第二章 电阻电路的分析








2.1 等效变换的概念
2.2 电阻的串联和并联
2.3 电阻的 Y形连接与 Δ连接的等效变换
2.4 两种实际电源的模型及等效变换
2.5 电路的分析方法
2.6 叠加定理
2.7 戴维南定理和诺顿定理
第二章 电阻电路的分析








2.1 等效电路的概念
? 如果一个网络有两个端纽与其它电路相连,则称
为两端网络。
? 如果两个二端电路 N1和 N2的端口电压和电流的
关系完全相同时,对连接到其上同样的外部电路
的作用效果相同,则称 N1和 N2是等效的。
第二章 电阻电路的分析








? 等效网络对外电路具有完全相同的影响可以相互
替代,称为等效替代。
? 这种替代有时可以简化电路的分析。
图 2.1.1
第二章 电阻电路的分析








2.2 电阻的串联和并联
一、电阻的串联:
? 电阻首尾相接,通过同一电流。
? 总电阻为各电阻之和,即 R= ∑Ri
? 各电阻上的分压公式为 I R1 R2
U1 U2+ +_ _
+ _Ua
b
URR RU 21 11 ??
URR RU ??? 21 22
各电阻取用的功率:
ii RIP 2?
第二章 电阻电路的分析








例, 一个 10V电压表,其内阻为 20KΩ,现将电压表量程
扩大为 250V,应串联多大的电阻?
解, U= 250V,U1=10V,
Rg= 20KΩ
则 U1:U=Rg:( R+ Rg)
???? 3104 80R
G

U2
U1



+
+
Rg
R

U
第二章 电阻电路的分析








二、电阻的并联:
? 电阻首尾分别相接,承受同一电压。
? 并联时总等效电阻为,G= ∑Gi
? 各电阻上的电流为
? I1:I2:I3=G1:G2:G3
? 两个电阻并联时,流过电阻的电流分别是
i2i1
i
R2R1
+
_
a
b
u
i
RR
R
i
i
RR
R
i
21
1
2
21
2
1
?
?
?
?
第二章 电阻电路的分析








d
c
b
a


e
IL
+
RL
U
UL

例,图 所示的是用变阻器调节负载电阻 RL,两端电压
的分压电路 。 RL= 50Ω,电源电压
U= 220V,中间环节是变阻器 。 变阻
器的规格是 100Ω3A,现把它平分为
四段, 在图上用 a,b,c,d,e等点
标出 。 试求当滑动触点分别在 a,c点
时, 负载和变阻器各段所通过的电
流和负载电压并说明使用时的安全
问题 。
第二章 电阻电路的分析








解,( 1)在 a点时:
ARUI
ea
ea 2.21 0 0
2 2 0 ???0?LU 0?LI
(2)在 c点时:
等效电阻 R’为 RL与 Rca并联,再与 Rec串联,即
??????????? 755025505050 5050' ec
Lca
Lca R
RR
RRR
ARUI ea 93.275220' ??? AII caL 47.1293.2 ???
VIRU LLL 5.7347.150 ????
因为,Iea= 2.93< 3A,所以变阻器是安全的。
第二章 电阻电路的分析








§ 2.3 电阻 Y连接与 Δ连接的变换
在电路中有一种无源三端电路,如图 所示,其中图( a)
为 Y形连接,( b)为△形连接。
这两种电路在一定条件下,可以进行等效互换,从而大
大简化电路计算。
第二章 电阻电路的分析








1.Y → Δ:
R
RR
RRR
R
RR
RRR
R
RR
RRR
3
13
1331
1
23
3223
3
21
2112
???
???
???
2,Δ → Y:
312312
3123
3
312312
2312
2
312312
3112
1
RRR
RR
R
RRR
RR
R
RRR
RR
R
??
?
??
?
??
?
第二章 电阻电路的分析








( a )
R
1
db
c
a
R
4
R
5
R
2 R
3
I

U
S

( b )
R
a
d
b
c
a
R
4
R
c R
3
I

U
S

R
b
例, 在图 示电路中,已知 R1= 10Ω,R2= 30Ω,
R3=22Ω,R4=4Ω,R5=60Ω,US=22V,求电流 I。
第二章 电阻电路的分析








?
??
?
??
?
??
?
??
??
?
???
??
?
???
??
?
18
603010
6030
3
603010
3010
6
603010
6010
521
52
521
21
321
51
RRR
RR
R
RRR
RR
R
RRR
RR
R
c
b
a
??
???
??
??
???
??
??
11
422186
221846
3
))((
))((
43
34
RRRR
RRRR
RR
ca
ca
bbd在根据串、并联公式,求出
ARUI
bd
s 2
11
22 ???
解,
第二章 电阻电路的分析








? 特别
当 Y连接的三个电阻相等时,即
R1=R2=R3=RY
则变换成 Δ连接时,
R Δ= R12=R23=R31=3RY
当 Δ连接的三个电阻相等时,即
R12=R23=R31= R Δ
则变换成 Y连接时,
RY = R1=R2=R3=
?R3
1
第二章 电阻电路的分析








§ 2.4 电压源与电流源及其等效变换法
? 实际电压源与理想电压源是有差别的,它总有内阻,其
端电压不为定值,可以用一个电压源与电阻相串联的模
型来表征实际电压源 。
+
-
US
RS I +
-
a
b
U
0
U
US
I
U=US
U=Us-RsI
第二章 电阻电路的分析








? 实际电流源与理想电流源也有差别,其电流值不为定值,
可以用一个电流源与电阻相并联的模型来表征实际电流
源。如图所示。
I
Rs
Is +
_
U
O
I
Is
I=Is
Is=U / Rs+ I
U
第二章 电阻电路的分析








? 实际电源两种模型是可以等效互换的。如图所示。
第二章 电阻电路的分析








S
S
S R
UI ?电压源变电流源,Ri不变
电流源变电压源:
SSS RIU ?
Ri不变
说明,
1.理想电压源与理想电流源之间不能进行等效互换;
2.等效互换仅对外部电路而。
3.互换时要考虑电压源电压的极性与电流源电流的方
向的关系。
两种电源等效变化的条件是:
第二章 电阻电路的分析








例题,
试计算图所示电路中 1Ω电阻上的电流 I。
解,根据电源等效变换的原理,可将原图依次变换为图
( a), ( b)、( c)、( d)和图( f) 。
第二章 电阻电路的分析








( a) ( b)
( c) ( d)
第二章 电阻电路的分析








AI 2312 2 ????
( f)
根据图 ( f),可得
第二章 电阻电路的分析








§ 2.5电路的分析方法
? 以支路电流为未知量,直接应用 KCL和 KVL定律,
建立与未知电流数相等的电路方程,联立求解出
各支路电流。
? 以图示电路为例,说明支路电流法的分析步骤。
一、支路电流法
第二章 电阻电路的分析








? (1) 在给定的电路图中,节点数 n= 2,支路数 b= 3,设定
各支路电流 I1,I2,I的参考方向。
? (2) 选择 (n- 1)= 1个独立节点 a点,写出 1个 KCL方程。
? (3) 选 b- 1= 2个独立回路,并设定其绕行方向,列写出
各回路的 KVL方程。
I1+ I2- I= 0
R1I1- US1+US2- R2I2=0
R2I2- US1+US2- R2I2=0
第二章 电阻电路的分析








设电路参数如下:
E1=140V,E2=90V,R1=20Ω,R2=5Ω,R3=6Ω,代入上
述方程,得
I1+I2- I3=0
20I1+6I3=140
5I2+6I3=90
解之,得
I1= 4 A
I2= 6 A
I3= 10A
第二章 电阻电路的分析








? 网孔电流法是以假想的网孔电流为未知量,通过
列写网孔的回路电压方程,求出网孔电流,进而
求出电路中的代求量。

二、网孔电流法
第二章 电阻电路的分析








以图示电路为例,说明网孔电流法。
设每个网孔有一个假想的回路电流 il1,il2,il3,
并按顺时针方向流动,。
网孔 1
R1i?1+ R4( i?1 –i?2 ) + R5( i?1 + i?3) = -uS1
网孔 2
R2 i?2 + R4( i?2 –i?1) + R3( i?2 + i?3) = uS2–uS3
网孔 3
R6i?3 + R3( i?2 + i?3) + R5( i?1 + i?3) = - uS3
第二章 电阻电路的分析








经整理,
网孔 1
( R1 + R4 + R5 ) i?1 – R4i?2 + R5i?3 = -uS1
网孔 2
–R4i?1 +( R2 + R3+ R4) i?2 + R3i?3 = uS2 – uS3
网孔 3
R5i?1 + R3i?2 +( R3 + R5 + R6) i?3 = - uS3
第二章 电阻电路的分析








? 写成一般形式:
R11Il1+ R12Il2+ R13Il3= US11
R21Il1+ R22Il2+ R23Il3= US22
R31Il1+ R32Il2+ R33Il3= US33
说明,
R11,R22,R33称为网孔的自电阻,分别是网孔 1,2、
3的回路电阻之和,取正值; R11,R22,R33称为网孔的
互电阻,分别是相邻网孔 1,2,网络 2,3,网孔 3,1的
共有电阻,互电阻取负值; US11,US22,US33分别为三
个网孔的电压源的代数和,凡电压源的电压方向与网孔
电流方向一致时,取正号,反之,取负号。
第二章 电阻电路的分析








? 节点电压法是以电路中各节点电压为未知量,通过列写节
点电流方程,联立求解出各个节点电压。
? 下面通过例题,介绍节点电压法的解题步骤 。
例,计算图中的 A点和 B点的电位。 C点为参考点。
三、节点电压法
第二章 电阻电路的分析








? 解:对节点 A和 B列写电流方程。
0
0
425
321
???
???
III
III
应用欧姆定律求各条电流。
3
3
2
2
1
1
1,,R
UI
R
UUI
R
UEI AABA ?????
5
5
5
4
4,R
UEI
R
UI BB ???
第二章 电阻电路的分析








? 将各电流代入前式:
0
321
1 ?????
R
U
R
UU
R
UE AABA
0
325
5 ?????
R
U
R
UU
R
UE AABB
将上式整理,得
1
1
2321
1111
R
E
RURRR A ?????
?
???
? ??
5
5
5422
1111
R
EU
RRRUR BA ????
?
???
? ????
第二章 电阻电路的分析








? 写成一般形式:
G11U1- G12U2=IS11
- G21U1+G22U2=IS22
其中,G11,G22为自电导,取正值; G12,G21为互电导,
取负值; IS11,IS22分别为流入节点 A和 B的电流源电流的代
数和,流入节点的电流取正,流出节点的电流取负值。
前面例题中,代入数值,求得
UA=10V,UB=20V
第二章 电阻电路的分析








§ 2.6叠加定律
? 叠加定律:
对于线性电路,任何一条支路中的电流(或电压 ),都
可以看成是由电路中的各个电源(电压源和电流源)分
别作用时,在此支路中所产生的电流(或电压)的代数
和。
以图示电路为例,介绍叠加定律的解题步骤。
第二章 电阻电路的分析








( 1)将图 a所示电路的电流可以看成是由图 b和图 c所示
两个电路的电流叠加。
32
2
32
32
1
1'
RR
R
RR
RRR
U
I S
?
?
?
?
?
图 b:
图 c:
31
1
31
31
2
2"
RR
R
RR
RRR
UI S
?
?
?
?
?
叠加:
31
1
31
31
2
2
32
2
32
32
1
1
"'
RR
R
RR
RR
R
U
RR
R
RR
RR
R
U
III
SS
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
第二章 电阻电路的分析








? 应用叠加定律时应注意,
1.此定律只适应于线性电路的电压和电流,不
适用于直接计算功率;
2.某一独立电源单独作用时,其余独立电源不
起作用,即将其余电压源作短路、电流源作开
路代替,电路的其它部分不变;
3.叠加时应注意电压和电流的参考方向,求其
代数和。
第二章 电阻电路的分析








2.7 戴维南定理和诺顿定理
2.7.1戴维南定理
戴维南定理:任何一个线性有源两端网络,对
外电路来说,都可以用一个电压源和一个电阻的串
联组合来替代。电压源的电压等于该有源网络的开
路电压 UCC,串联电阻 RS等于该网络中的独立电源
为零后的等效电阻。
第二章 电阻电路的分析








例 1:在图示( a)桥式电路中,设 US= 12V,R1=R2=5Ω,
R3=10Ω,R4=5Ω,G为检流计,其电阻 RG= 10Ω,试求流过
检流计中的电流。
解 ( 1)将代求支路断开,求开
路电压 US。
(b)
(a)
第二章 电阻电路的分析








如图 (b)所示,
A
RR
UI S 2.1
55
12
21
' ?
?
?
?
?
ARR UI S 8.055 12"
43
?????
VIRIRU S 22.158.010'" 13 ???????
第二章 电阻电路的分析








(2)求等效电阻 R0。
令有源两端网络中的电源为零,如图所示,则
???????????? 8.5510 51055 55
43
43
21
21
0 RR
RR
RR
RRR
第二章 电阻电路的分析








? ( 3)在等效戴维南电路中,求电流 IG。
如图所示。
AR UI OCG 1 2 6.0108.5 2R
G0
?????
第二章 电阻电路的分析








例 2:求图示电路中的电流 I。
解:
VU OC 242463 344 ??????
当待求支路断开时,电
路的开路电压为:
第二章 电阻电路的分析








( 2)求 R0。
?????? 6443 430R
( 3)求 I。
AI 326 24 ???
第二章 电阻电路的分析








二、诺顿定理,
一个线性含源两端网络,对外电路来说,可以用一个电
流源和一个电阻的并联支路来代替。电流源的电流等于
该网络的短路电流 ISC,并联电阻等于该网络的所有独立
电源为零时的输入电阻 R0。
第二章 电阻电路的分析








例,求图( a)电路的诺顿等效电路。
AI 25101 ??
解:将网络短路,求其短路电流 ISC。
AII SC 42 1 ??AI 2
5
10
1 ??
第二章 电阻电路的分析








? 求 R0。如 图示将 10V电
压源用短路代替,在端
口上外加电压 U,
I=0
则端口电流
I=-2I1=0

00 ?? UIG
得诺顿等效电路如图 (c) 所示
第二章 电阻电路的分析








在电子电路中,接在电源输出端或接在有源二端网
络两端的负载 RL,获得的功率为
RRR URIP OC
2
0
2 ??
?
?
???
?
???
当 R=0 或 R→∞ 时,
P= 0,P有一个极大值,

0?dtdp
可确定 当 RL=R0时,该最大值为
C
OC
R
UP
4
2
m a x ?
三、最大传输功率
第二章 电阻电路的分析








1,所谓两个结构和元件参数完全不同的电路
,等效,,是指它们对外电路的作用效果完全相同,
即它们对外端钮上的电压和电流的关系完全相同。
小 结
2.在电阻串联电路中:通过各电阻的电流相同;
等效电阻R等于各电阻之和; 电路的总电压等于各电阻
上电压之和。
3.在电阻并联电路中:各电阻两端的电压相同;等
效电导等于各电导之和; 电路中的总电流等于各电流之
和。
4.电阻 Δ形和 Y形连接电路的可以等效变换。
第二章 电阻电路的分析








5.一个具有内阻的实际电源,可以选用电压源模型
或电流源模型来表征,两种电源模型对外电路可以等
效互换。
6.以支路电流作变量列写方程,求解 支路电流的方
法称为支路电流法。
7.以网孔电流作为变量列写方程的方法,称为网孔
电流法。
8.叠加定理只适用于线性电路的电压和电流。
9.戴维南定理解题步骤,求开路电压、求等效
内阻、画出等效电路接上待求支路,最终根据最
简单电路求待求量。
10,负载获得最大功率的条件, 即 RL=R0。 此最
大功率为 U2o/4R0。