第1章 电路分析基础教案zg.docx

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第1章电路分析基础教案zg

授课时间

授课地点

实到人数

授课题目

电路分析基础（4－6学时）

授课专业

班级

教学要求

掌握：

电路的组成、电路的基本性质、电路的基本物理定律（欧姆定律、基尔霍夫定律、戴维宁定律），电路中的电位及其计算。

学会分析、计算电路的几种方法；建立电压源和电流源的概念。

主

要

内

容

本讲内容：

电路的作用、组成部分及电路的模型；电路的基本物理量－电流和电压（电动势）的定义及其方向；电路的状态――有载工作状态、开路和短路；电路的基本定律――欧姆定律、基尔霍夫定律；电路中电位的概念。

电阻串并联接的等效变换；电压源与电流源及其等效变换；支路电流法、叠加原理、戴维南定理和诺顿定理。

重点与难点

电路的三种状态和电路的基本定律（欧姆定律基尔霍夫定律）。

支路电流法、节点电压法；叠加原理、戴维南定理。

教学方法

手段（教具）

多媒体教学

参考资料

电工学教材

课后作业与

思考题

练习：

书上的思考题

作业：

教学后记

第1章电路分析基础

1．1电路的基本概念

1．1．1电路的组成/电路元件/电路模型

1、电路：

电流的通路称为电路。

连续电流的通路必须是闭合的。

思考：

下面的图1.1所示电路中的电阻R有电流没?

2、组成：

电路由电源、负载及中间环节三部分组成。

电源：

提供电能的设备，将其他形式的能量（机械能、化学能等）转换成为电能的设备。

直流电源有干电池、蓄（xu）电池、直流发电机、整流电源等。

交流电源一般由交流网提供的，一般为交流发电机。

负载：

将电能转换成其他能量的设备或者说是消耗或吸收电能的设备。

例如：

电灯将电能转换成光能，电炉将电能转换成为热能，电动机将电能转换成机械能。

所以电灯、电炉和电动机等都是电路中的负载。

中间环节：

在电源和负载之间用来传输、分配、控制和检测电路的设备。

（如开关/导线等）

3、电路的作用：

一类是电力电路，实现电能的传输和转换作用；另一类是信号电路，实现信号的传输和处理等（例如：

语言/图象/温度等），在这种电路中，一般所关心的是信号传递和处理的质量，要求不失真、速度快等。

4、电路元件：

电路中的电源、负载等器件都是电路元件。

5、电路模型：

由理想元件组成的电路叫做电路模型。

1．1．2电路的主要物理量及其参考方向

1、电流（I）：

电荷的定向运动形成电流。

电流的大小称为电流强度（简称电流，符号为I），是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过一库仑的电量称为一「安培」（A）。

安培是国际单位制中所有电性的基本单位。

除了A，常用的单位有毫安（mA）及微安（μA）换算为1A=1000mA1mA=1000μA。

电流的大小：

i=dq/dt

电流的种类：

⑴直流：

方向不变的电流。

包括恒定电流和时变电流。

恒定电流：

I=Q/t，大小和方向均不变。

时变电流：

i=dq/dt,大小可变，方向不变。

⑵交变电流（交流）：

i=dq/dt，大小和方向均随时间而变化。

⑶脉冲电流：

持续时间很短的电流。

电流的方向：

⑴实际方向：

正电荷运动的方向。

⑵参考方向：

任意规定的方向。

当参考方向与实际方向相同时，数值为正；当参考方向与实际方向相反时，数值为负。

2、电压：

两点间电位之差称为电压。

其单位是福特。

也叫电位差，电势差。

电压大小是绝对的。

3、电动势e（E）：

局外力将单位正电荷由低电位点移动到高电位点所作的功。

3、电功率：

单位时间内电流所作的功。

电功率简称功率，用P表示，单位为瓦。

计算直流电功率的公式为：

P=UI

4、电能：

电能是一种储备能量，而电功则是电器等消耗电能所作的功耗。

1．1．3电路的工作状态

电路有三种工作状态：

通路、开路和短路。

1、通路（有载状态）：

通路就是接通电路。

当开关闭合，电源与负载接通，即电路处于有载工作状态。

见教材P3图1－4所示。

电路接通后的电流用I表示，其大小可用全电路欧姆定律计算机，即电路中的电流为：

I=E/（R0+R）。

可见，电流的数值与电路中的电动势成正比，与总的电阻值成反比。

2、开路工作状态：

开路就是将电路断开（空载状态）；电源的端电压（称为开路电压或空载电压U0）等于电源的电动势，电源不输出电能。

开路的特点：

I=0;U=U0=Us;P=0

3、短路工作状态：

当电源两端由于某种原因而联在一起时，称电源被短路。

短路时，可将电源外电阻视为零，电流有捷径流过而不通过负载。

由于R0很小，所以此时电流很大，称之为短路电流Is。

短路的特点：

IR=0;

;P=P=I2R0;

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

基尔霍夫定律有第一定律和第二定律。

第一定律应用于结点上的电流分配，故又称为电流定律（KCL）；第二定律应用于回路中的电压分配，故又称为电压定律（KVL）。

基尔霍夫定律是分析电路的基本定律。

一、基尔霍夫第一定律

1、基本概念

（1）支路：

电路中每一个分支。

（2）结点：

指三个或三个以上支路的连接点。

（3）回路：

按任意路径闭合的电路。

2、基尔霍夫电流定律―――应用于节点

在任一瞬间，流入某节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。

或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为0。

3、基尔霍夫电压定律―――应用于回路

对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电压的代数和为0。

或者，电位降等于电位升。

1．2．3电路中电位的分析

1、电位的概念

2、电位和电压的区别

1．3电阻的串联和并联

1、串联的概念：

将几个电阻顺序相接，其中没有分岔，这样的连接方式为串联。

2、串联的特征：

每个电阻中通过相同的电流。

3、串联的等效电路：

4、电阻的并联：

将几个电阻并排连接，使之接受相同的电压，这种接法称为并联。

并联后总电流为各支路电流之和。

5、并联的等效电路：

1．4支路电流法

1、概念

（1）简单电路：

能用电阻的串联、并联及其等效电路结合欧姆定律计算的电路为简单电路。

（2）复杂电路：

指多回路的电路，这种电路不能用串联或并联的方法简化成为单回路的简单电路。

（3）计算复杂电路的主要内容就是已知激励要求求响应

激励：

电压源的电压或电流源的电流称为激励，在它们的推动下电路工作。

响应：

在激励的作用下，电路中各部分产生的电压、电流统称为响应。

2、支路电流法的要点

以支路电流为未知数，然后根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律分别列写出节点电流方程和回路电压方程，然后联立求解。

3、支路电流法的关键：

足够数目的独立方程。

4、支路电流法解题步骤

（1）审题a）2个支点b）3条支路（左右两个网孔），列出3个独立的方程才能求解。

（2）为列写KCL/KVL方程，必须选定所求电量的正方向。

（3）按KCL列写出节点电流方程

节点a：

I1+I2=I3

节点b：

I3=I1+I2

节点a,b是同一方程，其只有一个独立方程。

（4）按KVL，列写回路电压方程（按顺时针方向旋转），电压压降等于电动势。

回路1：

U1=I1R1+I3R3

回路2：

U2=I2R2+I3R3

回路3：

U1-U2=I1R1-I2R2

其只有2个独立方程

（5）联立求解

小结：

设：

电路中有N个结点，B个支路；则独立的结点电流方程有（N-1）个

独立的回路（网孔）电压方程有（B-N+1）个。

1．5叠加原理

1、概念

在多个电源同时作用的线性电路中，任何一条支路的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。

2、叠加原理

“恒压源不起作用”或“令Us等于0”，就是将此恒压源去掉，代之以导线连接，即短路。

3、注意事项

①叠加原理只适用于线性电路。

②线性电路的电流或电压均可用叠加原理计算，但功率P不能用叠加原理计算。

例：

③电源不作用时的处理：

恒压源不作用US=0，即将US短路；

恒流源不作用Is=0，即将Is开路。

④解题时要标明各支路电流、电压的参考方向。

若分电流、分电压与原电路中电流、电压的参考方向相反时，叠加时相应项前要带负号。

1．6电压源、电流源及其等效变换

1、电压源模型――由电压源串联一个电阻构成。

R0称为电源的内阻。

U=US–IRO

当R0=0时，电压源模型就变成恒压源模型。

2、理想电压源（恒压源）

特点：

（1）无论负载电阻如何变化，输出电压不变,其值恒等于源电压US；

（2）输出电流由外电路决定；

例：

恒压源输出电流由外电路决定

设:

US=10V

当只接入R1时，I＝5

当R1、R2同时接入时，I=10

3、电流源模型―――由一个电流源并联一个电阻构成。

I=IS–Uab/R0

当内阻R0=时，电流源模型就变成恒流源模型。

4、理想电流源（恒流源）

特点：

（1）输出电流不变，其值恒等于电流源的电激流IS；

（2）输出电压由外电路决定。

例：

恒流源两端电压由外电路决定

设:

IS=1A

则：

R=1时，U=1V

R=10时，U=10V

5、两种电源的等效互换

等效互换的条件：

当接有同样的负载时，对外的电压电流相等。

即I=I'Uab=Uab'

等效互换的注意事项：

（1）“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安特性一致）。

（2）注意转换前后US与Is的方向

（3）恒压源和恒流源不能等效互换

（4）与恒压源并联的任何元件或支路对外电路不起作用；与恒流源串联的任何元件或支路

对外电路不起作用。

（5）求恒压源和恒流源的功率时，必须从原始电路求。

（6）利用电源等效变换可以将复杂电路简单化。

例题：

1．7等效电源定理的概念

1、有源二端网络用电源模型替代，称为等效电源定理。

2、有源二端网络用电压源模型替代：

戴维南定理

有源二端网络用电流源模型替代：

诺顿定理

3、戴维南定理

（1）任何一个有源二端线性网络都可以用一个等效电压源来代替。

（2）等效电源的源电压US就是有源二端网络的开路电压U0，即将负载断开后a、b两端之间的电压。

（3）等效电源的内阻R0等于有源二端网络中所有电源均去掉（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络a、b两端之间的等效电阻。

如图：

本章小结：

1、基本概念

电流、电压、电动势、电功率、电能、电位、参考点、实际方向与参考方向、电源与负载的判断、电压源与电流源等效变换、有源二端网络的开路电压与短路电流、无源二端网络的等效电阻等。

2、基本定律

欧姆定律、基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律

4、基本分析方法

（1）利用电源等效变换，将复杂电路简单化。

（2）支路电流法（适于支路数较少的电路）

（3）节点电压法（适于支路多、只有两个节点的电路）

（4）叠加原理（适于电源数较少的电路）

（5）戴维南定理（适于求复杂电路中某一支路的电流）

（6）诺顿定理

作业：

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