等效电源定理等效电源定理第一章第一章第一章第一章 直流电流直流电流直流电流直流电流电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路本章要求本章要求 1.了解电路的作用和组成。了解电路的作用和组成。2.理解电路基本物理量的意义。理解电路基本物理量的意义。3.了解电路的通路、开路和短路状态。理解额定值、功率了解电路的通路、开路和短路状态。理解额定值、功率平衡的概念。平衡的概念。4.理解参考方向和关联参考方向的意义。理解参考方向和关联参考方向的意义。5.了解电路模型的概念。了解电路模型的概念。6.掌握理想电阻元件、理想电压源和理想电流源的特性。掌握理想电阻元件、理想电压源和理想电流源的特性。7.掌握电路的基尔霍夫定律。掌握电路的基尔霍夫定律。8.掌握实际电源的两种模型及其等效变换。掌握实际电源的两种模型及其等效变换。掌握实际电源的两种模型及其等效变换。掌握实际电源的两种模型及其等效变换。9.掌握用支路电流法、叠加定理和等效电源定理分析电路掌握用支路电流法、叠加定理和等效电源定理分析电路的方法。的方法。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第一节 电路和电路图一一电路的组成和作用电路的组成和作用由电工设备和电气器件按预期目的连接构由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。成的电流的通路。实际电路实际电路导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡实例：手电筒电路实例：手电筒电路a.组成组成电源电源电能或电信号的发生器。电能或电信号的发生器。用电设备。用电设备。负载负载中间环节中间环节连接电源和负载的部分。连接电源和负载的部分。b.作用作用a a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；例如：信号的放大、滤波、检波等等。例如：信号的放大、滤波、检波等等。b b 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。例如：电力系统中的输电电路。例如：电力系统中的输电电路。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路c.几个重要名词几个重要名词1.1.额定值额定值电源和负载等电气设备在工作时，电流、电压和功率电源和负载等电气设备在工作时，电流、电压和功率都有一定的限额，这些限额是用来表示它们的正常工都有一定的限额，这些限额是用来表示它们的正常工作条件和工作能力的，称为电气设备的额定值。作条件和工作能力的，称为电气设备的额定值。2.额定电压额定电压电气设备正常工作时的端电压。电气设备正常工作时的端电压。3.额定电流额定电流电气设备在一定的环境温度下长期连续工作时或在规定的时间内，电气设备在一定的环境温度下长期连续工作时或在规定的时间内，所允许通过而不会引起设备损坏的最大电流。所允许通过而不会引起设备损坏的最大电流。4.额定功率额定功率电气设备正常工作时的输出功率或输入功率。电气设备正常工作时的输出功率或输入功率。5.额定状态额定状态通常当实际值等于额定值时，电器设备的工作状态称为额定状态，当通常当实际值等于额定值时，电器设备的工作状态称为额定状态，当实际功率或电流大于额定值时称为过载，小于额定值时称为欠载。实际功率或电流大于额定值时称为过载，小于额定值时称为欠载。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路反映实际电路部件的主要电性质的理想反映实际电路部件的主要电性质的理想电路元件及其组合。电路元件及其组合。导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图电路图电路模型电路模型二二.电路模型电路模型理想电路元件理想电路元件具有某种确定的电磁性能的理想元件。具有某种确定的电磁性能的理想元件。电磁性能：电磁性能：1 1）消耗电能；）消耗电能；2 2）供给电能；）供给电能；3 3）储）储存电场能量；存电场能量；4 4）储存磁场能量；）储存磁场能量；电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路基本的理想电路元件：基本的理想电路元件：1.电阻元件电阻元件表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件电阻符号：电阻符号：二端元件二端元件2.电感元件电感元件表示产生磁场，储存磁场能量的元件表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感符号：电感符号：3.电容元件电容元件表示产生电场，储存电场能量的元件表示产生电场，储存电场能量的元件电容符号：电容符号：R4.电压源和电流源电压源和电流源表示将其它形式的能量转变成电能的元表示将其它形式的能量转变成电能的元件件电压源符号：电压源符号：电流源符号：电流源符号：电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路注意 基本理想电路元件有三个特征：（基本理想电路元件有三个特征：（a a）只有两个端子；）只有两个端子；（b b）可以用电压或电流按数学方式描述；）可以用电压或电流按数学方式描述；（c c）不能被分解为）不能被分解为其他元件。其他元件。具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下在一定条件下可用同一电路模型表示；可用同一电路模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。不同的形式。例：电感线圈的电路模型例：电感线圈的电路模型在直流情况下在直流情况下在高频交流情况下在高频交流情况下电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第二节第二节 电路中的物理量电路中的物理量电电路路中中的的主主要要物物理理量量有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链、能能量量、电电功功率率等等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流电流、电压电压和和功率功率。一一.电电 流流电流电流带电粒子有规则的定向运动。带电粒子有规则的定向运动。电流强度电流强度单位时间内通过导体单位时间内通过导体横截面的电荷量。横截面的电荷量。单位单位A（安培）、（安培）、kA、mA、A方向方向规定正电荷的移动方向为电流的方向。规定正电荷的移动方向为电流的方向。abSIab电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向AB实际方向实际方向AB问题 对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。的实际方向往往很难事先判断。参考方向参考方向任意假定一个正电荷运动的方向即为电流任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。的参考方向。Ai 参考方向参考方向B电流的参考方向与实际方向的关系电流的参考方向与实际方向的关系Bi 参考方向参考方向A实际方向实际方向i 0i 参考方向参考方向AB实际方向实际方向i 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向 U0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收，负载实际吸收，负载)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出，电源实际发出，电源)P0 发出负功率发出负功率 (实际吸收，负载实际吸收，负载)l u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路242024/7/2例：例：在下图中，方框代表电源或负载。已知在下图中，方框代表电源或负载。已知在下图中，方框代表电源或负载。已知在下图中，方框代表电源或负载。已知U U=220V=220V，I I=-1A=-1A，试问那些方框是电源，哪些是负载，试问那些方框是电源，哪些是负载，试问那些方框是电源，哪些是负载，试问那些方框是电源，哪些是负载?关联参考方向关联参考方向 p=u i 0吸收吸收负负功率功率；是电源。是电源。非关联参考方向非关联参考方向 p=u i 0发出负发出负功率功率；是负载。是负载。关联参考方向关联参考方向 p=u i 0吸收负吸收负功率功率；是电源。是电源。非关联参考方向非关联参考方向 p=u i 0发出负发出负功率功率；是负载。是负载。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路解解:564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1 对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率注意例例求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。已知：已知：U U1 1=1V=1V，U U2 2=-3V=-3V，U U3 3=8V=8V，U U4 4=-4V=-4V，U U5 5=7V=7V，U U6 6=-3V=-3V，I I1 1=2A,=2A,I I2 2=1A,=1A,，I I3 3=-1A=-1A 电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第三节 理想电路元件电路元件电路元件电阻元件：电阻元件：表示消耗电能的元件。表示消耗电能的元件。电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。表示产生磁场，储存磁场能量的元件。电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。表示产生电场，储存电场能量的元件。电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。表示将其它形式的能量转变成电能的元件。理想电路元件理想电路元件是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。一一.理想无源元件理想无源元件1.电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可用对电流呈现阻力的元件。其特性可用ui平平面上的一条曲线来描述：面上的一条曲线来描述：伏安伏安特性特性iu0线性时不变电阻元件：线性时不变电阻元件：任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路 ui 关系关系满足欧姆定律满足欧姆定律u、i 取关联取关联参考方向参考方向伏安特性伏安特性为一条过为一条过原点的直原点的直线线ui0Rui+电路符号电路符号R单位单位(Ohm)注意欧姆定律欧姆定律只适用于线性电阻只适用于线性电阻（R 为常数为常数）；）；如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；应冠以负号；说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。Rui-+非关联参考方向非关联参考方向则欧姆定律写为：则欧姆定律写为：u R i i G u（G为电导）为电导）*公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路2.2.功率和能量功率和能量功率功率Rui-+Rui+-p u i i2R u2/R表明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。能量能量从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：p u i i2R u2/R3.3.电阻元件的开路与短路电阻元件的开路与短路uiuiRiu+u+i0l 开路开路l 短路短路电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路二二.理想电源元件理想电源元件1.理想电压源理想电压源电路符号电路符号定义定义其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。i+_理想电压源电压、电流关系理想电压源电压、电流关系电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。ui0直流电压直流电压源的伏安源的伏安关系关系讨论外电路在不同条件下，流过电阻讨论外电路在不同条件下，流过电阻讨论外电路在不同条件下，流过电阻讨论外电路在不同条件下，流过电阻R RL L的电流？的电流？的电流？的电流？Ri-+有载有载开路开路短路短路*电压源不电压源不电压源不电压源不能短路！能短路！能短路！能短路！电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路电压源的功率电压源的功率P=Usii+_u+_物理意义：物理意义：电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。外力克服电场力作功，电源发出功率。P=Usi发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用+_iu+_物理意义：物理意义：电场力做功，电源吸收功率电场力做功，电源吸收功率P=Usi吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载与任意元件并联电路与任意元件并联电路等效电路等效电路电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路实际电压源实际电压源伏安特性伏安特性 电路模型电路模型2.2.理想电流源理想电流源电路符号电路符号定义定义其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电流源本身决定，与外电流源的输出电流由电流源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。电路无关；与它两端电压方向、大小无关。电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。ui0直流电流源直流电流源的伏安关系的伏安关系电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路Ru-+外电路外电路电流源不能电流源不能开路！开路！有载有载短路短路开路开路电流源的功率电流源的功率u+_非关联参考方向非关联参考方向发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用关联参考方向；关联参考方向；u+_吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载与任意元件串联电路与任意元件串联电路等效电路等效电路等效电路等效电路电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路实际电流源实际电流源电路模型电路模型伏安特性伏安特性 三三.电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换二端电路（网络）二端电路（网络）任何一个复杂的电路任何一个复杂的电路,向外引出两个端钮，且从一个端子流入的电流等向外引出两个端钮，且从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流，则称这一电路为二端网络于从另一端子流出的电流，则称这一电路为二端网络 (或一端口网络或一端口网络)。无无源源无源一无源一端口端口ii电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路二端电路等效的概念二端电路等效的概念B+-ui等效等效两个二端电路，端口具有相同的电压、电流关系两个二端电路，端口具有相同的电压、电流关系,则称它们是等效的电路。则称它们是等效的电路。-C+ui对对A电路中的电流、电压和功率而言，满足：电路中的电流、电压和功率而言，满足：BACA明确电路等效变换的条件：电路等效变换的条件：两电路具有相同的两电路具有相同的VCR；电路等效变换的对象：电路等效变换的对象：未变化的外电路未变化的外电路A中的电压、电流和中的电压、电流和功率；（即对外等效，对内不等效）功率；（即对外等效，对内不等效）电路等效变换的目的：电路等效变换的目的：化简电路，方便计算。化简电路，方便计算。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路电压源电电压源电路模型路模型电流源电电流源电路模型路模型或或变换过程变换过程电压源变换为电流源电压源变换为电流源电流源变换为电压源电流源变换为电压源注意（1）变换关系，既要满足上述参数之间的关系，还要满足方向关系：电流）变换关系，既要满足上述参数之间的关系，还要满足方向关系：电流源电流方向与电压源电压方向相反。源电流方向与电压源电压方向相反。（2 2）电源等效互换的方法可以推广应用，）电源等效互换的方法可以推广应用，如把理想电压源与外电阻的串联如把理想电压源与外电阻的串联等效变换成理想电流源与外电导的并联，同样可把理想电流源与外电阻等效变换成理想电流源与外电导的并联，同样可把理想电流源与外电阻的并联等效变换为电压源形式。的并联等效变换为电压源形式。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路（3）电压源和电流源的等效变换是电路等效变换的一种方法。）电压源和电流源的等效变换是电路等效变换的一种方法。这种等效是对电源以外部分的电路等效，对电源内部电路并不这种等效是对电源以外部分的电路等效，对电源内部电路并不是等效的。具体表现在：是等效的。具体表现在：a：开路的电压源中无电流流过电阻：开路的电压源中无电流流过电阻R0；b：开路的电流源可以有电流流过并联电阻开路的电流源可以有电流流过并联电阻R0；c：电压源短路时，有电流流过电阻：电压源短路时，有电流流过电阻R0；d：电流源短路时，没有电流流过并联电阻电流源短路时，没有电流流过并联电阻R0；（4 4）理想电压源与理想电流源不能相互转换。）理想电压源与理想电流源不能相互转换。例例例例:利用电源等效互换简化电路并计算图中所示电路中流过电阻利用电源等效互换简化电路并计算图中所示电路中流过电阻利用电源等效互换简化电路并计算图中所示电路中流过电阻利用电源等效互换简化电路并计算图中所示电路中流过电阻R R3 3的电流。的电流。的电流。的电流。已知：已知：已知：已知：I IS1S1=5A=5A，I IS2S2=2A=2A，R R1 1=3=3，R R2 2=4=4 R R3 3=7=7 。解：根据电流源变换为电压源的等效方法，可将原解：根据电流源变换为电压源的等效方法，可将原图的电路变化为如下图所示。图的电路变化为如下图所示。所以有：所以有：电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路受控电源受控电源电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压的电压(或电流或电流)控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。分类分类 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控源可分四种类型：当，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。分别是电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制控电流源表示。分别是电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源。电压源、电流控制电流源。电流控制电流源电流控制电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数四端元件四端元件输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分b i1+_u2i2_u1i1+电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路电压控制电流源电压控制电流源 (VCCS)gu1+_u2i2_u1i1+g:转移电导转移电导 电压控制的电压源电压控制的电压源 (VCVS)i1u1+_u2i2_u1+_:电压放大倍数电压放大倍数 电流控制的电压源电流控制的电压源 (CCVS)ri1+_u2i2_u1i1+_r:转移电阻转移电阻 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电电流流无无关关，而受控源电压而受控源电压(或电流或电流)由控制量决定。由控制量决定。独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源是是反反映映电电路路中中某某处处的的电电压压或或电电流流对对另另一一处处的的电电压压或或电电流流的的控控制制关关系系，在在电路中不能作为电路中不能作为“激励激励”。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第四节 电路的基本定律一一.欧姆定律欧姆定律 通常流过电阻的电流与其两端的电压成正比，它是分析电路的通常流过电阻的电流与其两端的电压成正比，它是分析电路的基本定律之一。欧姆定律的表示基本定律之一。欧姆定律的表示：U与与I为非关联参考方向，欧姆定律的表示：为非关联参考方向，欧姆定律的表示：或二二.基尔霍夫定律基尔霍夫定律基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律（KCL）和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律（KVL）。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构构成成了了电电路路分分析析的基础。的基础。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路几个重要术语几个重要术语结点结点支路支路三个或三个以上电路元件的连接点。三个或三个以上电路元件的连接点。两个结点之间的每一段电路。两个结点之间的每一段电路。回路回路由电路元件组成由电路元件组成的闭合路径。的闭合路径。网孔网孔对对平面电路平面电路，其内，其内部不含任何支路的部不含任何支路的回路。回路。注意网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。123a.a.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点流流出出（或或流流入入）该该结点电流的代数和等于零。结点电流的代数和等于零。流进的电流等流进的电流等于流出的电流于流出的电流电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路令流出为令流出为“+”，有：，有：例例例例三式相加得：三式相加得：1 3 2表明 KCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。的任一闭合面。明确明确明确明确KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；与电路是线性还是非线性无关；KCL方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路b.b.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零数和恒等于零。标定各元件电压参考方向。标定各元件电压参考方向。选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。明确U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U1US1+U2+U3+U4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4U2+U3+U4+US4=U1+US1 电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路例例aUsb_-+U2U1求Uba？KVL也适用于电路中任一假想的回路。也适用于电路中任一假想的回路。注意明确KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律的实质反映了电路遵从能量守恒定律;KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第五节第五节 电路的工作状态电路的工作状态一一.电源有载工作电源有载工作 电路如图所示电路如图所示:当开关合上，接通电源与负载，这就是电源有当开关合上，接通电源与负载，这就是电源有载工作。其电压和电流的关系如下：载工作。其电压和电流的关系如下：负载电阻两端的电压负载电阻两端的电压:于是就有于是就有:可见，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电可见，电源端电压小于电动势，两者之差为电流通过电源内阻所产生的电压降。电流愈大，则电源端电压下降得愈多。压降。电流愈大，则电源端电压下降得愈多。表示电源端电压与输出电流表示电源端电压与输出电流之间关系的曲线，称为电源的外特性曲线。之间关系的曲线，称为电源的外特性曲线。由图可见，其斜率与电源内阻有关。电源内由图可见，其斜率与电源内阻有关。电源内阻一般很小。阻一般很小。当当R0R时，则：时，则：表明当电流（负载）变动时，电源的端电压变动表明当电流（负载）变动时，电源的端电压变动不大，这说明它带负载能力强。不大，这说明它带负载能力强。UE电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路二二.电源开路电源开路 电路如图所示，当开关断开时，电路如图所示，当开关断开时，电源则处于开路状态。电源则处于开路状态。电源开路时的特征电源开路时的特征可用式子表示：可用式子表示：三三.电源短路电源短路 电路如图所示，当电源的两端由电路如图所示，当电源的两端由于某种原因而联在一起时，电源于某种原因而联在一起时，电源则处于短路状态则处于短路状态。电源短路时的特征电源短路时的特征可用式子表示：可用式子表示：电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第六节第六节 支路电流法支路电流法以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。独立方程的列写步骤：独立方程的列写步骤：从电路的从电路的n个结点中任意选择（个结点中任意选择（n-1）个结点列写个结点列写KCL方程。方程。选择基本回路列写选择基本回路列写（b-（n-1）个个KVL方程。方程。对于有对于有n个结点、个结点、b条支路的电路，要求解支路电流条支路的电路，要求解支路电流,未知量共有未知量共有b个。只要列出个。只要列出b个独立的电路方程，便可以求解这个独立的电路方程，便可以求解这b个变量。个变量。例例 有有6个支路电流，需列写个支路电流，需列写6个方程。个方程。根据结点列根据结点列KCL方程方程:电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路取网孔为独立回路，沿顺时取网孔为独立回路，沿顺时针方向绕行列针方向绕行列KVL写方程写方程:回路回路1 1回路回路2 2回路回路3 3这一步可以这一步可以省去省去支路电流法的一般步骤：支路电流法的一般步骤：标定各支路电流（电压）的参考方向；标定各支路电流（电压）的参考方向；选定选定(n1)个结点个结点，列写其，列写其KCL方程；方程；选定选定b(n1)个独立回路，指定回路绕行方向，个独立回路，指定回路绕行方向，结合结合KVL和支路方程列写和支路方程列写求解上述方程，得到求解上述方程，得到b个支路电流；个支路电流；进一步计算支路电压和进行其它分析。进一步计算支路电压和进行其它分析。小结:支支路路法法列列写写的的方方程程数数较较多多，宜宜于于在在支支路路数数不多的情况下使用。不多的情况下使用。特点：特点：电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路例例例例1 1求各支路电流及各电压源发出的功率。求各支路电流及各电压源发出的功率。求各支路电流及各电压源发出的功率。求各支路电流及各电压源发出的功率。解解 n1=1个个KCL方程：方程：结点结点a：I1I2+I3=0 b(n1)=2个个KVL方程：方程：11I2+7I36=07I111I2+670=0U=US7I111I2=70611I2+7I3=6解得解得电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路例例例例2 2 2 2结点结点a：I1I2+I3=0（1）KCL方程方程：列写支路电流方程。列写支路电流方程。列写支路电流方程。列写支路电流方程。(含有理想电流源）含有理想电流源）含有理想电流源）含有理想电流源）解解1 1：（2）KVL方程：方程：11I2+7I3=U7I111I2=70-U增补方程增补方程：I2=6A设电流源电压设电流源电压解解2：由于由于I2已知，故只列写两个方程已知，故只列写两个方程结点结点a：I1+I3=6 避开电流源支路取回路：避开电流源支路取回路：7I17I3=70注意 本例说明对含有理想电流源的电路，列写支路电流方程有本例说明对含有理想电流源的电路，列写支路电流方程有本例说明对含有理想电流源的电路，列写支路电流方程有本例说明对含有理想电流源的电路，列写支路电流方程有两种方法两种方法，一是一是设电流源两端电压，把电流源看作电压源来列写方程，然后增补一设电流源两端电压，把电流源看作电压源来列写方程，然后增补一设电流源两端电压，把电流源看作电压源来列写方程，然后增补一设电流源两端电压，把电流源看作电压源来列写方程，然后增补一个方程，即令电流源所在支路电流等于电流源的电流即可。个方程，即令电流源所在支路电流等于电流源的电流即可。个方程，即令电流源所在支路电流等于电流源的电流即可。个方程，即令电流源所在支路电流等于电流源的电流即可。另一方法另一方法是是是是避开电流源所在支路例方程，把电流源所在支路的电流作为已知。避开电流源所在支路例方程，把电流源所在支路的电流作为已知。避开电流源所在支路例方程，把电流源所在支路的电流作为已知。避开电流源所在支路例方程，把电流源所在支路的电流作为已知。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第七节 叠加原理 在在线性电路线性电路中，当有两个或两个以上的独立电源共同作用时，则中，当有两个或两个以上的独立电源共同作用时，则任意支路的电流或电压，都可以看成是电路中各个电源单独作用而任意支路的电流或电压，都可以看成是电路中各个电源单独作用而其它电源不作用时，在该支路中产生的各电流或电压的代数和。其它电源不作用时，在该支路中产生的各电流或电压的代数和。1.1.线性电路线性电路由线性元件和电源元件组成的电路成为线性电路。由线性元件和电源元件组成的电路成为线性电路。线性性电路具有的性路具有的性质：当当电路中的激励（路中的激励（电压或或电流）增大流）增大 k 倍倍时，所引起的响，所引起的响应（电压或或电流）流）也随之增大也随之增大 k 倍，倍，这叫做叫做比例性或比例性或齐次性次性。当同当同时施加两个激励于施加两个激励于电路路时，所引起的响，所引起的响应是是单独施加独施加这两个激励于两个激励于电路路时所分所分别引起的响引起的响应之和，之和，这叫做叫做可可加性或叠加性加性或叠加性。2.2.叠加原理证明叠加原理证明设US、IS、R1、R2已知，求已知，求电流流 I1 和和 I2。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路由于只有两个未知电流，利用支路电流由于只有两个未知电流，利用支路电流法求解时只要列出两个方程式即可。法求解时只要列出两个方程式即可。对于结点对于结点a：网孔网孔abca：由上两式联立可解得：由上两式联立可解得：在理想在理想电压源源US单独作用独作用时，理想，理想电流源流源IS开路开路时，产生的生的电流流 和和 在理想在理想电压源源US短路短路时，理想，理想电流源流源IS单独作用独作用时，产生生的的电流流 和和电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路可见可见 同样，叠加原理也适用于电压，同样，叠加原理也适用于电压，由于由于=+在应用叠加原理时，应保持电路的结构不变，在进行最后叠加时，在应用叠加原理时，应保持电路的结构不变，在进行最后叠加时，还应注意各电流分量或电压分量的参考方向是否一致，若电流分还应注意各电流分量或电压分量的参考方向是否一致，若电流分量和电压分量的参考方向与总电流和总电压的参考方向一致，叠量和电压分量的参考方向与总电流和总电压的参考方向一致，叠加时前面取正号，不一致叠加时则取负号。加时前面取正号，不一致叠加时则取负号。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路应用叠加原理证明时应注意的几点应用叠加原理证明时应注意的几点（1 1）叠加原理只能用来计算线性电路的电流和电压，对非线性电）叠加原理只能用来计算线性电路的电流和电压，对非线性电路，叠加原理则不适用。路，叠加原理则不适用。（2 2）叠加时要注意电流分量和电压分量的参考方向，求其代数和。）叠加时要注意电流分量和电压分量的参考方向，求其代数和。（3 3）一个多电源的电路简化为几个单独电源的电路来进行计算时，）一个多电源的电路简化为几个单独电源的电路来进行计算时，所谓理想电压源不作用，就是电压源用短路代替；理想电流源不作所谓理想电压源不作用，就是电压源用短路代替；理想电流源不作用，就是电流源用开路代替。用，就是电流源用开路代替。（4 4）叠加的方式是任意的，可以一次使用一个独立源单独作用，）叠加的方式是任意的，可以一次使用一个独立源单独作用，也可以一次使用几个独立源同时作用。也可以一次使用几个独立源同时作用。（5 5）叠加原理只能用来分析和计算电流和电压，不能用叠加原理叠加原理只能用来分析和计算电流和电压，不能用叠加原理直接来计算功率。直接来计算功率。以电阻以电阻R2上消耗的功率为例，显然，上消耗的功率为例，显然，这是因为电流与功率不成正比，这是因为电流与功率不成正比，它们之间不是线性关系，而是平方关系。它们之间不是线性关系，而是平方关系。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路例例例例1 1：试应用叠加原理计算支路电流：试应用叠加原理计算支路电流：试应用叠加原理计算支路电流：试应用叠加原理计算支路电流 I I 和电流源的电压和电流源的电压和电流源的电压和电流源的电压 U U。解：（解：（1）先计算）先计算18V电压源单独作用时的电压源单独作用时的电流和电压，电路如图电流和电压，电路如图 （2 2）再计算）再计算6A电流源单独作用时的电流源单独作用时的电流和电压，电路如图电流和电压，电路如图 （3）两电源同时作用的电流和电压为电源分别作用时的叠加。）两电源同时作用的电流和电压为电源分别作用时的叠加。=+电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路例例例例2 2：试应用叠加原理，求电路中的电流：试应用叠加原理，求电路中的电流：试应用叠加原理，求电路中的电流：试应用叠加原理，求电路中的电流I I1 1、I I2 2及及及及3636电阻消耗的电阻消耗的电阻消耗的电阻消耗的电功率电功率电功率电功率P P。解解：（：（1）先计算）先计算90V电压源单独作用时电压源单独作用时的电流和电压，电路如图。的电流和电压，电路如图。（2）再计算再计算60V电压源单独作用时的电流和电压，电路如图电压源单独作用时的电流和电压，电路如图 （3）两电源同时作用的电流和电压为电源分别作用时的叠加。根）两电源同时作用的电流和电压为电源分别作用时的叠加。根据叠加原理可得：据叠加原理可得：电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路（4）36电阻消耗的电功率为电阻消耗的电功率为 应用叠加原理解题一般步骤应用叠加原理解题一般步骤（1）根据叠加原理将电路分解为单个电源作用的电路（电压源）根据叠加原理将电路分解为单个电源作用的电路（电压源被短路，电流源被开路），同时标出各支路电流分量的参考方向被短路，电流源被开路），同时标出各支路电流分量的参考方向或每个元件的电压分量的参考方向。或每个元件的电压分量的参考方向。（2）计算各电流分量或电压分量。一般先要对电路进行简化，然）计算各电流分量或电压分量。一般先要对电路进行简化，然后求出各电流分量和电压分量。后求出各电流分量和电压分量。（3）根据叠加原理，计算出支路电流或元件上电压的代数和。注）根据叠加原理，计算出支路电流或元件上电压的代数和。注意：分量的参考方向与原电路的参考方向相同取正号，参考方向意：分量的参考方向与原电路的参考方向相同取正号，参考方向相反取负号。相反取负号。36电阻消耗的电阻消耗的电功率为电功率为 多少多少？电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路第八节 等效电源定理戴维宁定理内容戴维宁定理内容 戴维宁定理指出：任何一个有源线性二端网络都可以用一个电戴维宁定理指出：任何一个有源线性二端网络都可以用一个电动势为动势为 E 的理想电压源和一个内阻的理想电压源和一个内阻 R0串联的电源来等效代替。串联的电源来等效代替。等效电源的电动势等效电源的电动势 E 就是有源二端网络的开路电压就是有源二端网络的开路电压 UOC，即将，即将负载断开后负载断开后a，b两端之间的电压。等效电源的内阻两端之间的电压。等效电源的内阻 R0等于有源二端等于有源二端网络中所有电源均为零（网络中所有电源均为零（将各个理想电压源短路，即其电动势为零；将各个理想电压源短路，即其电动势为零；将各个理想电流源开路，即其电流为零将各个理想电流源开路，即其电流为零）后所得到的无源网络）后所得到的无源网络a，b两端之间的等效电阻。两端之间的等效电阻。电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路戴维宁定理的证明戴维宁定理的证明根据替代定理将根据替代定理将负载网络负载网络N用理用理想电流源替代。想电流源替代。由叠加定理可以分为两部分：由叠加定理可以分为两部分：+叠加叠加所以有：所以有：其中其中u是是A内所有独立源共同作内所有独立源共同作用时在端口产生的开路电压，用时在端口产生的开路电压，u是仅由电流源作用在端口产是仅由电流源作用在端口产生的电压。生的电压。所以有：所以有：电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学电工学 第一章第一章第一章第一章 直流电路直流电路直流电路直流电路戴维宁定理的应用戴维宁定理的应用（1 1）开路电压）开路电压uoc 的计算的计算 戴戴维维宁宁等等效效电电路路中中电电压压源源电电压压等等于于将将外外电电路路断断开开时时的的开开路路电电压压uoc，电电压压源源方方向向与与所所求求开开路路电电压压方方向向有有关关。计计算算uoc的的方方法视电路形式选择前面学过的任意方法，使易于计算。法视电路形式选择前面学过的任意方法，使易于计算。（2 2）等效电阻的计算）等效电阻的计算 等等效效电电阻阻是是将将一一端端口口网网络络内内部部独独立立电电源源全全部部置置零零(电电压压源源短短路路，电电流流源源开开路路)后后，所所得得无无源源一一端端口口网网络络的的输输入入电电阻阻。常常用用下列方法计算：下列方法计算：当网络内部不含有受控源时可采用电阻串并联和当网络内部不含