模块二　简单直流电路的分析（课件）-《电工基础》同步教学（劳保版，第二版）

模块二 简单直流电路的分析 68 课题二　电阻的连接 课题一　全电路欧姆定律 课题三　直流电桥 课题一　全电路欧姆定律 70 学习目标 1. 掌握全电路欧姆定律。 2. 能用全电路欧姆定律分析电路的三种工作状态。 3. 掌握测量电源电动势和内阻的方法。 71 模块二　简单直流电路的分析 一、部分电路欧姆定律 在初中，我们曾学习过欧姆定律，其内容是： 导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，其公式为 实际上，以上定律中所涉及的这段电路并不包括电源。 这种只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路，如图 a 虚线框中所示。 因此，更准确地说，这一定律应称为部分电路欧姆定律。 72 模块二　简单直流电路的分析 部分电路欧姆定律的计算公式还与参考方向的选取有关。 在如图 b 所示电路中，电压 U 与电流 I 选为非关联参考方向，则部分电路欧姆定律的表达式也应相应改为 73 部分电路参考方向的选取 a） 电压和电流方向相同　b） 电压和电流方向相反 模块二　简单直流电路的分析 二、全电路欧姆定律 全电路是含有电源的闭合电路，如图所示。 电源内部的电路称为内电路，如发电机的线圈、电池内的溶液等。 电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。 通常可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联，如图中阴影部分所示。 电源外部的电路称为外电路，外电路中的电阻称为外电阻。 74 简单的全电路 模块二　简单直流电路的分析 全电路欧姆定律的内容： 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与电路的总电阻（内电路电阻与外电路电阻之和） 成反比，公式为 由上式可得 E = IR + Ir = U外 + U内 式中，U内 为内电路的电压降，U外 为外电路的电压降，也是电源两端的输出电压。 这样，全电路欧姆定律又可表述为电源电动势等于 U外 和 U内 之和。 75 模块二　简单直流电路的分析 将 E = IR+Ir 两边同乘以 I，可得 IE = I2 R + I2 r 即 P电源 = P负载 + P内阻 上式表明，在一个闭合回路中，电源电动势输出的功率，等于负载电阻消耗的功率和电源内阻消耗的功率之和。 这种关系称为电路中的功率平衡。 76 模块二　简单直流电路的分析 三、电源的外特性 电源端电压 U 与电源电动势的关系为 U = E - Ir 　可见，当电源电动势 E 和内阻 r 一定时，电源端电压 U 将随负载电流 I 的变化而变化。通常把电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线，如图所示。 由图可见，电源端电压 U 随着电流 I 的增大而减小。 电源内阻越大，直线倾斜得越厉害；直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小 （I = 0时，U = E）。 77 模块二　简单直流电路的分析 78 电源的外特性曲线 模块二　简单直流电路的分析 四、电路的三种状态 下面应用全电路欧姆定律，分析如图所示电路在三种不同状态下，电源端电压与输出电流之间的关系。 79 电路的三种状态 模块二　简单直流电路的分析 1. 通路 开关 SA 接到位置 “3” 时，电路处于通路状态，或称有载状态，电路中电流为 电源端电压与输出电流的关系为 U = E - U内 = E - Ir 可见，当电源电动势和内阻一定时，电源端电压随输出电流的增大而下降。 通常把通过大电流的负载称为大负载，把通过小电流的负载称为小负载。 也就是说，当电源的内阻一定时，电路接大负载，电源端电压下降较大；电路接小负载，电源端电压下降较小。 80 模块二　简单直流电路的分析 2. 开路 （断路） 开关 SA 接到位置 “2” 时，电路处于开路状态，相当于负载电阻 R→∞ 或电路中某处连接导线断开。 此时电路中电流为零，内阻压降也为零，U = E，即电源的开路电压在数值上等于电源的电动势。 实际电路中，导体因接触面有氧化层、脏污，接触面过小，接触压力不足等，会出现电阻过大的现象，严重时也会造成开路。 81 模块二　简单直流电路的分析 3. 短路 开关 SA 接到位置 “1” 时，相当于电源两极被导线直接相连，称为短路。 电路中短路电流 I短 = E / r。 由于电源内阻一般都很小，所以短路电流极大。 此时，电源对外输出电压U = E-I短r = 0。 电源短路是严重的故障状态，必须尽量避免。 但有时在调试和维修电气设备的过程中，会有意将电路中某一部分短路，这是为了让与调试过程无关的部分暂时不通电流，或是为了便于发现故障而采用的一种特殊方法，这种方法也只有在确保电路安全的情况下才能采用。 82 模块二　简单直流电路的分析 五、测量电源的电动势和内阻 【例 2-1】 在如图所示电路中，电阻 R1 = 14 Ω，R2 = 9 Ω。 当开关 SA 接到位置 1 时，由电流表测得 I1 =0. 2 A；接到位置 2 时，测得 I2 =0. 3 A。 求电源电动势 E 和内阻 r。 83 【例 2-1】 图 模块二　简单直流电路的分析 解： 根据全电路欧姆定律可列出联立方程： 消去 E，解得 把 r 值代入 E = I1 R1 +I1 r 或 E = I2 R2 +I2 r，可得 E = 3 V 实验室中常用上述方法来测量电源的电动势和内阻。 84 模块二　简单直流电路的分析 课题二　电阻的连接 85 学习目标 1. 掌握电阻串、并、混联电路的特点及其应用。 2. 能综合运用欧姆定律和电阻串、并联关系分析计算简单电路。 86 模块二　简单直流电路的分析 一、电阻串联电路 把多个电阻逐个顺次连接起来，就组成了串联电路。 如图a 所示为由三个电阻组成的串联电路。如图 b 所示为电阻串联电路的等效电路。 87 电阻的串联 a） 电阻的串联电路　b） 等效电路 模块二　简单直流电路的分析 1. 电阻串联电路的特点 （1） 电路中流过每个电阻的电流都相等。 I = I1 = I2 = … = In （2） 电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即 U = U1 + U2 + … + Un （3） 电路的等效电阻 （即总电阻） 等于各串联电阻之和，即 R = R1 + R2 + … + Rn （4） 电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比，即 88 模块二　简单直流电路的分析 上式表明，在串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大；反之，分配到的电压越小。 若 R1 和 R2 两个电阻串联，如图所示，电路总电压为 U，则可得分压公式： 89 两个电阻串联 模块二　简单直流电路的分析 2. 电阻串联电路的应用 电阻串联电路的主要应用见下表。 90 电阻串联电路的主要应用 模块二　简单直流电路的分析 二、电阻并联电路 把多个电阻并列地连接 （首与首、尾与尾连接） 起来，由同一电源供电，就组成了并联电路。 如图a 是由三个电阻组成的并联电路。如图b 所示为电阻并联电路的等效电路。 91 电阻的并联 a） 电阻的并联电路　b） 等效电路 模块二　简单直流电路的分析 1. 电阻并联电路的特点 通过上面实验可以发现，电阻并联电路具有以下特点： （1） 电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压，即 U = U1 = U2 = … = Un （2） 电路的总电流等于流过各电阻的电流之和，即 I = I1 + I2 + … + In （3） 电路的等效电阻 （总电阻） 的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即 92 模块二　简单直流电路的分析 （4） 电路中通过各支路的电流与支路的电阻成反比，即 IR = I1 R1 = I2 R2 = … = In Rn 上式表明，阻值越大的电阻分配到的电流越小；反之，分配到的电流越大。 若 R1 和 R2 两个电阻并联，如图所示，电路的总电流为 I，则可得分流公式： 93 两个电阻并联 模块二　简单直流电路的分析 2. 电阻并联电路的应用 电阻并联电路的主要应用有： （1） 凡是额定工作电压相同的负载都可以采用并联的工作方式。 （2） 获得较小阻值的电阻。 （3） 扩大电流表的量程。 94 家用电器的并联连接 模块二　简单直流电路的分析 三、电阻混联电路 电路中元件既有串联又有并联的连接方式称为混联。 对于电阻混联电路的计算，只需根据电阻串、并联的规律逐步求解即可，但对于某些较为复杂的电阻混联电路，若难以判别各电阻之间的连接关系，比较有效的方法就是画出等效电路图，即把原电路整理成较为直观的串、并联关系的电路图，然后计算其等效电阻。 95 模块二　简单直流电路的分析 96 电阻混联电路 下面以下图所示电阻混联电路为例加以说明。 模块二　简单直流电路的分析 课题三　直流电桥 97 学习目标 1. 掌握直流电桥的平衡条件和用直流电桥测量电阻的方法。 2. 了解不平衡直流电桥的应用。 3. 能用直流电桥正确测量电阻。 98 模块二　简单直流电路的分析 一、直流电桥的平衡条件及其应用 电桥是测量技术中常用的一种电路形式。 本课题只介绍直流电桥，其电路如图所示。 图中的四个电阻都称为桥臂，Rx 是待测电阻。 B、D 间接入检流计 G。 99 直流电桥电路 模块二　简单直流电路的分析 调整 R1、R2、R 三个已知电阻，直至检流计读数为零，这时称为电桥平衡。 电桥平衡时 B、D 两点电位相等，即 UAD = UAB UDC = UBC 因此 R1 I1 = Rx I2 R2 I1 = RI2 可得 R1 R = R2 Rx 上式说明电桥的平衡条件是： 电桥相对桥臂电阻的乘积相等。 利用直流电桥平衡条件可求出待测电阻 Rx 的电阻值，即 Rx 100 模块二　简单直流电路的分析 如图所示为直流电桥实物图。 为了测量简便，R1 与 R2 之比常设为整十倍关系，通过比例臂调节。 比较臂用于调整R 的数值，采用多位十进制电阻箱，并且选用精度较高的标准电阻，使测量结果可以有多位有效数字，测得的结果比较准确。 101 直流电桥实物图 模块二　简单直流电路的分析 二、不平衡直流电桥的应用 电桥的另一种用法是： 当 Rx 为某一定值时将电桥调至平衡，使检流计指零；当 Rx 有微小变化时，电桥失去平衡，根据检流计的指示值及其与 Rx 间的对应关系间接测知 Rx 的变化情况。 同时，它还可将 Rx 的变化转换成电压的变化，这在测量和控制技术中有着广泛的应用。 1. 利用电桥测量温度 把热敏电阻置于被测点，当温度变化时，电阻值也随之改变，用电桥测出电阻值的变化量，即可间接得知温度的变化量。 102 模块二　简单直流电路的分析 2. 利用电桥测量质量 把电阻应变片紧贴在承重的部位，当受到力的作用时，电阻应变片的电阻就会发生变化，通过电桥电路可以把电阻的变化量转换成电压的变化量，经过放大电路放大和处理后，最后显示出物体的质量，如图所示。 103 利用电桥测量质量 模块二　简单直流电路的分析 $$