2.5 电路的等效变换 （课件）-《电工基础》同步精品课堂（人邮版·第4版）

第二章 电路的基本知识 2.5 电路的等效变换 《电工基础》（人邮版•第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1. 熟悉电压源电流源特性 2. 知晓等效变换的条件 能力目标 1. 运用等效法分析电路 2. 掌握戴维南定理应用 情感目标 1. 培养对电路的探索欲 2. 增强解决问题的信心 第二章 电路的基本知识 导入情景 01 想象你正在为一场户外音乐会搭建灯光系统，电路复杂无比。就像搭建积木一样，我们可以把复杂电路拆分成简单部分哦，这就需要电路的等效变换啦，像电压源、电流源变换和叠加原理等方法就能派上用场。 新知学习 02 一.探索新知 2.6.1电压源与电流源等效变换 1.电压源 为电路提供一定电压的电源称为电压源。大多数电源如干电池、蓄电池、发电机等都是电压源。 新知学习 02 一.探索新知 电压源可以用一个恒定电动势E的电源与内阻r串联表示，如图 2.25(a)所示，它的输出电压(即电源的端电压)的大小为 U=E-Ir 式中，E、r为常数。随着输出电流的增加，内阻r上的电压降增大，输出电压就降低。因此要求电压源内阻越小越好。 新知学习 02 一.探索新知 如果内阻=0，则输出电压 E，与输出电流I无关,电源始终输出恒定的电压E。1-0的电压源称为理想电压源，也称恒压源，如图 2.25(b)所示，如稳压电源、新电池或内阻r远小于负载电阻R的电源，都可以看作理想电压源。事实上理想电压源是不存在的，因为电源内部总是存在内阻。 新知学习 02 一.探索新知 2.电流源 为电路提供一定电流的电源称为电流源。实际中的稳流电源、光电池等都是电流源。 新知学习 02 一.探索新知 电流源可以用一个恒定电流人的电源与内阻r并联表示,如图 2.26(a)所示它的输出电流I总是小于电流源的恒定电流。电流源的输出电流的大小为 I=Is-I0 式中，I为通过电源内阻的电流。电流源内阻r越大，负载变化引起的电流变化就越小，即输出电流越稳定。因此，要求电流源内阻越大越好。 一.探索新知 新知学习 02 如果内阻 r=∞，则输出电流 I=IS，电源始终输出恒定的电流。=”的电流源称为理想电流源，也称恒流源，如图 2.26(b)所示。事实上理想电流源是不存在的，因为电源内阻不可能为无穷大。 一.探索新知 新知学习 02 3.电压源与电流源等效变换 电压源以输出电压形式向负载供电，电流源以输出电流形式向负载供电。 在满足一定条件下，电压源与电流源可以等效变换。等效变换是指对外电路等效，即把它们与相同的负载连接负载两端的电压、流过负载的电流、负载消耗的功率都相同，如图 2.27所示。 一.探索新知 新知学习 02 电压源与电流源等效变换关系式为 IS=E/r E=IRS 应用式可将电压源等效变换成电流源，内阻r阻值不变，将其改为并联; 应用式可将电流源等效变换成电压源，内阻r阻值不变，将其改为串联。 一.探索新知 新知学习 02 【例 2.11】如图所示，已知电源E1=18V，E2=28V，R1=1Ω，R2=2Ω，R3=10Ω。求R3支路电流。 【分析】将电压源 E1、E2等效变换成电流源，合并电流源，应用分流公式可求出R支路电流。 小试牛刀 新知学习 02 解析思路 解:(1)将电压源 、等效变换成电流源，如图 2.28(b)所示。 由等效变换公式得Is1=E1/R1=18/1=18A Is2=E2/R2=28/2=14A (2)将两个并联电流源合并成一个电流源，如图2.28(c)所示Is1=E1/R1=18/1=18A Is2=E2/R2=28/2=14A (3)应用分流公式得 R;支路电流为I3=R/R+R3 Is=0.67/0.67+10 *32≈2A 新知学习 02 」注意 L (1)电压源与电流源的等效变换只对外电路等效，对内电路不等效。 (2)电压源与电流源等效变换后，电压源与电流源的极性必须一致。 (3)理想电压源与理想电流源之间不能进行等效变换。 注意 新知学习 02 小结 应用电压源与电流源的等效变换求解复杂电路的步骤如下所述。 (1)将电压源等效变换成电流源或将电流源等效变换成电压源。 (2)将几个并联的电流源(或串联的电压源)合并成一个电流源(或电压源)。 (3)应用分流公式(或分压公式)求出未知数。 新知学习 02 2.6.2戴维南定理 1.二端网络 任何具有两个出线端的部分电路都称为二端网络。若网络中含有电源称为有源二端网络否则称为无源二端网络，如图 2.29 所示。 一.探索新知 新知学习 02 2.戴维南定理的内容及应用 戴维南定理的内容是:任何线性有源二端网络，对于外电路来说，可以用一个等效电源代替:等效电源的电动势 等于有源二端网络的开路电压，等效电源的内阻R等于该有源二端网络中所有电源取零值，仅保留其内阻时所得的无源二端网络的等效电阻，如图 2.30 所示。 一.探索新知 新知学习 02 【例2.12】如图2.31(a)所示，已知E=18V，E=28V，R=1Q，R2-22，R=102，求R支路电流。 【分析】可将电路分成待求支路和有源二端网络(即等效电源)两部分，求出等效电源的电动势和内阻，得出戴维南等效电路，即可求出待求支路电流。 试一试 新知学习 02 二.任务实施 解析 新知学习 02 J注意 L (1)等效电源只对外电路等效，对内电路不等效。 (2)等效电源的电动势的方向与有源二端网络开路时的端电压极性一致。 (3)有源二端网络变成无源二端网络时，将电压源作短路处理，电流源作开路处理。 注意 新知学习 02 小结 应用戴维南定理求解复杂电路的步骤如下所述。 (1)断开待求支路，将电路分成待求支路和有源二端网络两部分。 (2)求出有源二端网络的开路电压 从，即等效电源的电动势 6。 (3)将有源二端网络变成无源二端网络，求出无源二端网络的等效电阻，即等效电源的内阻 。 (4)画出戴维南等效电路，求出待求支路电流。 小结 新知学习 02 2.6.3叠加原理 1.叠加原理的内容 叠加原理是线性电路分析的基本方法，它的内容是:由线性电阻和多个电源组成的线性电路中，任何一条支路中的电流(或电压)等于各个电源单独作用时，在此支路中所产生的电流或电压)的代数和。 探索新知 新知学习 02 2.多余电源处理 应用叠加原理求复杂电路，可将电路等效变换成几个简单电路，然后将计算结果叠加，求得原来电路的电流、电压。在等效变换过程中，要保持电路中所有电阻不变(包括电源内阻)。假定电路中只有一个电源起作用,而将其他电源作多余电源处理:多余理想电压源作短路处理多余理想电流源作开路处理。 一.探索新知 新知学习 02 一.探索新知 新知学习 02 三.任务拓展 一.探索新知 新知学习 02 用叠加原理求复杂电路的步骤如下所述。 (1)分别求各电源单独作用时的名支路电流。 (2)应用些加原里求名电源共同作用时的各支路电流。 小结 新知学习 02 」提示し 电流源等效变换、戴维南定理、加原理，可以将复杂电路等效变换成简单电路，再应用简单电路的分析方法求解。这种等效变换方法，不仅是电路分析的常用方法，也是分析与解决复杂问题的常用方法。 温馨提示 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 以下哪种电源可以近似看作理想电压源？ A. 旧电池 B. 内阻较大的发电机 C. 稳压电源 D. 普通干电池 答案：C 解析：理想电压源是内阻为 0 的电压源，输出电压与输出电流无关，始终输出恒定电压 E。稳压电源可以看作理想电压源，因为它能稳定输出电压，其特性更接近理想电压源；而旧电池、普通干电池等都有一定内阻，内阻较大的发电机内阻也较大，不能近似看作理想电压源。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 1.对于电流源，其内阻 r 越大，会导致什么结果？ A. 输出电流越不稳定 B. 输出电流越小 C. 负载变化引起的电流变化越小 D. 负载消耗功率越大 答案：C 解析：根据电流源输出电流公式，电流源内阻越大，负载变化引起的电流变化就越小，即输出电流越稳定，因为电流源内阻越大，分流的影响越小，输出电流越能保持稳定。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 电压源与电流源等效变换的条件是： A. 对内电路等效 B. 对外电路等效，负载两端电压、流过负载的电流、负载消耗功率都相同 C. 仅负载两端电压相同 D. 仅流过负载的电流相同 答案：B 解析：电压源与电流源等效变换是指对外电路等效，即把它们与相同的负载连接时，负载两端的电压、流过负载的电流、负载消耗的功率都相同，而对内电路不等效。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 应用戴维南定理求解复杂电路时，将有源二端网络变成无源二端网络，对于电压源的处理是： A. 短路 B. 开路 C. 保持不变 D. 串联一个电阻 答案：A 解析：在应用戴维南定理时，有源二端网络变成无源二端网络时，将电压源作短路处理，电流源作开路处理，这样可以求出无源二端网络的等效电阻，即等效电源的内阻。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 根据叠加原理，在由线性电阻和多个电源组成的线性电路中，一条支路中的电流（或电压）等于什么？ A. 各电源单独作用时在此支路中所产生的电流（或电压）的最大值 B. 各电源单独作用时在此支路中所产生的电流（或电压）的最小值 C. 各电源单独作用时在此支路中所产生的电流（或电压）的代数和 D. 各电源单独作用时在此支路中所产生的电流（或电压）的乘积 答案：C 解析：叠加原理的内容是：由线性电阻和多个电源组成的线性电路中，任何一条支路中的电流（或电压）等于各个电源单独作用时，在此支路中所产生的电流（或电压）的代数和。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 为电路提供一定电压的电源称为________源，其可以用一个恒定电动势的电源与内阻________表示。 答案：电压；串联 解析：为电路提供一定电压的电源是电压源，其常用的表示方法是一个恒定电动势的电源与内阻串联，通过公式来表示输出电压。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 内阻的电流源称为________电流源，其输出电流，始终输出恒定的电流，不过理想电流源实际上是________的。 答案：理想；不存在 解析：当电流源的内阻时，称之为理想电流源，也叫恒流源，其输出电流始终为，但在实际中电源内阻不可能为无穷大，所以理想电流源实际上是不存在的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 在电压源与电流源等效变换时，应用公式可将________源等效变换成________源，内阻阻值不变，将其改为并联。 答案：电压；电流 解析：应用公式可将电压源等效变换成电流源，在变换过程中，内阻的阻值不变，只是连接方式从串联改为并联。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 任何具有两个出线端的部分电路都称为________网络，若网络中含有电源称为________二端网络。 答案：二端；有源 解析：任何具有两个出线端的部分电路被定义为二端网络，如果该网络中含有电源，那么它就是有源二端网络，否则为无源二端网络。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 应用叠加原理求复杂电路时，假定电路中只有一个电源起作用，而将其他电源作多余电源处理，多余理想电压源作________处理，多余理想电流源作________处理。 答案：短路；开路。 解析：在应用叠加原理求解复杂电路时，为了将电路等效变换成几个简单电路，对于多余的电源要进行处理，多余理想电压源作短路处理，多余理想电流源作开路处理，以便分别计算各电源单独作用时的情况，最后将结果叠加得到原电路的结果。 课堂小结 04 本次学习围绕电阻并联电路展开 在安装与测量环节，掌握了将电阻并接于直流电源两端，以及用相应电表测电流、电压的方法 理论分析层面，明确了其 电压特点是各电阻两端电压相等 电流上总电流为各分电流之和 电阻上等效电阻倒数与分电阻倒数相关 功率上总功率等于各分功率之和，且电流、功率分配都与电阻阻值成反比。 1.简述电压源与电流源等效条件 2.用戴维南定理求指定支路电流 3.举例说明叠加原理生活应用 作业布置 05 感谢观看 $$