简明电工学课件：含电阻元件的直流电路分析.pptx

含电阻元件的直流电路分析;

电源的电压或电流称为激励(有时称为输入),激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应(有时称为输出),电路分析讨论的就是激励和响应之间的关系。学习完电路的基本概念和基本定律,自然要对包含电阻元件的多电源直流电路进行分析。本模块主要学习支路电流法、叠加原理和等效电源法,这些分析方法也适用于其他电路。;

能力要素

(1)掌握电路的电阻等效变换和电源合并方法。

(2)能够应用支路电流法对多电源电路进行电压和电流求解。

(3)能够应用叠加原理对多电源电路进行电压和电流求解。

(4)能够应用戴维南定理和诺顿定理对多电源电路进行电压和电流求解。;

知识结构;

2.1电路立体思维;

将图2.1.1(a)所示电路中的结点进行移动,可等效为图(b),称之为完全等效;当等效为图(c)或图(d)时,已改变了“结点移动部分”电路,但不影响整体电路的电阻求解,称之为整体等效。;;

【例2.1.1】求解图2.1.2所示电路的等效电阻Rab。;;;;

2.1.2元件空间交换

1.串联

电路元件串联时,位置可互换,互换前后的电路对于外电路而言是等效的。图2.1.5(a)所示为串联电路。R和US2位置互换后变为(b)图,进而可等效为(c)图。;;

2.并联

电路元件并联时,位置可互换。同样,互换前后的电路对于外电路而言是等效的。图2.1.6(a)所示为并联电路,IS2和R1位置互换后变为(b)图,进而可等效为(c)图。;;

2.2支路电流法;;;

待求支路电流个数用x表示,有效结点数用n表示。由上可知:求解的未知数,即待求支路电流个数x=5;有效结点数n=3(总结点数是4)。由KCL得到n-1=2个独立方程,余下的x-(n-1)=3个独立方程由KVL得到。

因此,支路电流法的解题步骤如下:

(1)在图中标出各支路电流的参考方向,对选定的回路标出回路循行方向;

(2)应用KCL对结点列出(n-1)个独立的结点电流方程;

(3)应用KVL对回路列出x-(n-1)个独立的回路电压方程;

(4)联立求解x个方程,得到各支路电流。;

【例2.2.1】电路如图2.2.2所示,求解各支路电流。;;

2.3叠加原理;

??图2.3.1(a)中I1和I2可认为分别由一个理想电压源和一个理想电流源共同激励产生,因此可拆分为(b)图和(c)图。其中,(b)图由理想电压源单独激励,(c)图由理想电流源单独激励,则;;;

【例2.3.1】电路如图2.3.2所示,已知E=10V,IS=1A,R1=10Ω,R2=R3=5Ω,试用叠加原理求解I和US。;;;

【专2.1】当有三个以上电源时,叠加原理如何拆分电路?是否必须要拆分为三个以上电路?

【练2.1】电路如图1所示,IS=10A,E=30V,R1=5Ω,R2=4Ω,R3=3Ω,R4=6Ω,试用支路电流法和叠加原理求电流I。

【练2.2】电路如图2所示,已知:US1=4V,US2=10V,US3=8V,R1=R2=4Ω,R3=10Ω,R4=8Ω,R5=20Ω。试用叠加原理求电流I。

【练2.3】电路如图3所示,已知US1=6V,US2=5V,IS=5A,R1=2Ω,R2=1Ω。试用叠加原理求电流I。;;;;

2.4戴维南定理与诺顿定理;;

如图2.4.2所示,虚线框中为有源二端网络。显然,R3上的电流为一个确定值,因此有源二端网络可以化简为一个等效电源给R3供电。在等效电源的激励下,R3上的电压和电流保持原值。;;

2.4.2戴维南定理

任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电压源来等效代替,如图2.4.3所示。;;

戴维南定理解题步骤如下:

(1)在原电路基础上去除待求支路,形成有源二端网络;

(2)求解有源二端网络开路电压U0,则E=U0;

(3)有源二端网络除源后形成无源二端网络,求解其等效电阻R0;

(4)将等效电压源与待求支路合为简单电路求解。;

【例2.4.1】电路如图2.4.4所示,已知E1=40V,E2=20V,R1=R2=4Ω,R3=13Ω。试用戴维南定理求电流I。;;;

2.4.3诺顿定理

任何一个有源二端线性网络都可以用一个电流为IS的理想电流源和内阻R0并联的电流源来等效代替,如图2.4.6所示。;

诺顿定理解题步骤如下:

(1)在原电路基础上去除待求支路,形成有源二端网络;

(2)求解有源二端网络“二端”短接后的短路电流IS;

(3)有源二端网