电压源、电流源及等效变换.ppt

电压源 电流源及等效变换 学习目标 1 掌握电压源的定义和特点 2 掌握掌握电流源的定义和特点 3 掌握电压源和电流源变换的方法 一 电压源 学习内容 二 电流源 三 电压源和电流源的等效变换 1 支路电流法 以电路中各支路电流为未知量 然后应用基尔霍夫电流定律和电压定律分别对节点和回路列出所需要的方程组 而后解出各未知支路电流的方法 假定各支路电流方向及各回路绕向 选定独立节点 列出独立的KCL电流方程式 选定网孔 列出独立的KVL电压方程式 带入参数 解联立方程组 2 应用支路电流法的步骤 复习 受控电源 指电压源的电压或电流源的电流受电路中其它部分的电流或电压控制的电源 独立电源 指电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独立存在的电源 电源 独立电源 受控电源 电压源 电流源 新课教学 一 电压源 1 实际电压源 由电动势E和内阻r0串联的电源电路模型 如图1所示 例如 发电机 电池及各种信号源都含有电动势E和内阻r0 因此 都可以用电压源来表示 a 定义 或 图1实际电压源 电压源是以输出电压的形式向负载供电的 如图2所示 电压源输出 电压源的外特性 当电压源向负载输出电压时 如图2所示 电源的端电压U总是小于它的恒定的电动势E 电源的端电压U 电动势E和内阻r0之间有如下关系 U E Ir0 图2 可见 电压源的供电特性是电源的端电压随输出电流的增大而减小 电压源的内阻越小 它对外供电就越稳定 故电压源的内阻越小越好 图2电压源输出 当式中 若r0 0 理想电压源 U E 即 当r0 RL U E 可近似认为是理想电压源 U E Ir0 2 理想电压源 a 定义 内阻为零的电压源称为理想电压源 如图3所示 由于理想电压源的输出电压恒等于电源电动势且与负载大小无关 所以又称为恒压源 图3理想电压源 b 特点 1 内阻R0 0 2 输出电压为一定值 恒等于电动势 对直流电压 有U E 3 恒压源中的电流由外电路决定 例1 设E 10V 接上RL后 恒压源对外输出电流 电压恒定 电流随负载变化 当RL 10 时 当RL 1 时 U 10V 得出 I U R 10A 根据欧姆定律 得出 I U R 1A U 10V 根据欧姆定律 I I 提示 理想电压源实际上是不存在的 也就是说实际上电源总是存在一定数值的内阻 但如果电压源的内阻远小于负载电阻 即r R 就可以把它看成是理想电压源了 应注意 理想电压源不允许短路 否则电源的输出电流将很大 容易造成电源的损坏 二 电流源 1 实际电流源 a 定义 由电流IS和内阻rs并联的电源的电路模型 如图4所示 实际使用的稳流电源 光电池等可视为电流源 图4实际电流源 U0 ISR0 电流源的外特性 理想电流源 O IS 电流源 电流源向负载R输出电流时 如图5所示 它输出的电流I与电流源的恒定电流Is 输出电压U 输出之间的关系是 可见 电流源的供电特性是输出电流随内阻的增大而增大 故电流源的内阻越大越好 图5 I Is 若rs 理想电流源 I IS 若rs RL I IS 可近似认为是理想电流源 I Is 2 理想电流源 a 定义 内阻为0的电流源称为理想电流源 如图6所示 它对外供电电流稳定不变 对外供电电流的大小取决于负载电阻的大小 图6理想电流源 外特性曲线 I U IS O b 特点 1 内阻R0 2 输出电流是一定值 恒等于电流IS 3 恒流源两端的电压U由外电路决定 例2 设IS 10A 接上RL后 恒流源对外输出电流 当RL 1 时 I 10A 电流恒定 电压随负载变化 当RL 10 时 I 10A 得到 U 10V 根据欧姆定律 U IR 根据欧姆定律 U IR 得到 U 1 V 解 三 电压源和电流源的等效变换 1 电压源和电流源等效变换的含义 一电压源与一电流源互相变换后对同一负载供电性能不变称为这两个电压源和电流源的等效变换 2 等效互换条件 U E I R0 U IR0 R0 Is R0 I R0 Is I R0 第1章 电压源模型电流源模型 即 电流源的恒定电流等于电压源的短路电流 电压源和电流源的内阻相等 电压源的电动势E的方向与电流源恒定电流IS的方向必须保持一致 2 所谓 等效 是指 对外电路 等效 即对外电路的伏 安特性一致 对于电源内部并不一定等效 例如 在电源开路时 1 电压源模型与电流源模型互换前后电流的方向保持不变 即IS和Us方向一致 R0不消耗能量 3 电压源 恒压源 与电流源 恒流源 之间不能互换 因理想电压源内阻为0 而理想电流源内阻为无穷大 不能满足r0 rs故理想电压源与理想电流源不能等效变换 任何一个电动势E和某个电阻R串联的电路 都可化为一个电流为IS和这个电阻并联的电路 例3试将左图中的电压源转换为电流源 将右图中的电流源转换为电压源 解 1 将电压源转换为电流源电流源电流的参考方向与电压源正负极参考方向一致 Is 12 3 4A内阻不变 2 将电流源转换为电压源电压源正负极参考方向与电流源电流的参考方向一致 E Isr 2 8V 16V内阻不变 例4电路如下图所示 试用电源变换的方法求R3支路的电流 1 将两个电压源分别等效变换成电流源 这两个电流源的内阻仍为R1 R2 两等效电流则分别为IS1 18AIS2 9A 2 将两个电流源合并成一个电流源 其等效电流和内阻分别为IS IS1 IS2 27AR R1R2 0 5 3 最后可求得R3上电流为 1 用一个恒定的电动势E与内阻串联表示的电源称为电压源 内阻 0的电压源称为理想电压源 用一个恒定的电流与内阻并联表示的电源称为电流源 内阻 0的电流源称为理想电流源 2 实际电压源与实际电流源可以等效变换 等效变换的条件是 电流源的恒定电流等于电压源的短路电流 电压源和电流源的内阻相等 电压源的电动势E