电工学上册电工技术第2版 王卫第2 3章　电路的基本分析方法

1、12381-2a,第2章 电路的基本分析方法 第3章 正弦交流电路,12381-2a,第2章 电路的基本分析方法,12381-2a,第2章 电路的基本分析方法,2.1 电压源与电流源及其等效变换 2.2 支路电流法 2.3 节点电压法 2.4 叠加原理 2.5 置换定理 2.6 等效电源定理 2.7 最大功率传输定理 2.8 非线性电阻电路 2.9 PSpice例题分析,12381-2a,2.1 电压源与电流源及其等效变换,图2-1 电压源模型,12381-2a,2.1 电压源与电流源及其等效变换,图2-2 电压源的外特性曲线,12381-2a,2.1 电压源与电流源及其等效变换,图2-3 电源的等效变换,12381-2a,2.1 电压源与电流源及其等效变换,图2-4 电流源的外特性曲线,12381-2a,2.2 支路电流法,图2-9 有两个节点的电路,12381-2a,2.3 节点电压法,图2-12 有三个节点的复杂电路,12381-2a,2.4 叠加原理,图2-16 叠加原理,12381-2a,2.4 叠加原理,图2-17,12381-2a,2.5 置换定理,图2-20 置换定理的

2、证明,12381-2a,2.5 置换定理,图2-21,12381-2a,2.6 等效电源定理,2.6.1 戴维南定理 2.6.2 诺顿定理,12381-2a,2.6.1 戴维南定理,1.戴维南定理的证明 2.无源二端网络等效电阻的计算,12381-2a,1.戴维南定理的证明,图2-22 戴维南定理的证明,12381-2a,1.戴维南定理的证明,图2-23 戴维南定理,12381-2a,2.无源二端网络等效电阻的计算,(1) 外加电源法 将无源二端网络外接电压为US的恒压源，如图2-24a所示，若在端口处产生电流I，则无源二端网络的等效电阻R0为恒压源的电压US与端口处电流I的比值，即 (2) 开、短路法 将有源二端网络短路，ISC为有源二端网络的短路电流，如图2-24c所示。,12381-2a,(1) 外加电源法,图2-24 无源二端网络等效电阻的计算,12381-2a,(2) 开、短路法,图2-25,12381-2a,2.6.2 诺顿定理,图2-28 诺顿定理的示意图,12381-2a,2.6.2 诺顿定理,图2-29,12381-2a,2.7 最大功率传输定理,图2-32 等效电路

3、,12381-2a,2.7 最大功率传输定理,图2-33 功率随负载变化的曲线,12381-2a,2.7 最大功率传输定理,12381-2a,2.8 非线性电阻电路,图2-35 非线性电阻的符号,12381-2a,2.8 非线性电阻电路,图2-36 半导体二极管的伏安特性曲线,12381-2a,2.8 非线性电阻电路,图2-37 有一个非线性 电阻的等效电路,12381-2a,2.8 非线性电阻电路,图2-38 非线性电阻电路的图解法,12381-2a,2.9 PSpice例题分析,图2-41 例题2-18的图,12381-2a,2.9 PSpice例题分析,图2-42 PSpice电路图,12381-2a,图2-44 PSpice电路图,12381-2a,图2-45 仿真波形,12381-2a,第3章 正弦交流电路,12381-2a,第3章 正弦交流电路,3.1 正弦电压和电流 3.2 相量法的基本概念 3.2.1 相量与正弦量 3.2.2 正弦量的相量表示法,12381-2a,第3章 正弦交流电路,3.3 电阻、电感和电容元件的正弦交流电路 3.3.1 电阻元件的正弦交流电路 3.

4、3.2 电感元件的正弦交流电路 3.3.3 电容元件的正弦交流电路,12381-2a,第3章 正弦交流电路,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路 3.5 阻抗的串、并联 3.6 复杂正弦交流电路的分析 3.7 电路中的谐振 3.7.1 串联谐振 3.7.2 并联谐振 3.8 RC电路的频率特性,12381-2a,第3章 正弦交流电路,3.8.1 低通滤波电路 3.8.2 高通滤波电路 3.8.3 带通滤波电路 3.9 功率因数的提高 3.10 PSpice例题分析,12381-2a,3.1 正弦电压和电流,1.瞬时值、幅值和有效值 2.周期、频率和角频率 3. 相位、初相位和相位差,12381-2a,3.1 正弦电压和电流,图3-1 正弦电压和电流的波形图,12381-2a,1.瞬时值、幅值和有效值,正弦量在任一瞬间的数值称为瞬时值，瞬时值的最大值称为幅值，用带下标m的大写字母Um、Im来表示。瞬时值和幅值都是表征正弦量大小的物理量，但是瞬时值是变化的，不能直接用于比较两个正弦量的大小，而幅值虽然是一个定值，可以表示两个正弦量的大小，但在比较两个正弦电压或电流的实际作功能力大小时，使

5、用有效值(effective value)更为方便。,12381-2a,2.周期、频率和角频率,正弦量变化一周所需要的时间称为周期，用T表示，单位为s(秒)。每秒内变化的周期数称为频率，用f表示，单位为1/s或Hz(赫兹)，它们都可以用来描述正弦量变化的快慢,12381-2a,3. 相位、初相位和相位差,正弦量的相位是随时间变化的量，在计时起点t=0时的相位称为初相位，初相位的大小与选定的计时起点有关，如果图3-1中的计时起点选择在t1点，那么电压和电流的初相位=0，用它可以确定正弦量的初始值和变化的趋势。,12381-2a,3. 相位、初相位和相位差,图3-2 正弦量的相位关系,12381-2a,3.2 相量法的基本概念,图3-3 正弦电流的和,12381-2a,3.2.1 相量与正弦量,图3-4 旋转有向线段与正弦量,12381-2a,3.2.1 相量与正弦量,图3-5 求相量和,12381-2a,3.2.2 正弦量的相量表示法,1.相量图 2. 相量式,12381-2a,3.2.2 正弦量的相量表示法,图3-6 有效值相量图,12381-2a,1.相量图,图3-7 复平面上的 有

6、向线段,12381-2a,2. 相量式,12381-2a,3.3 电阻、电感和电容元件的正弦交流电路,3.3.1 电阻元件的正弦交流电路 3.3.2 电感元件的正弦交流电路 3.3.3 电容元件的正弦交流电路,12381-2a,3.3.1 电阻元件的正弦交流电路,1.电压与电流的关系 2.功率与能量转换,12381-2a,1.电压与电流的关系,图3-8 电阻元件的正弦交流电路,12381-2a,2.功率与能量转换,电阻元件通以正弦电流，在电阻元件上产生的功率损耗瞬时值为,12381-2a,2.功率与能量转换,图3-9 电阻元件上的瞬时功率,12381-2a,3.3.2 电感元件的正弦交流电路,1.电压与电流的关系 2.电感元件中的能量 3.正弦交流电路中的电感元件,12381-2a,1.电压与电流的关系,由电流i产生的磁场用磁通表示，并假设磁通穿过每匝线圈，如果设定电流的参考方向与电压的参考方向相同，且电流的参考方向与磁通的参考方向符合右螺旋法则、磁通的参考方向与感应电动势的参考方向也符合右螺旋法则，那么，感应电动势e的参考方向与电流、电压的参考方向相同，且与线圈的实际绕向无关,123

7、81-2a,1.电压与电流的关系,图3-10 电感元件及其电路符号,12381-2a,2.电感元件中的能量,电流越大，储存的磁场能量也越多。电流增加，电感从电源吸取并转化成的磁场能量也增加。电流减小，储存在磁场内的能量又转化成电能的形式返回给电源。由于转化过程中没有能量的损耗，所以电感是储能元件。,12381-2a,3.正弦交流电路中的电感元件,图3-11 电感电压和电流的波形图、相量图,12381-2a,3.正弦交流电路中的电感元件,图3-12 电感瞬时功率波形,12381-2a,3.3.3 电容元件的正弦交流电路,1.电压与电流的关系 2.电容元件中的能量 3.正弦交流电路中的电容元件,12381-2a,1.电压与电流的关系,图3-13 电容元件及其电路符号,12381-2a,2.电容元件中的能量,将式(3-29)两端同时乘以u并对时间积分可得到关于电容能量的表达式WC=t0uidt=Ct0udu=12Cu2(3-30) 与电感元件相对，电容从电源吸取能量并将能量储存在电容的电场中。从式(3-30)可知，电容中储存能量的多少只与电容电压u和电容C的大小有关。电容电压增加时，电容从电

8、源吸取能量，电场能量增加，这个过程称为电容的充电过程。相反，电容电压减小时，电容将储存在电场中的能量返还给电源，电场能量减小，称之为电容的放电过程。,12381-2a,3.正弦交流电路中的电容元件,图3-14 电容电压和电流的波形图及相量图,12381-2a,3.正弦交流电路中的电容元件,图3-15 电容瞬时功率波形,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,1) 用相量图法计算 2) 用相量的复数形式计算,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,图3-16 RLC串联交流电路,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,图3-17 RLC串联电路的相量图,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,图3-18 阻抗三角形,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,图3-19 RLC串联电路 的相量模型图,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,图3-20 瞬时功率的波形图,12381-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,表3-1 正弦交流电路中电压、电流和功率的基本关系,1238

9、1-2a,3.4 电阻、电感与电容元件的串联电路,图3-21 例3-3的相量图,12381-2a,3.5 阻抗的串、并联,1. 阻抗的串联 2.阻抗的并联,12381-2a,1. 阻抗的串联,图3-22 阻抗的串联及 其等效电路,12381-2a,2.阻抗的并联,图3-23 阻抗的并联及其等效电路,12381-2a,2.阻抗的并联,图3-24 阻抗与导纳,12381-2a,3.6 复杂正弦交流电路的分析,与直流电路的情况相类似，分析正弦交流电路的问题时，对于单一电源作用的正弦交流电路，一般可以通过阻抗的串并联等效化简的方法进行计算。但是对于含有多个正弦交流电源以及不能进行阻抗的串并联化简的复杂电路，无法用简单串并联的方法计算。如果将正弦电流和电压以相量的复数形式表示，将电路元件以复数阻抗的形式表示，便可以应用前面学过的电路分析方法运算求解。 注意在有多个正弦交流电源作用于电路时，本章只讨论各电源频率相同的情况。因为电源的频率不相同时，电路的响应会出现非正弦，将在第5章专门讨论这种情况。下面通过例题说明电路分析方法在复杂正弦交流电路中的应用。,12381-2a,3.6 复杂正弦交流电路的分析,图3-26,12381-2a,3.6 复杂正弦交流电路的分析,图3-27 图3-26的等效电路,12381-2a,3.6 复杂正弦交流电路的分析,图3-28 例题3-7的电路图及等效电路,12381-2a,3.6 复杂正弦交流电路的分析,图3-29 u、R分别作用时的等效电路,12381-2a,3.7 电路中的谐振,3.7.1 串联谐振 3.7.2 并联谐振,12381-2a,3.7.1 串联谐振,1) 电路的阻抗模Z=R为最小值。 2) 电路的功率因数cos=1，RLC串联电路在整体上等同于纯电阻R。 3) 从图3-31的相量图可看出，电感电压相量L与电容电压相量C大小相等，方向相反，LC串联的等效阻抗为零，相当于短路， =R，但是，电感或电容的电压与总电压的比值,12381-2a,3.7.1 串联谐振,图3-30 Z、I随频率变化的曲线,12381-2a,图3-31 串联谐振时的相量图,12381-2a,图3-32 谐振曲线及通频带宽度,12381-2a,图3-33 Q值与通频带的关系,12381-2a,3.7.2 并联谐振,1) 并联电路的阻抗Z=

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