电路仿真技术（北大）第2章.pptVIP

第2章 直流电路的基本分析方法 2.1 电路的支路电流法 2.1.1 支路电流法 2.1.2 支路电流法的解题步骤 2.2 节点电压法 2.2.1 弥尔曼定理分析法 2.2.2 多节点的电路电压法 2.3 叠加定理及应用注意事项 2.3.1 叠加定理 2.3.2 应用注意事项 2.4 戴维南定理和诺顿定理 2.4.1 戴维南定理 2.4.2 诺顿定理 2.5 最大功率传输定理 2.5.1 负载获得最大功率的条件 2.5.2 最大功率传输定理 2.6 本 章 小 结 在电路中，经常遇到最大功率传输问题，如戴维南等效电路的外接不同负载RL时，由于RL不同，流经RL的电流就会不同，RL上获得的功率大小也会不同。那么，下面讨论满足什么条件负载才能从同一个电路中取得最大功率的问题。 在图2.10所示的电路中，UO和RO组成一个实际电压源，RL为负载电阻。在能量的传输过程中，由于线路中存在一定阻值，所以RO是由电压源内阻加上线路中电阻串联而得，因而电源提供的功率一部分消耗在内阻上，另一部分传送给负载。负载电阻RL变化时，负载上获得功率大小随时间变化，负载何时能获得最大功率呢？ 图2.10 负载功率传输电路 求得RO＝RL时，RL上的功率PL最大，即RL获得最大功率的条件为RO＝RL。 由图2.10可列式得 负载RL上的功率为 在UO和RO恒定的条件下，PL值的大小与负载RL有关。当 时，PL为最大值。 由上面所述RL获得最大功率的条件为：RO＝RL 最大功率传输定理：若负载电阻等于电源内阻，则负载上获得的功率为最大。 对应的最大功率为： 这里要强调，当RO＝RL时，负载可获得最大功率，但电能的传输效率只有50%。所以在电力系统的电力线路传送电能是不要求电阻匹配的；而在电子线路是以处理弱电信号为目的， * 教学提示：本章主要介绍几种常用的分析直流电路的方法：支路电流法；节点电压法；叠加定理；戴维南定理和诺顿定理；最大功率传输定理。 教学要求：初步掌握支路电流法；解题方法和步骤；理解节点电压的概念，理解节点电压法；熟练掌握用弥尔曼定理求解电路的基本方法；理解叠加定理的适用范围和叠加性；熟练掌握戴维南定理分析电路的方法；理解负载获得最大功率的条件及应用范围。 实际中的电路结构是各种各样的，仅仅只用前面所学习过的电路分析方法去分析复杂电路显然不够用，还需要用更多的分析方法，对电路的基本定律和基本分析方法进一步扩展。下面介绍用支路电流法分析复杂电路，并给出了支路电流法分析电路的解题步骤。 支路电流在电路中客观存在，构成了许多复杂的电路，支路电流法是分析复杂电路的基本方法之一。支路电流法是以各条支路电流设为未知量，运用KCL和KVL定律对电路列出方程式，并求解出各未知量。下面举例说明运用支路电流法解题的方法。 解：本题有3条支路、2个节点、3个回路和2个网孔、参考方向如图2.1所标示。根据KCL和KVL，对回路I(或网孔I)和回路Ⅱ(或网孔Ⅱ)列方程式，可得 【例2.1】 如图2.1所示电路，已知 =120V， =100V，R1=R2=2Ω，R3=54Ω，用支路电流法求出各支路电流I1、I2、I3。 图2.1 例2.1电路示意图 对节点a列KCL方程： I1+I2=I3 将已知元件数值代入方程组，并化简得 对回路I列KVL方程： R1I1+R3I3= 对回路Ⅱ列KVL方程： R2I2+R3I3= I1+I2-I3=0 I1=60-27I3 I2=50-27I3 求解联立方程组得 I1=6A (参考方向与实际方向一致) I2=-4A (参考方向与实际方向相反) I3=2A (参考方向与实际方向一致) 从上述分析可得出支路电流法的解题步骤： (1) 确定电路中支路数，并选择独立节点和独立回路。 (2) 设定各支路电流的参考方向及回路的参考绕行方向。 (3) 运用KCL定律列出独立节点的电流方程式。 (4) 运用KVL定律列出独立回路的电压方程式。 (5) 将已知元件参数代入，求解联立方程组，得出各支路电流。 前面介绍的支路电流法是将支路电流作为未知量，但在解决电路的某些问题，如电路中支路数目较多，列方程的数目就会多，计算量也会很大。本节引入节点电压法，在电路节点数不多且支路数较多的情况下，它是一种计算