第三章：复杂直流电路

第三章：复杂直流电路 第三章:复杂直流电路 考纲要求: 1(理解支路，节点和回路的概念 2(掌握基尔霍夫定律 3(运用基尔霍夫定律进行计算 4(注意电流电压的参考方向和实际方向的区别 知识点综述: 基尔霍夫第一定律 1课时: 一(基本概念: 1(简单电路: 能够用串联和并联电路的规律简化成单回路电路的电路叫简单电路。 2(复杂电路: 不能运用串联和并联电路的规律将它简化成单回路电路的电路叫简单电路。 3(支路: 由一个或几个元件首尾相接构成的无分支电路称为支路;在同一支路内，通过所有元件的电流为同一电流。 4(有源支路和无源支路: 含有电源的支路称为有源支路;不含有电源的支路称为无源支路。 5(节点:三条或三条以上支路的交汇点(会聚点);因此，电路中任意两个节点之间的路径称为支路。 6(回路:电路中任一闭合的路径叫回路。 7(网孔: 是平面电路中的一种特殊回路，即在该回路内，不包含有支路的回路。 8(二端网络: 电路也称网络，一般称复杂电路为网络;如果网络具有两个引出端与电路相连，不管内部结构如何，这样的网络就叫二端网络。 由若干电阻组成的无源二端网络可以等效成一个电阻，这样的电阻称为该电路的输入电阻。 一个有源二端网络两端之间的电压，称为开路电压。 二(基尔霍夫定律: 1(节点电流定律:(基尔霍夫第一定律，或叫KCL定律) 1)内容:电路中任意一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和，等于流出节点的电流之和。 2)表达式形式: ?第一种表达式形式:I, I (“”定义为算术和) 入出,,, 即:电路中，任意一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和(取正值)， 等于流出节点的电流之和(取正值)。 ?第二种表达形式:I,0 (“”定义为代数和) ,, 即:任一瞬间流入(取正值)与流出(取负值)电路中任一节点的电流的代 数和恒等于零 基尔霍夫第二定律 2课时: 教学要求: 掌握该定律的基本内容 重点及难点: 应用该定律解复杂电路，IR及E的正负确定 要点综述: 一(基尔霍夫第二定律: 1(内容: 在任一一个闭合回路中，各段电压的代数和等于零。 2(表达式形式: 1)第一种表达式形式: U=0(“”定义为代数和) ,, (1)可叙述为:任一瞬间，沿任一闭合回路，沿绕行方向各部分电压的代数和 为零。 (2)电阻电压及电动势正负的确定: ?电阻电压的正负:电阻上电流的方向与绕行方向一致时，其电压取正;否 则，取负。 ?电动势的正负:沿绕行方向上，E上遇正取正，遇负取负 2)第二种表达式形式: IR=E(“”定义为代数和) ,,, (1)可叙述为:任一瞬间，任一闭合回路沿绕行方向各段电阻上电压的代数和 等于各电源电动势的代数和。 (2)电阻电压及电动势正负的确定: ?电阻电压的正负:电阻上电流的方向与绕行方向一致时，其电压取正;否 则，取负。 ?电动势的正负:沿绕行方向上，(E上遇正取负，遇负取正)E的方向与绕 行方向一致时，取正;否则取负。 3(说明: 1)基尔霍夫第二定律是进行电路分析和计算的普遍适用的最基本的定律。它适 用于: 简单电路，复杂电路 线性电路，非线性电路 直流电路，交流电路 2)KCL ?是电荷守恒的原理(电荷既不能产生，又不能被消灭，只能从一个物体上转 移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分)和电流连续性原理(电 荷既不能被产生，也不能积累，流过导体横截面上的电流必然处处相等)的体 现， ?不仅适用于电路的节点，还能扩大到一个闭合面;一个大的用电系统也可 认为是一个节点。 3)KVL ?是能量守恒规律(它表示电荷从一个节点经过闭合路径回到原来的节点所 获得的电能等于所失去的电能)一种体现。 ?不仅适用于有节点和支路组成的闭合回路，也适用于未闭合的假想回路 基尔霍夫定律的应用 3课时: 教学要求: 掌握该定律的基本应用:应用该定律分析和计算复杂电路。 重点及难点: 支路电流法，回路电流法，IR及E的正负确定。 要点综述: 一(支路电流法: 1(内容:以支路电流为未知量，应用基尔霍夫二个定律列出联立方程，求出未 知电流的方法。 2(步骤: 设电路有,条支路，,个节点 1)设定各支路电流(,个未知量)并在图上标明参考方向。 2)按KCL定律，列出(,,1)个节点电流方程。 3)指定回路的绕行方向，按KVL定律列出(,,,，1)个回路电压方程， 一般选取网孔作为回路。 4)解联立方程组，并确定各支路电流方向。 5)检查计算结果:一般宜用上列方程未用过的节点或回路;运用I,0或, U,0进行校验，或功率平衡来检验。 , 3(例题:(见P) 41 „„ 计算出的I有正有负: 计算结果为正时，说明其方向和假设方向相同; 计算结果为负时，说明其方向和假设方向相反。 二(回路电流法: 网孔电流法是回路电流法比较简便的一种;它取网孔作为回路，故称网孔电 流法;是KVL定律的具体应用。 1(内容:以回路电流为未知量，应用基尔霍夫第二定律列出联立方程，求出未 知电流的方法。 2(步骤: 1)在电路的各网孔中标出假想的网孔电流(如I、I、I等)，这些网孔电流,,; 最好同是顺时针方向或同是逆时针方向，这有助于相邻网孔电流造成的互阻压降为负，好计算。 2)应用KVL定律列回路电压方程，以网孔电流方向为回路计算方向，先列出自身电阻压降，(即为正值的自阻压降)，再列出相邻网孔电流在公用电阻上的互阻压降;最后列出孔内存在的独立电压源电压。 3(公式: E,IR?IR ,,,,,,, ,IR?IR E,,,,,,, 3)E及IR正负的确定: ?E的正负确定: E的方向与回路电流方向一致时，E取正;否则，取负。 ?R、R分别是,回路、,回路中所有电阻之和，称为自阻，一律取正; ,, R是相邻两个回路的公共电阻，称为公阻，当I、I在其上的方向一致时，,,,, 取正;否则取负。 4(举例(略) „„ 叠加定理 4课时: 教学要求: 掌握该定律的基本应用:应用该定律分析和计算复杂电路。 重点及难点: 1(单个电源作用时，其它电源的处理方法。 2(只在线性电路中进行叠加，如电压、电流，功率是不能进行的 要点综述: 一(内容: 1(由线性电阻和多个电源组成的线性电路中，任何一个支路的电流或电压等于各个电源单独作用时，在此支路中产生的电流或电压的代数和。 2(应用范围:是线性电路的一种分析方法，只能用来计算电流或电压，不能用来计算功率，因为功率是与电流的平方成正比， 3(其方法是: 当某个电源单独作用时，其余的电源均作置零处理:就是将电压源短路，电流源开路，并保留其内阻。 二(应用叠加定理，解题的一般步骤: 1(分别作出由单个电源作用分图，而其余的电源只保留其内阻，(即对恒压源在该处用短线替代;对恒流源在该处用开路替代)。 2(按电阻串、并联的方法计算方法，分别计算出分图中每一支路的电流或电压的大小和方向。 3(求出各电源在各个支路中产生的电流或电压的代数和，就是各电源共同作用 时，在各支路中产生的电流或电压，在求和时应注意各电流或电压的正负(方 向) 三(例题(P) 42 题略„„ 的方向均向上，且E,E,17V，R,2Ω，R,1Ω，R,5Ω，应用(E、E1212123 该定理求出各支路的电流) 解: 1)E单独作用时，分图(略) 1 E171,/ IA,6A 1RR2，1，523R，11，5R，R23 R5//3I I==×6A,5A 12R，R632 ///I,I，I,(6,5)A,1A 312)2)E单独作用时，分图(略) 2 E17//2, I,A,7A 2RR2，5121，R，22，5R，R12 R5////3 I, I,×7A,5A 12R，R713 ////// I, I, I,(7,5)A,2A 321 3)将各支路电流叠加起来(即求出代数和) /// I,I,I,1A 111/// I,I,I,2A 222/// I,I，I,3A 333 练习作业:P 7、8题 50 戴维宁定理 5课时: 教学要求: 掌握该定律的实质是等效电源定理。 重点及难点: (该定理的基本内容。 1 2(等效方法 要点综述: 一(定理内容: 1(任何线性有源二端网络，对外电路来说，都可用一个等效电压源来替代，该 电压源的电动势E等于二端网络的开路电压，其内阻等于二端网络所有电源0 不起作用，仅保留其内阻时网络的等效电阻。 2(应用范围: 适用于有源线性二端网络，计算某一去路的电流或电压很方便，而且当负载 负载是非线性元件时,求解也极为方便。 发生变化时,或当 二,应用戴维宁定理的一般步骤: 1(把电路分成待求支路和有源二端网络两部分 2(把待求支路移开，求出有源支路的开路电压U ,,3(将网络内所有电源不起作用，仅保留其内阻，求出这时网络二端网络的等效 电阻R ,, 4(画出有源二端网络的等效电路，并在等效电路中，接入待求支路，，再应用欧 姆定律，求出待求支路的电流 E0 I, ,,R0 二(注意:替代有源二端网络时的电源极性，应与开路时电压的极性一致 三(例题与练习:P 44 题略„„ 两种电源模型的等效变换 6课时: 教学要求: 1(了解两种电源模型 2(理解和掌握电源变换内容和条件 重点和难点: 两种电源变换过程极步骤 要点综述: 一(有关概念: 1(等效变换: 当两个网络对外具有相同的电压、电流关系(伏安特性)时，称这两个 网络等效; 两个等效网络总可以作一个去替换另一个，这种替换称等效变换 2(电压源: 为电路提供一定电压的电源称为电压源 1)(理想电压源(恒压源): 把内阻,,0的电压源称为理想电压源，简称恒压源。 图示: + E - (1)它具有两个特点: ?其输出电压恒定不变 ?其输出电流是任意的，且取决于负载电阻的大小 (2)注意: 理想电压源不允许短路，否则电源输出的电流将会变为无穷大。 在实际中，理想电压源实际上并不存在;在实际应用中，稳压电源、新电池 或内阻,远小于负载电阻R时的电源均可看作是理想的电压源。 2)(实际电压源(简称电压源): (1)一个实际的电压源可以用一个恒压源E和一个内阻,的串联组合来表示 0(2)图示: + E - 3(电流源: 为电路提供一定电流的电源称为理想电流源，简称恒流源。 1)(理想电流源(恒流源): 把内阻,,?的电压源称为理想电流源，简称恒压源。 图示: + IS - (1)它具有两个特点: ?其输出电流恒定不变 ?其输出电压是任意的，且取决于负载电阻的大小 )注意: (2 理想电压源不允许开路，否则电源输出的电压将会变为无穷大。 在实际中，理想电流源实际上并不存在;在实际应用中，光电池、晶体管一 类的器件其工作特性比较接近理想的电流源。 2)(实际电流源(简称电流源): (1)一个实际的电流源可以用一个恒流源I和一个内阻,的并联组合来表示 S0 (2)图示: + ISrS - 二(两种电源等效变换: 1(变换: 对于外电路来说，如果电源的外特性相同，则电压源与电流源可以相互 变换，即实际电源用电压源或电流源来表示是一样的 2(变换条件: ,,, 0S EI, 或E,I?,SSS ,0 3(等效变换的注意问题: 1)(两种电源的等效变换只对外电路等效，两种电源的内部并不等效，如空 载时，电压源内部无电流而无损耗，而电流源内阻上有损耗: 2P,I,损SS 2)(恒压源与恒流源不能等效变换，它们不满足,,,条件，由于:,,0S0 0，,,?，代换后，E和I均为无穷大，在实际中并不存在。 SS 3)(作为电源的电压源和电流源，它们的E和I的方向是一致的，即电压 S 源的正极与电流源输出电流的一端相对应。