“电工电子”课程中直流电路分析方法诠释与总结

作者：孟艳花

来源：《中国电力教育》20xx年第02期

摘要：针对高等院校中非电专业学生开设的“电工电子”课程中直流电路提出了任何一个线性直流电路都可以采用基尔霍夫定律、基本定理（叠加定理、戴维南定理和诺顿定理）、电源的等效变换进行分析的方法，并通过实例对各种分析方法进行了诠释与总结。

关键词：直流电路分析；基尔霍夫定律；基本定理；电源等效变换

作者简介：孟艳花（1976-），女，河南南乐人，河南工业大学电气工程学院，讲师。（河南 郑州 450001）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（20xx）02-0061-02

“电工电子”是高等院校中非电专业开设的一门专业基础课程。通过本课程的学习，学生获得电工技术和电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工技术和电子技术的应用和发展概况，为继续学习以及从事与本专业有关的工程技术和科学研究等工作打下一定的基础。而在“电工电子”的学习过程中，电路分析是最基础、最重要的环节，尤其是直流电路的分析。

一、直流电路分析方法的重要性

“电工电子”课程的电路部分主要包含有：直流电路、单相交流电路和三相交流电路。直流电路部分的基本知识、基本定律以及电路的分析和计算方法不仅适用于直流电路也同样适用或稍加扩展后适用于交流电路。因为不论是直流电路或交流电路，都是由电源、负载和中间环节组成。两者的区别在于：直流电路中激励、响应、负载的大小稳定；而交流电路中的激励和响应是变化量，负载一般情况下是复数阻抗，但二者分析的物理量（电压、电流和功率）基本相同，只要在分析交流电路时采用相量表示相应的物理量就可以了。直流电路的分析还是今后分析电子技术部分电子电路的重要基础，只有理解并掌握了直流电路的分析方法，才能熟练地对交流电路以及电子电路进行分析和计算。

二、直流电路分析方法的诠释

直流电路的分析方法总结起来大致有三种：基尔霍夫定律、基本定理和电源等效变换。下面通过具体的实例分析，诠释一下上述三种方法的解题过程。

1.基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是在 18xx年由德国人基尔霍夫提出，包括基尔霍夫第一定律（基尔霍夫电流定律，简写为 KCL）和基尔霍夫第二定律（基尔霍夫电压定律，简写为 KVL），KCL和 KVL是电路中的结构约束，是在实验的基础上得出的结论，它是各节点电流和各支路电压所必须遵守的共同规律，而与元件的性质无关，只要是集总电路，KCL和 KVL总是成立的，它与元件约束一起构成了电路分析的两个基本依据，该定律是解决复杂电路的重要工具。运用KCL对电路中的节点列电流方程、运用KVL对电路中的回路列电压方程计算电路中未知的电流和电压，从而可使复杂的问题简单化。另外KCL和KVL分别可以推广到闭合的面和一段电路上应用。因此深入理解和掌握基尔霍夫定律及运用其列方程求解未知量对解决复杂电路中的问题具有重要的意义。

运用基尔霍夫定律解题的方法有：支路电流法、节点电位法和网孔法。这几种方法都是应用基尔霍夫电流定律对电路中的节点列电流方程、应用基尔霍夫电压定律对回路列电压方程实现物理量的求解过程。以图1所示电路为例用支路电流法，求解各支路电流。

支路电流法是以电路中的支路电流为未知量，运用KCL和KVL分别列电压方程和电流方程，联立方程求解的过程。

对图2电路中的节点1和网孔分别列电流和电压方程：

I2=I1+IS

I2R2+I1R1-US=0

代入数据，解得：

I1=-1A

I2=4A

2.基本定理

运用基本定理进行直流电路分析的方法有：叠加定理、戴维南定理和诺顿定理。这几种方法都是根据定理所叙述的内容对直流电路进行分析，利用后两种定理分析电路的基本原理是相同的：戴维南定理阐述了任何一个有源二端网络等效成一个实际电压源的过程；诺顿定理阐述了任何一个有源二端网络等效成一个实际电流源的过程，而两种实际电源之间可以进行相互等效。

（1）叠加定理。叠加定理：在含有多个有源元件的线性电路中，任一支路的电流和电压等于电路中各个有源元件单独作用时在该支路中产生的电流和电压的代数和。下面分别运用叠加定理对图1实例进行电路分析。

当电压源和电流源单独作用时，电路如图3和4所示。可列方程：

电压源单独作用时：

代入数据，解得：

I11=I21=2A

电流源单独作用时：

代入数据，解得：

I12=-3A

I22=2A

两个电源共同作用时：

I1=I11+I12=-1A

I2=I21+I22=4A

教师在使用叠加定理分析计算电路应注意以下几点：叠加定理只能用于计算线性电路（即电路中的元件均为线性元件）的支路电流或电压（不能直接进行功率的叠加计算，因为功率与电压或电流是平方关系，而不是线性关系）；电压源不作用时应视为短路，电流源不作用时应视为开路；电路中的所有线性元件（包括电阻、电感和电容）都不予更动，受控源则保留在各分电路中；叠加时要注意电流或电压的参考方向，正确选取各分量的正负号。

（2）戴维南定理。戴维南定理是由法国科学家戴维南于18xx年提出的一个电学定理。由于早在18xx年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。具体内容：对外部电路而言，任何一个线性有源二端网络都可以等效成一个实际的电压源，实际电压源的电压等于有源二端网络的开路电压，内电阻等于将原有源二端网络内部电源去掉后，在端口处得到的等效电阻。下面分别运用戴维南定理对图1实例进行电路分析。

首先求解I1，断开I1所在支路，形成有源二端网络，如图5所示。有源二端网络的端口电压：U0=ISR2=5×3=15V

将该有源二端网络内部电源去掉，形成无源二端网络，电路如图6所示。

R0=R2=3Ω

则该有源二端网络就可以等效成图7所示电路。将断开的I1支路连接上，形成图8所示电路。求得：

I1=

同理可求解I2。

在使用戴维南定理分析电路时应注意：戴维南定理只对外电路等效，对内电路不等效，也就是说，不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后，又返回来求原电路（即有源二端网络内部电路）的电流和功率；应用戴维南定理进行分析和计算时，如果待求支路后的有源二端网络仍为复杂电路，可再次运用戴维南定理，直至成为简单电路；戴维南定理只适用于线性的有源二端网络，如果有源二端网络中含有非线性元件时，则不能应用戴维南定理求解。

3.电源的等效变换

电源的等效变换：即一个电压为US、内阻为RS的电压源可以等效成一个电流为

US/RS、内阻为RS的实际电流源；同理一个电流为IS、内阻为R0的实际电流源也可以等效为一个电压为ISR0、内阻为R0的实际电压源。利用两种电源之间的等效变换，将电路简化最终应用欧姆定律进行求解。以图1所示电路为例运用电源等效变化求解I2。

等效变换的过程如图9所示。最终变换成了单回路，运用欧姆定律求解：

I2=

在使用电源的等效变换分析电路时应注意：只有实际电压源与实际电流源之间才能相互等效，且等效是指对外电路等效；将实际电压源等效为实际电流源时，实际电流源的电流从实际电压源的正极流出。

三、结论

上述实例的分析过程表明：任何一个线性的直流电路，都可以采用基尔霍夫定律、基本定理（叠加定理、戴维南定理和诺顿定理）、电源的等效变换进行分析。但在实际分析电路时，要想选择适合电路的最简单方法进行分析，就要求熟悉掌握每种分析方法的特点和分析过程。 参考文献：

[1]唐介.电工学（少学时）[M].北京：高等教育出版社，20xx：13-24.

[2]吴谦.关于电路中基尔霍夫定律的思考[J].北京电力高等专科学校学报（自然科学版），20xx，28（9）.

[3]秦曾煌.电工学（上册）[M].北京：高等教育出版社，20xx：36-54.

（责任编辑：李杰）

第二篇：电工电子实验中心建设和教学改革总结

电工电子实验中心建设和教学改革总结

总结材料

成 果 完 成 人 卢道明、王效华、李锐奇、 叶希梅、许碧荣、欧阳林群、 陈丽华、范有机、邵海龙

武夷学院

20xx年x月x日

电工电子实验中心建设和教学改革总结

电工电子实验中心自20xx年以来，根据本科实验教学的需要和实验教学发展趋势，在学校领导的大力支持下，中心的全体实验教师和实验技术人员，积极开展实验室建设和实验教学改革，取得了很大的成绩。现在电工电子实验中心的实验室设备配置基本达到了本科教学大纲和省级示范中心的标准，基本满足电类各专业的实验教学的需要。电工电子实验中心于20xx年顺利通过省示范中心的申报工作。

1.根据本科要求，加强实验室建设工作

我系电工电子实验教学中心在原有大学物理实验室、模拟/数字电路实验室、单片机/微机接口实验室的基础上，经过近五年来的建设，已形成能满足电子类学科本科实验教学和学生开展科技创新活动的综合实验教学中心。现中心下设大学物理实验室、电路/电工基础实验室、模拟电子技术实验室、数字电子技术实验室、电机与拖动实验室、电力电子实验室、高频电路实验室、传感器实验室、微机接口技术/单片机原理实验室、ARM/DSP实验室、EDA/PLC实验室、电子制作室、电子研发室。能开出实验项目300多项。20xx年以来，我们在实验室建设和教学改革方面做了大量的工作，取得了一定的成绩，到目前为止，在科研与实验教学相互促进，提高学生创新能力方面取得一序列成果。新增实验室，扩大实验范围，填补了多门专业课程实验的空白。自20xx年以来，增建了ARM/DSP实验室、电机拖动/电力电子实验、电子实训室。弥补了《电机拖动技术》、《电力电子技术》、

《ARM嵌入式系统》、《DSP数字信号处理》等课程的实验教学需要，扩展了单片机实验、PLC实验、EDA实验的教学内容，增加了20多项综合性和设计性实验；增加了应用性强的综合型和研究设计型实验题目，现在这几门实验实课开设的实验项目80%以上为综合型和研究设计型实验项目，对于培养学生的创新精神和科学研究能力发挥了重要的作用。通过建设，现在各实验室不仅可以完成正常课程的实验教学任务，还可以为学生科研训练、毕业设计及其它科技活动提供实验条件和场所。

2.组织教师完成了实验讲议编写

为了适应现代科学技术与教育技术、手段的迅速发展，实验教材内容要根据我校的实验设备更新、教学工作中总结的经验、发现问题，不断改进和完善实验项目、内容、方法，及时改编实验教材。

近年来，中心人员根据实验中心的新设备自编的实验教材目录如下：《电路分析实验教程》、《电工学实验教程》、《模拟电路实验教程》、《数字电路实验教程》、《单片机原理实验教程》、《微机接口实验教程》、《PLC实验教程》等。

⒊加大实验室开放和科技活动，培养学生的实践能力

为培养学生的创新精神，充分发挥学生学习的主动性，实现资源共享，实验教学中心教师和实验技术人员，利用课余时间和节假日全面对学生开放，效果良好，深受广大同学的欢迎。为提高学生的实践能力，实验教学人员利用实验室开放的时间积极组织学生参加各种科

技活动。鼓励学生到实验室从事科技制作、科学小实验等课外科技创新活动， 通过学生的自主学习、合作学习和研究性学习，使学生的创新意识和实践动手能力在实验中得到显著提高。

⒋加强实验室管理，进一步完善了实验室的规章制度

为加强实验室建设和教学管理，电工电子实验中心制定了实验室的规章制度。

为了保证实验教学的正常进行，实验中心强化科学管理，制定了《武夷学院实验教学管理条例》、《武夷学院电工电子实验室工作管理规程 》、《电工电子实验中心学生实验守则》等一系列规章制度，理顺了管理体制，有效地促进了实验室建设和实验教学改革。实现了资源共享，实行标准化服务，提高服务质量。

为规范实验设备管理，实验教学中心制定了一系列规章制度，如：《仪器设备损坏、丢失赔偿制度》、《低值耐用品管理办法》、《仪器设备管理制度》、《实验室安全卫生制度》、《仪器设备操作规程》、《仪器室管理制度》等，这些规章制度的建立，使我中心的实验设备的管理进一步规范化、制度化，实验设备利用率和完好率得到提高。

为加强实验中心人员管理，增加中心人员的责任心和使命感，充分发挥中心人员的积极性，制定了《实验教师岗位职责》、《实验技术人员岗位职责》等各类人员和岗位职责。

5.积极开展了教学改革

（1）建立了一个分层次、多模块、各教学子系统相互衔接的实验教

学体系。加强了学生实践能力和创新精神的培养，学生的科技创新能力明显提高。

（2） 积极开展实验新项目的开发工作，努力进行创新性实验的研究。近5年来，共完成单片机能用实验模块，智能仪表通用模板和实用变频技术实验电路等实验新项目，已新增新实验项目20多项。目前尚有多项的创新性实验项目正在进行之中。

（3）将科研案例、成果及先进的科研方法引入实验教学，增强实践教学的生动性、开阔学生的视野和知识面。遵循以学生实践能力、创新能力、科学思维能力和创新精神的培养为核心的实验教学理念，重视实验教学与科研、工程和社会应用实践的结合。吸收部分学生在业余时间参与科研项目的开发和实验室的建设，增强学生的实践动手能力、培养学生的创新精神。组织学生参与教师的科研工作，与教师共同进行实验研究，研制出适合于电工实验室使用的多功能电功率仪表，现已应用于我校的电路基础/电工实验室，使用效果良好。

（4） 积极进行“校企合作，工学结合”，努力为企业服务，提供了多种新产品，多个产品被省市科技部门立项扶持。

（5）加强学生创新精神培养和科技训练。对参加福建省大学生电子设计竟赛的学生进行培训，20xx年在福建省大学生电子设计竟赛中取得一等奖2项、二等奖1项、三等奖2项，20xx年获福建省大学生电子设计竟赛2等奖1项的好成绩。积极开展劳动技能培训，5年来，共有200多学生获得劳动部颁发中级维修电工证书。

6.加强了中心的科研平台和示范作用

（1）中心的教学资源向校内全面开放，中心各实验室不仅向本

院学生开放，也向校内其它学院的师生开放，为教师提供教学科研条件，为相关专业学生提供科技创新场所。

（2）中心新的教学理念、先进的教学方法、以及实验教学研究成果，不仅可以向校内推广，也可同省内外高校交流，起到辐射作用。

（3）中心接受武夷山职业学院和闽北职业技术学院等多个兄弟院校的学生的培训。在闽北地区具有一定的示范性和辐射性作用。

（4）中心的教师近年来共发表有关教研、科研及教研科研相结合的论文60余篇，其中被SCI收录的7篇，被EI收录的3篇，核心期刊20余篇。

武夷学院电工电子实验中心 20xx年x月x日