《電工電子技術(shù)》教案第1章 電路分析根底本章要求1、了解電路的組成和功能，了解元件模型和電路模型的概念；2、深刻理解電壓、電流參考方向的意義；3、把握抱負(fù)元件和電壓源、電流源的輸出特性；4、嫻熟把握基爾霍夫定律；5、深刻理解電路中電位的概念并能嫻熟計算電路中各點電位；6、深刻理解電壓源和電流源等效變換的概念；7、嫻熟把握彌爾曼定理、疊加原理和戴維南定理；8、理解受控電源模型,了解含受控源電路的分析方法。本章內(nèi)容性直流電路，原則上也適用于其他線性電路。為此，必需嫻熟把握。電路的根本概念教學(xué)時數(shù) 1學(xué)時本節(jié)重點 1、抱負(fù)元件和電路模型的概念2、電路變量〔電動勢、電壓、電流〕的參考方向；3、電壓、電位的概念與電位的計算。本節(jié)難點參考方向的概念和在電路分析中的應(yīng)用。教學(xué)方法題讓學(xué)生了解并把握電位的計算過程。教學(xué)手段 傳統(tǒng)教學(xué)手法與電子課件結(jié)合。教學(xué)內(nèi)容一、 實際電路與電路模型1、實際電路的組成和作用組成：電源〔信號源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)作用：a.電能的傳輸和轉(zhuǎn)換；b.信號的傳遞與處理。2、電路模型：考慮電路分析的需要，建立抱負(fù)電路模型。質(zhì)，把實際元件抱負(fù)化。例如手電筒電路：開關(guān)電池開關(guān)電池?zé)襞軸RL+U-S實際電路 手電筒電路模型ISISU+U+-抱負(fù)電壓源 抱負(fù)電流源R電阻RCL儲能元件：CL電容 電感二、 電路分析中的假設(shè)干規(guī)定1、電路參數(shù)與變量的文字符號與單位電路參數(shù)的概念：抱負(fù)元件的數(shù)值。(1)文字符號的規(guī)定：①R；②電路變量的文字符號：UI；瞬時量和時變量：用小寫斜體字母表示，如電壓u、電流i；③單位的文字符號：用國際通用的文字符號表示。單字母的單位用大寫正體字母表示，如V、A等；復(fù)合字母表示的單位，第一個字母正體大寫，以后的字Hz、Wb等。2、電路變量的參考方向位點指向高電位點的方向；電壓的方向是高電位點指向低電位點的方向；〔a〕所示。變量參考方向概念的引入：變量參考方向又稱正方向，為求解變量的實際方向無法預(yù)先確定的簡潔電路，人為任意設(shè)定的電路變量的方向，如圖〔b〕所示。II1I1I2I3aRRU1U122R3U3++UUb-S-S21 1U R2 2+E US-電流、電壓的實際方向 〔b〕電流、電壓的參考方向參考方向標(biāo)示的方法：②極性標(biāo)示；③雙下標(biāo)標(biāo)示。留意：①參考方向的設(shè)定對電路分析沒有影響;②電路分析必需設(shè)定參考方向;為負(fù)則相反。關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向的概念：為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向：U=RI非關(guān)聯(lián)參考方向：U=–RIII6V2Ω6V2Ω例：圖〔〔b〕II6V2Ω6V2Ω阻電流為關(guān)聯(lián)參考方向，據(jù)歐姆定律U=RI則 IUR

623A圖中電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向， 〔a〕 〔b〕歐姆定律的表達(dá)式為 U=–RI則 IUR

62

3A結(jié)論〔II為負(fù)，說明電流的實際方向與所設(shè)參考方向相反。3、功率規(guī)定：吸取功率為正，發(fā)出功率為負(fù)。不同形式。關(guān)聯(lián)參考方向時： P=U·I非關(guān)聯(lián)參考方向時：P=–U·I負(fù)載吸取功率的總和；或全部元件瞬時功率的代數(shù)和為零，∑P發(fā)出=∑P吸取，或∑P=0稱為功率平衡方程式，常用于驗證電路分析結(jié)果的正確與否。三、電路中的電位和電壓〔電勢〕和電壓〔電勢差〕的定義。電位只有相對的意擇。參考點不同時，各點的電位值就不一樣。de圖〔a〕e點為參考點，這時各點的電位是：deaedeV 0V,Vaede

V 10V,V

V daeV Vdaeb bd

V (56)IV

(56) 5)V (5)6Vd(456)dV Vc

V 6IV

a +10V aI4Ω 4Ω+ Idded點為參考點，dde則各點的電位將是

10Vbbbb-5Ω5Ω+cc-6Ω6Ωd -5V dadV ad

6V,V

5Vbce而在電源的非接地端注明其電位的數(shù)值。bce圖〔b〕就是圖〔a〕的習(xí)慣畫法。 〔a〕 〔b〕電路的根本元件教學(xué)時數(shù) 1.5學(xué)時本節(jié)重點 1、抱負(fù)電路元件的伏安特性2、電壓源與電流源的等效變換本節(jié)難點 電源等效變換在電路分析中的應(yīng)用。教學(xué)方法 電感伏安特性和儲能的相像性比照講解幫助學(xué)生理解和記憶，舉例說明電源等效變換的方法及其留意事項。教學(xué)手段 傳統(tǒng)教學(xué)手段與電子課件有機(jī)結(jié)合。教學(xué)內(nèi)容一、抱負(fù)線性電阻元件燈、電爐絲等均可抱負(fù)為電阻。1、 伏安特性：線性電阻R為常數(shù)，電阻兩端電壓與流過電流的瞬時關(guān)系滿足歐姆定律iu+uRiu+uR-oiVAΩk、M。其伏安特性曲線如圖(b)。2、 電阻的功率：電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時u2 〔a〕 〔b〕puiRi2R二、抱負(fù)線性電感元件日光燈鎮(zhèn)流器等。1、伏安特性：Φ，電感元件匝數(shù)為N，則磁通匝鏈數(shù)鏈ΨNΦ，元件的電感〔自感系數(shù)、電感系數(shù)〕定義為i+-uei+-ueL+L-iL為常數(shù)。ΨWb，iA，則電感的單HmH，1H=103mH。依據(jù)電磁感應(yīng)定律，電感中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e dLdiL dt dt如圖示變量取關(guān)聯(lián)參考方向時，電感兩端的感應(yīng)電壓ueL

Ldidtu=0，即電感元件對直流而言相當(dāng)于短路。2、電感的能量抱負(fù)電感是儲存磁能的元件，不耗能。流過電感的電流為i時，其儲存的能量 W L

12Li2放的過程是電能與磁能的轉(zhuǎn)換過程，是電感與電源能量的互換過程。三、抱負(fù)線性電容元件具有存儲電荷性質(zhì)的元件用電容表示。1、伏安特性uq，電容元件的電容定義i+uC-為 Ci+uC-uCVF。μFPF，1F=106μF=1012pF。線性電容元件的電容C為常數(shù)。當(dāng)電壓變化時，電容的電量也隨之變化。依據(jù)電流的定義idqCdudt dti=0。即電容元件對直流而言相當(dāng)于開路。2、電容的能量u的能量

W 1C 2

Cu2的過程是電能與電能的轉(zhuǎn)換過程，是電容與電源能量的互換過程。四、獨立電源元件在電路中能獨立供給電能的元件稱為獨立電源。1、抱負(fù)電源有恒壓源〔抱負(fù)電壓源〕和恒流源〔抱負(fù)電流源〕之分。恒壓源aIU+UaIU+US-USURLOI特點：①任一時刻輸出電壓與流過的電流無關(guān)；b②輸出電流的大小取決于外電路負(fù)載電阻的大小。 〔a〕 〔b〕aIaIUISURLbOISI內(nèi)阻為無窮大，能供給恒定電流的抱負(fù)電源。圖形符號如圖〔c〕所示。其輸出特性曲線如圖〔d〕所示。任一時刻輸出電流與其端電壓無關(guān)；②輸出電壓的大小取決于外電路負(fù)載電阻的大小。 〔c〕 〔d〕2、實際電源的模型的特性。電壓源模型aUIUSaUIUSRo+URL-USOIbUSRoRo串聯(lián)組合如圖〔。電流的關(guān)系為UUSIRo當(dāng)電源開路時，I=0，輸出電壓U=Us； 〔a〕 〔b〕當(dāng)電源短路時，U=0，輸出電流I=Us/Ro;Ro→0時，U→U，電壓源→恒壓源，其外特性曲線如圖〔b。電流源模型UIRS0IIS oR U RLUIRS0IIS oR U RLOIISb電壓的關(guān)系為UII S Ro當(dāng)電源開路時，I=0，輸出電壓U=Is·Ro； 〔c〕 〔d〕當(dāng)電源短路時，U=0，輸出電流I=Is；Ro→∞時，→I，電流源→恒流源。其外特性曲線如圖〔。(3)電壓源和電流源的等效變換源的外特性表達(dá)式樣可得：UI S

或 U I RS R S S即兩種電源模型對外電路而言是等效的，可以相互變換，可用圖示意。aRaR0USbaIS 0Rb〔e〕留意：①變換時，恒壓源與恒流源的極性保持全都；②等效關(guān)系僅對外電路而言，在電源內(nèi)部一般不等效；③恒壓源與恒流源之間不能等效變換。應(yīng)用電源的等效變換化簡電源電路時，還需用到以下概念和技巧：①與電壓源串聯(lián)的電阻或與電流源并聯(lián)的電阻可視為電源內(nèi)阻處理。和短路處理。③恒流源并聯(lián)時，可求代數(shù)和，合并為一個恒流源。例：試將給定電路(a)化簡為電流源。解：①5Ω3Ω電阻，合并電阻為等效電阻，如圖〔b〕所示。1Ω+4V -1Ω+4V -1Ωa1Ω3Ω+4Ω4Ω10V 3A5Ω-b+4V - 1Ωa2Ω+2Ω10V-3Ab〔a〕 〔b〕②并聯(lián)電源中的電壓源等效變換為電流源，如圖〔c〕所示。+4V - 1Ωa2Ω5A+4V - 1Ωa2Ω5A2Ω3Ab+4V - 1Ωa2A1Ωb〔c〕 〔d〕〔e〕所示。⑤合并恒壓源，合并與恒壓源串聯(lián)的電阻，如圖〔f〕所示。⑥按題目要求變換為電流源，如圖〔g〕所示。+4V-+4V-1Ωa1Ω+2V-ba2Ω-2V+ba2Ω1Ab〔e〕 〔f〕 〔g〕基爾霍夫定律教學(xué)時數(shù) 1.5學(xué)時本節(jié)重點 定律和定律的推廣，定律的應(yīng)用——節(jié)點電壓法〔彌爾曼定理〕教學(xué)方法 結(jié)合實例，講清難點。教學(xué)手段 傳統(tǒng)教學(xué)手段與電子課件相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容 基爾霍夫定律包括節(jié)點電流定〔KC和回路電壓定〔是電路分析的最根本定律?！瞐〕為例。-I6+US3aIR13-I6+US3aIR13R2I1b2cI4I3I5++-US112R3-US2回路：電路中任一閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的單孔回路。行方向。電路中的節(jié)點數(shù)，支路數(shù)和網(wǎng)孔數(shù)滿足下式

d網(wǎng)孔數(shù)=支路數(shù)－節(jié)點數(shù)+1 (a)一、KCL又稱基爾霍夫第確定律1、定律表述任一瞬時流入某一節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和，即：∑I入=∑I出移項 ∑I入－∑I出=0，則 ∑I=0號，流出節(jié)點的電流取負(fù)號。圖〔a〕bKCL有I1-I2-I3=0I2I2I1I3KCL不僅適用于節(jié)點，也適用于任一閉合面，又稱為廣義節(jié)點。如圖(b)方框表示一個簡潔電路，有多個出線端，每條I1

KCLI1+I2－I3=0又稱基爾霍夫其次定律

二、KVL

(b)1、定律表述降之和。即∑U升=∑U降移項： ∑U升－∑U降=0，可表示為 ∑U=0IRA+UABU- SBIRA+UABU- SB∑U=Us1

R1－I3R3=02、定律的推廣KVL的應(yīng)用可以推廣到開口回路。如圖〔c〕KVL有∑U=UAB－US－I·R=0 (c)三、基爾霍夫定律的應(yīng)用1、支路電流法是電源鼓舞和電路參數(shù)，以各支路電流為未知量，應(yīng)用KCL和KVL列方程，求解出各支路電流的方法。通過例題說明支路電流法分析電路的方法和步驟：R3R1+R4R5-US2+-US1R2例：如圖〔a〕US1、UR3R1+R4R5-US2+-US1R255個支路電5個獨立方程。KCL列出的節(jié)點〔1〕KVL對三個網(wǎng)孔列出的電壓方程都是獨立的。對網(wǎng)孔列電壓方程有表達(dá)式最簡的優(yōu) (a)I1I1I3I2R3R1I4I5+R5US2+I-R4ⅡⅢ-US1R2列出的每一個方程必需是獨立的。選節(jié)點，如圖bKCL列方程：a：I1b：I

+I

-I4=0-I=03 2 5確定回路繞行方向如圖〔b，據(jù)KVL列方程： (b)網(wǎng)孔Ⅰ：US1

R4=0；網(wǎng)孔Ⅱ：I4

R4-I3R3

R5=0；網(wǎng)孔Ⅲ：I2

R2+I5R5

-US2

=0；I1

I5。2、節(jié)點電壓法〔彌爾曼定理〕對于只有兩個節(jié)點、多條支路并聯(lián)的電路，可以直接用公式求解節(jié)點電壓。RUSiRiUab i

Ij1RkABA+R1IA+R1IS1IS2U+-ABR4-US1+US2R3-B例：圖〔，節(jié)點電壓U US1 S2I IR RU 1 2

S1 S2AB 1 1 1R R R1 2 4各支路電流可以依據(jù)節(jié)點電壓分別求出。 〔a〕教學(xué)時數(shù)

電路的常用定理本節(jié)重點 電路的疊加原理，等效電源定理。本節(jié)難點 疊加原理的靈敏應(yīng)用，準(zhǔn)確理解戴維南定理的內(nèi)容。教學(xué)方法 結(jié)合實例，講清難點。教學(xué)手段 學(xué)手段與電子課件相結(jié)合電子電路仿真及電路試驗與理論相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容一、疊加原理〔或電壓〕的疊加〔代數(shù)和。通過例題說明應(yīng)用疊加原理分析電路的方法和步驟。例：圖〔a〕U=9V，I

=6A，R

=6Ω，R

=4Ω，R

=3Ω，s S 1 2 3試用疊加原理求各支路中的電流。〔1〕在原電路中標(biāo)示各支路電流的參考方向?？挤较?，該參考方向應(yīng)與原電流參考方向取為全都。IS

單獨作用時，恒壓源Us用短路線代替U=，如圖bU單獨作用時，恒流源I用開路I，如s S s s圖。RR1R2R1R2R1R2I1I3I2=II32+I1I3I2+USR3IU=0-SSR3+IS-USR3I=0S原電路 (b)Is單獨作用電路 (c)Us單獨作用電路〔b〕圖示和〔c〕圖，分別求出各電源單獨作用時的各支路電流。IS單獨作用時，依據(jù)分流原理，II2

6AR 3I 31 RR1 3

I 62AS 63II3

I624A1SUI0S2UII

9 1 3 RR1 2

63依據(jù)疊加原理求出原電路各支路電流I1=I1”+I1“=2+1=3AI2=I2”+I2“=6+0=6A3=3”+3“=-4+1=疊加原理是分析線性電路的根底，是處理線性電路的一個普遍適用的規(guī)律，例：試求圖(d)Uab?！瞖〕所示：Uab”=4V〔f〕所示Uab“=5×2=10V依據(jù)疊加原理Uab=Uab”+Uab“=4+10=14V疊加原理只適用于線性電路中電流和電壓的計算，不適用于計算功率。a2Ωa2Ω5A+Uab4V-baa2Ω2Ω5A+Uab’Uab’’4V1Ω-bb(d) (e) (f)二、等效電源定理的電流時，應(yīng)用等效電源定理尤為便利。無源二端網(wǎng)絡(luò)：不含電源的有兩個出線端的電路。有源NA有源NA無源NP1、戴維南定理：定理表述：任一線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對外電路的作用可以用一個恒壓源Uo和Ro串聯(lián)的電壓源等效代替。其中的Uo等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)端口的開路電Ro〔入端電阻，內(nèi)阻。a有源+a有源+二端a網(wǎng)絡(luò)N–RoA+bUS–b〔a〕有源二端網(wǎng)絡(luò)a有源〔b〕等效電壓源a無源二端U二端oRo網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)NAbNPb例：試用戴維南定理求圖〔a〕I。具體方法步驟如下：畫摘除待求電流支路的有源二端網(wǎng)絡(luò)電路圖〔b。Uo。在〔b〕圖中標(biāo)示開路電壓的參考方向、電位參考點，RU U U U 2O ab a b R

U IR 6 18228VS S 3R 361 2求等效內(nèi)阻Ro。畫去源后的等效電路〔c〕圖，R(Ro 1

//R2

)R3

362436畫戴維南等效電源和恢復(fù)摘除支路的等效電路〔d〕圖；I。在〔d〕I的原方向UIR

8 R 44o+US6Ω 2Ω 2A+US6Ω-10V-10Va 2ΩR babIUR 3Ω1R2R3Ra 2ΩR babIUR 3Ω1R2R3R13ΩoISR2R32ΩIS2Ac〔a〕〔b〕a RobaR 3Ω1R26ΩR3R 4ΩoI2Ω R2ΩU08Vb〔c〕〔d〕用戴維南定理求解電路應(yīng)留意：每一步均要配以相應(yīng)的電路圖；戴維南等效電源的極性應(yīng)與開路電壓Uo的參考方向保持全都，戴維南等效電路中電流方向應(yīng)與原電路待求電流方向保持全都。aaaa有源II二端U網(wǎng)絡(luò)RLISR UORLNAb〔a〕有源二端網(wǎng)絡(luò)b〔b〕諾頓等效電路有源a無源a二端I二端網(wǎng)絡(luò)S網(wǎng)絡(luò)RoNAbNPb〔c〕IS〔d〕RO對外電路的作用可以用一個恒流源IsRo并聯(lián)的電流源等效代替。其中的Is等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)端口的短路電流，Ro等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)中的獨立電源不作用時的入端電阻。該定理可用圖解表示為很明顯依據(jù)電源等效變換關(guān)系，可從戴維南定理導(dǎo)出諾頓定理。教學(xué)時數(shù) 1學(xué)時。

含受控源的電路分析本節(jié)重點 電源的模型，了解含受控源電路的分析方法。本節(jié)難點 含受控源電路分析與含獨立源電路分析的不同之處。教學(xué)方法 舉例說明含受控源電路分析的特別性。教學(xué)手段 傳統(tǒng)教學(xué)手段與電子課件結(jié)合，上機(jī)進(jìn)展電路仿真分析。教學(xué)內(nèi)容一、受控源的類型和符號的把握，而不能獨立存在的電源，稱為受控電源〔受控源。1、電壓把握電壓源〔VCVS〕1 2 2 UU，如圖〔a〕U=μU1 2 2 22r12、電流把握電壓源〔CCVS〕22r111

，如圖〔b〕U=Ur—轉(zhuǎn)移電阻，單位Ω。3、電壓把握電流源〔VCCS〕11

，如圖〔c〕所示，輸出電流I=