完整word版第1章教案电路分析基础docWord格式.docx
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教学内容
一、实际电路与电路模型
1、实际电路的组成和作用
2、电路模型:
3、常用的理想元件:
二、电路分析中的若干规定
1、电路参数与变量的文字符号与单位
2、电路变量的参考方向
变量参考方向又称正方向,为求解变量的实际方向无法预先确定的复杂电
路,人为任意设定的电路变量的方向,如图(b)所示。
参考方向标示的方法:
①箭头标示;
②极性标示;
③双下标标示。
注意:
①参考方向的设定对电路分析没有影响;
②电路分析必须设定参考方向;
③按设定的参考方向求解出变量的值为正,说明实际方向和参考方向相同,为负则
相反。
2
关联参考方向和非关联参考方向的概念:
一个元件或一段电路上,电流与电压的参考方向一致时称为关联参考方向,反之为非关
联参考方向。
3、功率
规定:
吸收功率为正,发出功率为负。
在此规定下,元件的功率计算在电压、电流取关联和非关联参考方向时具有不同形
式。
关联参考方向时:
P=UI·
非关联参考方向时:
P=–U·
I
根据能量守恒定律,任一电路在任一瞬时所有电源发出的功率的总和等于所有负载
吸收功率的总和;
或所有元件瞬时功率的代数和为零,
∑P发出=∑P吸收,或∑P=0
称为功率平衡方程式,常用于验证电路分析结果的正确与否。
三、电路中的电位和电压
电力工程中规定大地为电位参考点,在电子电路中常取机壳或公共地线的电位为
零,称之为“地”,在电路图中用符号“”表示。
电路中电位的大小、极性和参考点的选择有关。
原则上,参考点可以任意选择。
参
考点不同时,各点的电位值就不一样。
电压是两点间的电位之差,具有绝对的意义,与参考点的选择毫无关系。
1.2电路的基本元件
教学时数1.5学时
本节重点1、理想电路元件的伏安特性
2、电压源与电流源的等效变换
3
本节难点电源等效变换在电路分析中的应用。
教学方法针对电容、电感伏安特性和储能的相似性,对比讲解帮助学生理
解和记忆,举例说明电源等效变换的方法及其注意事项。
教学手段传统教学手段与电子课件有机结合。
一、理想线性电阻元件
电阻是反映将电能不可逆地转换为其它形式能量性质的理想化元件,如白炽灯、电
炉丝等均可理想为电阻。
1、伏安特性:
2、电阻的功率:
二、理想线性电感元件
凡是具有电流建立磁场,能储存磁场能量性质的元件用电感表示,如线圈、
日光灯镇流器等。
1、伏安特性:
i
+-
ueLL
-+
电流流过电感元件产生的磁通为Φ,电感元件匝数为N,则磁通匝链数链Ψ=NΦ,
元件的电感(自感系数、电感系数)定义为L
线性电感L为常数。
Ψ单位Wb,i单位A,则电感的单
位H。
电感单位常用mH,1H=103mH。
根据电磁感应定律,电感中产生的感应电动势
d
di
eL
L
dt
如图示变量取关联参考方向时,电感两端的感应电压u
eLL
上式为电感的伏安特性。
在任一瞬时,感应电压与电流的时变率成正比。
对于直流
电流,感应电压u=0,即电感元件对直流而言相当于短路。
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2、电感的能量
+
三、理想线性电容元件
C
u
-
具有存储电荷性质的元件用电容表示。
1、伏安特性
电容两端加电压u,电容器充满电荷,其带电量为q,电容元件的电容定义为
q
电量的单位取C,电压单位取V,则电容单位为F。
常用单位μF和PF,1F=106μF=1012pF。
线性电容元件的电容C为常数。
当电压变化时,电容的电量也随之变化。
根据电流的
定义i
dq
Cdu
上式为电容的伏安特性,表明电容两端导线中的电流在任一瞬时与其两端电压的时
变率成正比。
对于直流电压,电容电流i=0。
即电容元件对直流而言相当于开路。
2、电容的能量
理想电容是以电场形式储能的元件,不耗能。
电容两端电压为u时,其储存的能量
WC
Cu2
电容任一时刻储能多少,取决于该时刻电压的大小。
电容能量的储存与释放的过程
是电能与电能的转换过程,是电容与电源能量的互换过程。
四、独立电源元件
在电路中能独立提供电能的元件称为独立电源。
1、理想电源
有恒压源(理想电压源)和恒流源(理想电流源)之分。
(1)恒压源
(2)恒流源
2、实际电源的模型
5
实际电源有内电阻,用理想电源元件和理想电阻元件的组合,表征实际电源的特性。
(1)电压源模型
①图形符号:
恒压源Us与内电阻
Ro串联组合如图(a)。
②外特性:
电压源输出电压与输出
a
U
开路US
Ro
RL
US
O
短路US
b
电流的关系为
UUSIRo
当电源开路时,I=0,输出电压U=Us;
(a)
(b)
当电源短路时,U=0,输出电流I=Us/Ro;
当Ro→0时,U→Us,电压源→恒压源,其外特性曲线如图(b)。
(2)电流源模型
恒流源Is与内电阻
Ro并联组合如图(c)。
电流源输出电流与输出
电压的关系为IIS
开路ISR0
ISRoURL
短路IS
当电源开路时,I=0,输出电压U=IsRo·
;
(c)(d)
当电源短路时,U=0,输出电流I=Is;
当Ro→∞时,I→Is,电流源→恒流源。
其外特性曲线如图(d)。
(3)电压源和电流源的等效变换
一个实际电源可建立电压源和电流源两种电源模型,对同一负载而言这两种模型应
具有相同的外特性,即有相同的输出电压和输出电流,根据电压源和电流源的外特性表
达式样可得:
IS
US
或
USISR
R
即两种电源模型对外电路而言是等效的,可以互相变换,注意:
6
①变换时,恒压源与恒流源的极性保持一致;
②等效关系仅对外电路而言,在电源内部一般不等效;
③恒压源与恒流源之间不能等效变换。
应用电源的等效变换化简电源电路时,还需用到以下概念和技巧:
①与电压源串联的电阻或与电流源并联的电阻可视为电源内阻处理。
②与恒压源并联的元件和与恒流源串联的元件对外电路无影响,分别作开路和短路
处理。
③两个以上的恒压源串联时,可求代数和,合并为一个恒压源;
两个以上的恒流源
并联时,可求代数和,合并为一个恒流源。
1.3基尔霍夫定律
本节重点基尔霍夫定律和定律的推广,定律的应用——节点电压法(弥
尔曼定理)
教学方法结合实例,讲清难点。
教学手段传统教学手段与电子课件相结合
教学内容基尔霍夫定律包括节点电流定律(KCL)和回路电压定律(KVL),
是电路分析的最基本定律。
解释几个与定律有关的名词术语,以图(a)为例。
节点:
三个或三个以上元件的联接点。
图中有a、b、c、d四个节点。
支路:
联接两个节点之间的电路。
共六条支路,每条支路有一个支路电流。
回路:
电路中任一闭合路径。
I6US3
I1R1
R2
I2
c
I4
I3
I5
US2
US1
R3
7
网孔:
内部不含支路的单孔回路。
图中有三个网孔回路,并标出了网孔的绕
行方向。
电路中的节点数,支路数和网孔
数满足下式:
网孔数=支路数-节点数+1(a)
一、KCL
1、定律表述
任一瞬时流入某一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和,即:
∑I入=∑I出移项∑I入-∑I出=0,则∑I=0
即任一瞬时任一节点上电流的代数和等于零。
习惯上流入节点的电流取正号,流出
节点的电流取负号。
图(a)中节点b据KCL有I1-I2-I3=0
I1
2、定律的推广
KCL不仅适用于节点,也适用于任一闭合面,又
称为广义节点。
如图(b)方框表示一个复杂电路,有多个出线端,每条
出线端中电流分别为I1、I2和I3,可应用KCLI1+I2-I3=0
(b)
二、KVL
又称基尔霍夫第二定律
任一瞬时沿任一闭合回路绕行一周,沿该方向各元件上电压升之和等于电压降之
和。
即∑U升=∑U降移项:
∑U升-∑U降=0,可表示为∑U=0
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即任一瞬时沿任一闭合回路绕行一周,沿绕行方向各部分电压的代数和为零。
如(a)
IR
A
图中1网孔的KCL方程为∑U=Us1-I1R1-I3R3=0
UABUS
B
KVL的应用可以推广到开口回路。
如图(c)
电路假想为闭合回路,沿绕行方向,据KVL有
∑U=UAB-US-I·
R=0(c)
三、基尔霍夫定律的应用
1、支路电流法
是已知电源激励和电路参数,以各支路电流为未知量,应用KCL和KVL列方程,
求解出各支路电流的方法。
通过例题说明支路电流法分析电路的方法和步骤:
2、节点电压法(弥尔曼定理)
对于只有两个节点、多条支路并联的电路,可以直接用公式求解节点电压。
USi
Ij
Uab
Ri
R1
IS1IS2
UAB
Rk
R4
设节点为A和B
公式中的分母为各支路除去与恒流源串联的电阻以外的所有电
阻的倒数
分子中第一项为各恒压源和与其串联电阻比值的代数和,恒压源与节点电压方向一
致的取正值,反之取负值;
第二项为各恒流源的源电流之代数和,恒流源与节点电压方
向相反的取正值,反之取负值。
1.4电路的常用定理
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本节重点电路的叠加原理,等效电源定理。
本节难点叠加原理的灵活应用,准确理解戴维南定理的内容。
教学手段传统教学手段与电子课件相结合,电子电路仿真及电路实验与理
论相结合
教学内容一、叠加原理
原理表述:
由多个独立电源共同作用的线性电路中,任一支路的电流(或电压)等
于各独立电源分别单独作用时,在该支路中所产生的电流(或电压)的叠加(代数和)。
对不作用电源的处理方法是,恒压源短路,恒流源开路。
通过例题说明应用叠加原理分析电路的方法和步骤。
叠加原理是分析线性电路的基础,是处理线性电路的一个普遍适用的规律,灵活运
用叠加原理对分析线性电路是非常必要的。
二、等效电源定理
等效电源定理包括戴维南定理和诺顿定理,当只需计算复杂电路中某一支路的电流
时,应用等效电源定理尤为便利。
有源二端网络:
含有电源,且有两个出线端的电路。
无源二端网络:
不含电源的有两个出线端的电路。
有源无源
二端
网络
NA
NP
1、戴维南定理:
10
定理表述:
任一线性有源二端网络对外电路的作用可以用一个恒压源Uo和电阻Ro
串联的电压源等效代替。
其中的Uo等于该有源二端网络端口的开路电压,Ro等于该有
源二端网络中的独立电源不作用的无源二端网络的输出电阻(入端电阻,内阻)。
独立电源不作用是指去除电源,即恒压源短路,恒流源开路。
该定理可通过图示理
解。
通过例题说明应用戴维南定理求某一支路电流的方法及步骤。
例:
试用戴维南定理求图(a)电路中的电流I。
用戴维南定理求解电路应注意:
(1)每一步均要配以相应的电路图;
(2)戴维南等效电源的极性应与开路电压Uo的参考方向保持一致,戴维南等效电路中电流方向应与原电路待求电流方向保持一致。
I1
3Ω
12V
6A
1Ω
2I1
2I1
(a)(b)(c)
(2)运用等效电源定理时,用开路短路法计算有源二端网络的内阻。
习题:
1-2、1-9、1-15、1-10、1-18、1-19、1-25、1-28、1-34
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