-电源及其等效变换

1、 1.6 电压源电压源 和和 电流源电流源一一、理想电压源理想电压源：电源两端电压为：电源两端电压为uS，其值与流过它的电流，其值与流过它的电流 i 无关。无关。1. 特点：特点：(a) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b) 通过它的电流由外电路决定。通过它的电流由外电路决定。直流：直流：uS为常数为常数交流：交流： uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin t电路符号电路符号R10V UIuSi设设: Us=10V2 R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时： I = 10A 当当R1接入时接入时 ： I = 5A

2、则：则：R22 例例: 电路如图电路如图IUs+_U+_2. 伏安特性伏安特性US(1) 若若uS = US ，即直流电源，则其伏安特性为平行于，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与电流轴的直线，反映电压与 电源中的电流无关。电源中的电流无关。 (2) 若若uS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样这样。电压为零的电压源，伏安曲线与电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合轴重合,相当于短路元件相当于短路元件。uS+_iu+_uiO3. 理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(1) 开路：开路：R ，i=0，

3、u=uS。(2) 短路：短路：R=0，i ，理想电源出现理想电源出现病态，病态，因此理想电压源不允许短路。因此理想电压源不允许短路。* 实际电压源也不允许短路。因其内实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。烧毁电源。US+_iu+_rUsuiOu=US r i实际电压源实际电压源二二、理想电流源理想电流源：电源输出电流为：电源输出电流为iS，其值与此电源的端电，其值与此电源的端电压压 u 无关。无关。1. 特点：特点：(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b) 电源两端电压电源两端电压由外电

4、路决定。由外电路决定。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流： iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t电路符号电路符号+_uiSUIR1AVUAIR1,1,1 VUAIR10,1,10 2. 伏安特性伏安特性IS(1) 若若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电，即直流电源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与压轴的直线，反映电流与 端电压无关。端电压无关。 (2) 若若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这这样样 电流为零的电流源，伏安曲线与电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合轴重合,相相当于开

5、路元件当于开路元件 uiOiSiu+_3. 理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路R(2) 开路：开路：R，i= iS ，u 。若强。若强迫断开电流源回路，电路模型为病迫断开电流源回路，电路模型为病态，态，理想电流源不允许开路。理想电流源不允许开路。(1) 短路：短路：R=0， i= iS ，u=0 ，电流，电流源被短路。源被短路。iSiu+_4. 实际电流源的产生：实际电流源的产生： 可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照

6、射下光电池被激发产生一定值的电流等。线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化 量量U+_abIUabUab = U （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的

7、大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定uS+12电阻电阻+uiuS+12+ui 任一电阻与电压源并联对外电路来说，就等效于这个电压源，任一电阻与电压源并联对外电路来说，就等效于这个电压源，并联元件对外电路不起作用。并联元件对外电路不起作用。电流源与电阻串联：电流源与电阻串联：iS12+ui电阻电阻iS12+ui 任一任一电阻电阻与电流源串联对外电路来说，就等效于这个与电流源串联对外电路来说，就等效于这个电流源，串联元件对外电路不起作用。电流源，串联元件对外电路不起作用。电压源与电阻并联：电压源与电阻并联：a(b)U5A2 3 b(a)+-5V3 2 aU+-abU2 5V(a)a5

8、AbU2 (b)解解:一个高电压、高内阻的电压源，在外部负载电阻较一个高电压、高内阻的电压源，在外部负载电阻较小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。RUS+_iu+_rr =1000 ，US =1000 V， R =12 时时 当当 R =1 时，时，u=0.999 V 当当 R =2 时，时，u=1.999 VR1Aiu+_将其等效为将其等效为1A的电流源的电流源： 当当 R =1 时，时，u=1 V 当当 R =2 时，时，u=2 V与上述结果误差均很小。与上述结果误差均很小。5. 功率功率iSiu+_p发发=uis 1.7 受控电源受

9、控电源 (非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)1. 定义定义：电压源电压或电流源电流不是给定的时间函电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路（或元件）的电数，而是受电路中某个支路（或元件）的电压压(或电流或电流)的控制。的控制。电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源受控源类型受控源类型受控源的电压或电流是电路中其它部分电压或电流的函数受控源的电压或电流是电路中其它部分电压或电流的函数i2+u1+u2i1 = 0 u1压控电压源压控电压源 (VCVS)u2 = u1 转移电压比转移电压比(无量纲

10、常数无量纲常数) +u1 = 0 i1i2+u2 i1流控电压源流控电压源 (CCVS)u2 = i1 转移电阻转移电阻(电阻量纲电阻量纲)i2+u1g u1+u2i1 = 0压控电流源压控电流源 (VCCS)i2 = g u1g 转移电导转移电导(电导量纲电导量纲)i2i1 +u1 = 0 i1+u2流控电流源流控电流源 (CCCS)i2 = i1 转移电流比转移电流比(无量纲常数无量纲常数)例例:ic= ib用以前讲过的元件无法表示此用以前讲过的元件无法表示此电流关系电流关系,为此引出新的电路模为此引出新的电路模型型电流控制的电流源电流控制的电流源.一个三极管可以用一个三极管可以用CCCS

11、模型来表示模型来表示CCCS可以用一个三极管来实现可以用一个三极管来实现.ib ib控制部分控制部分受控部分受控部分RcibRbic输入端口是控制支路，输入端口是控制支路，输出端口是受控支路输出端口是受控支路.(a) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source ) : : 电流放大倍数电流放大倍数r : 转移电阻转移电阻 u1=0i2= i1 u1=0u2=r i1CCCS i1+_u2i2+_u1i12. 分类：分类：根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u或电流或电流i ，受控源可分，受控源可分为四种类型：当被控制

12、量是电压时，用受控电压源表示为四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。(b) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source )+_u1i1+_u2i2CCVS+_+_u1i1r i1+_u2i2CCVS+_g: 转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数 i1=0i2=g u1 i1=0u2= u1VCCSgu1+_u2i2+_u1i1(c) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source

13、)+_u1i1 u1+_u2i2VCVS+_(d) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )3. 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1) 独立源电压独立源电压(或电流或电流)由电源本身决定，与电路中其它由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压电压、电流无关，而受控源电压(或电流或电流)直接由控制直接由控制量决定。量决定。(2) 独立源作为电路中独立源作为电路中“激励激励”，在电路中产生电压、，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电流，而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电

14、路中不能作为电路中不能作为“激励激励”。受控电源的分类比较受控电源的分类比较代号代号VCVSVCCSCCVSCCCS名称名称电压控制电压控制电压源电压源电压控制电压控制电流源电流源电流控制电流控制电压流电压流电流控制电流控制电流源电流源+u1+u2 u1 +u2 ri1 i1i2 i1 i1+u1i2gu1 符号符号控制量控制量u1i1i1u1被控量被控量i2u2i2u2被控支被控支路关系路关系12uu12gui 12riu 12ii2.5 理想电压源和理想电流源的串并联理想电压源和理想电流源的串并联 一、一、 理想电压源的串并联理想电压源的串并联串联串联:uS= uSk ( 注意参考方向注意

15、参考方向)电压相同的电压源电压相同的电压源才能并联，且每个才能并联，且每个电源的电流不确定。电源的电流不确定。uSn+_+_uS1+_uS+_5VI5V+_+_5VI并联并联:snssuuu.1二二.、理想电流源的串并联、理想电流源的串并联可等效成一个理想电流源可等效成一个理想电流源 i S（ 注意参考方向）注意参考方向）.电流相同的理想电流源才能串联电流相同的理想电流源才能串联,并且每个电流并且每个电流源的端电压不能确定。源的端电压不能确定。串联串联:并联：并联：iS1iS2iSkiSskssssksiiiiii 21 ,321ssssuuuu +uS3_+_uS1+_uSuS2+返回返回i

16、S1iS2iS3iS321ssssiiii 一、电压源一、电压源IRL 电压源模型电压源模型由图由图:U = Us IR0电压源外特性如图：电压源外特性如图：若若 R0 RL理想电压源理想电压源 : U = UsUs 电压源外特性电压源外特性IUR0+-UsU+2.6 实际电源的两种模型及其等效变换实际电源的两种模型及其等效变换二、电流二、电流源源0RUIIS IRLI若若 : RO 理想电流源理想电流源: I = I S UI伏安特性伏安特性电流源模型电流源模型R0UR0UIS+RO越大越大特性越陡特性越陡三三 、电源的等效变换、电源的等效变换本小节将说明实际电压源、实际电流源两种模型可本小

17、节将说明实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的以进行等效变换，所谓的等效等效是指是指端口的电压、电流在端口的电压、电流在转换过程中保持不变。转换过程中保持不变。u=uS Ri ii =iS u/Rii = uS/Ri u/Ri 通过比较，得等效的条件：通过比较，得等效的条件： iS=uS/Ri , Ri=1/RiiRi+u_iSi+_uSRi+u_i+_uSRi+u_由电压源变换为电流源由电压源变换为电流源iRi+u_iSiiissRRRui ,Rii+_uS+u_由电流源变换为电压源由电流源变换为电压源iRi+u_iSiiissRRRiu ,(2) 所谓的所谓的等效等效是对是

18、对外部电路外部电路等效，对等效，对内部电路内部电路是不等效的。是不等效的。注意注意：开路的电流源可以有电流流过并联电导开路的电流源可以有电流流过并联电导Ri 。电流源短路时电流源短路时, 并联电导并联电导Ri中无电流。中无电流。 电压源短路时，电阻中电压源短路时，电阻中Ri有电流；有电流； 开路的电压源中无电流流过开路的电压源中无电流流过 Ri；iS(3) 理想电压源与理想电流源不能相互转换。理想电压源与理想电流源不能相互转换。i+_uSRi+u_方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。(1) 变换关系变换关系数值关系数值关系: iS iiRi+u_iS应用应用：利用电源转换可以简化电路计算。：利用电源转换可以简化电路计算。例例1.I=0.5A5A3 4 7 2AI+_15v_+8v7 7 I6A76V+2Ai2226A72Ai2223A9A72Ai1