电路基础与集成电子技术-电子教案与习题解答-蔡惟铮 第1篇电路基础 第2章 电路的基本定律

第2章-电路的基本定律 2010.02,电路基础与集成电子技术,哈尔滨工业大学 电子学教研室编 蔡惟铮 主 编,齐明 于泳 副主编,2010年03月,第2章-电路的基本定律 2010.02,第1篇 电路基础,第1章 电路元件与电源 第2章 电路的基本定律 第3章 正弦交流电路,第2章-电路的基本定律 2010.02,第2章 电路的基本定律,内容提要：本章介绍无源元件的等效变换，独立电源电路的等效变换，电源的内阻、输出功率、负载匹配等问题。介绍了电路计算所遵循的基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律、叠加原理、戴文宁定律等。,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.2 独立电源电路的等效变换,2.1 无源元件电路的等效变换,2.3 基尔霍夫定律,2.4 叠加原理,2.5 戴文宁定律和诺顿定理,第2章 电路的基本定律,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.1 无源元件电路的等效变换,2.1.1 电阻器的串联,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.1.2 电阻器的并联,两个电阻并联,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.1.3 电容器的串联与并联,反比分配,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.1.4 电感器的串联与并联,电感线圈并联时由同一个电源供电，电感并联越多，驱动电流i 越大，根据,u不变，i 增加，L,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.2 独立电源电路的等效变换,2.2.1 电压源电路的串联,电压源能否并联？能，不能。为什么？,第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.1 下图电源电路中，根据规定的正方向求下列四组电源电压数据下的等效电源的电压值V，V1=10V、V2=5V；V1=5V、V2=-5V；V1=-5V、V2=5V；V1=5V、V2=10V。,解：V1=10V、V2=5V，V= V1-V2=10-5= 5V V1=5V、V2=-5V，V= V1-V2=5-(-5)= 10V V1=-5V、V2=5V，V= V1-V2=-5-5= -10V V1=5V、V2=10V，V= V1-V2=5-10= -5V,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.2.2 电流源电路的并联,两个电流源的并联，合成的等效电流源I等于两电流源的代数和，其方向等于其中较大的一个电流源的方向。对于更多电流源的并联，原则与两个电流源的并联相同。,电流源能否串联？能，不能。为什么？,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.2.3 实际电源电路的输出,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.2.4 两种实际电源电路之间的等效转换,RS= RS,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.2.5 输出功率与负载匹配,要使负载获得的功率最大，要满足一定的条件，若RL加大其上电压降加大，但电流减小，负载获得的功率不会大；若RL减小其上电压降减小，虽电流增加， 但RS上的功耗加大，因与电流的平方成比例，所以，负载RL上获得的功率也不会大。只有当,RL= RS,时负载才能够得到最大的输出功率。称RL=RS为负载获得最大功率的条件，当RL =RS时称为负载匹配。,第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.2 将下图的电压源转换为电流源，并求电压源和电流源的负载功率和内阻消耗的功率。图中的US=5V、RS=1、RL=9。,解：根据下式有,电压源中消耗的功率,电源提供的功率等于 负载消耗的功率,第2章-电路的基本定律 2010.02,电流源中消耗的功率：电流源提供的功率,第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.3 将图2-12(a)的电压源和电流源电路进行等效变换，得到简化的电源形式。,解：解题步骤见图2-12(b)(e)。,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.3 基尔霍夫定律,分析各种电路的结构形式，可以总结出一定的规律，基本上有两种。 一是有一个节点，围绕这个节点有若干个支路； 二是有一个电路的闭合路径构成一个电路回路。 这些电路中的电压和电流都遵循一定的规律，这些规律由所谓基尔霍夫定律来描述， 基尔霍夫电流定律和(Kirchhoffs Current Law，简称KCL) 基尔霍夫电压定律( Kirchhoff Voltage Law，简称KVL)。,第2章-电路的基本定律 2010.02,电路中定义每一个二端元件为一个支路 a4/b3/c3,二个或二个以上的支路连接的点称为节点 3,电路中任何一个闭合路径称为回路 6,内部不包括支路的回路成为网孔，或网眼 3,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.3.1 基尔霍夫电流定律(KCL),基尔霍夫电流定律：在任一时刻流入某节点的电流等于流出该节点的电流。若定义流出节点的电流为正，流入节点的电流为负（也可相反设置），基尔霍夫电流定律又可叙述为：在任一时刻某节点电流的代数和等于0。,例2.4 上图中，I1=1A、I2=2A、I3= -0.5A，求I4的大小。,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.3.2 基尔霍夫电压定律(KVL),基尔霍夫电压定律叙述为：在任一时刻，任一闭合回路中，沿某一个绕行方向，所有支路的电压降之和等于电压升之和。基尔霍夫电压定律又可叙述为：在任一时刻电压降的代数和恒等于0。,例2.5 上图中，U1=1V、U2=2V，求U3的大小。,第2章-电路的基本定律 2010.02,2.3.3 电阻器的星形三角形变换,星形,三角形,Y-变换得到的三角形三个支路的电阻为,第2章-电路的基本定律 2010.02,由-Y变换得到的星形三个支路的电阻为,第2章-电路的基本定律 2010.02,第2章-电路的基本定律 2010.02,第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.6 求下图中的电流I 。,该图所示电路是一个含电压源和电流源的电路，若求I 就要知道Uab。图中Uab不好求，可以将左图转换为右图，于是,第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.7 求下图(a)中的电流I1和I2 。,图(a)是一个含电压源和电流源的电路，若求电流I1和I2 就要知道Uab。将图中节点a、b左、右侧的电压源转换为电流源，得图(b)，写列节点a的电流方程式，即可求出Uab,(b),(a),第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.8 求下图中各支路的电流。,左图是一个桥型电路，电路有三个网眼，按照图中规定的正方向，写列各网眼的方程式,27 IA-15 IB -8 IC=20,-15 IA+30 IB -10 IC=0,-8 IA+10 IB +28 IC=0,再根据网眼电流与支路电流的关系，可求出各支路的电流,I1 = IA = -1.581A I2 = IA- IB= -0.514A I3 = IB= -1.067A I4 = IC- IB= 0.234A I5= IA- IC= -0.748A I6 = IC = -0.833A,第2章-电路的基本定律 2010.02,例2.9 求解图(a)中电压源的电流I 及电流源的端电压。,(a),为了便于求解，将图中电压源US转换为电流源IS3。 根据a、b、c三个节点写列KCL方程式。对于节点a电流源流入节点，电阻R1、R2和R4中的电流正方向都是流出节点，所以。对于节点a、b、c可写列方程式,(b),第2章-电路的基本定律 2010.02,联立求解得 Ua= 2V Ub= -1V Uc= 1V,于是，电流源IS1的端电压 U1= Ua= 2V 电流源IS2的端电压 U2= Ub= -1V,电压源US的电流根据网眼b、R3、US、R5、d、IS2 用回路电压法求出,I= 3A,第2章-电路的基本定律 2010.02,