学时(电源间的变换与含受控源电路的分析).ppt

1、1,复习：,KCL、KVL方程的独立性,电路的独立变量,电阻元件,连支电流或网孔电流,节点电压是一组完备独立的电压变量,u R i,2,通常，电阻是指线性正电阻，后面我们还将涉及到负电阻，它是由有源元件等效而成，对外能提供能量。,例 一个100 、1W的碳膜电阻使用于直流电路，问使用时电压和电流不得超过的数值？,解：,当电阻工作在大电流下时，应注意选用功率大的电阻。,3,我们再看一实际电子元件-二极管(Diode),一非线性时不变电阻。,它具有单向性（unilateral），不具有双向性（bilateral）。,4,二、独立电源（source，independent source),1、理想电

2、压源(voltage source),A：特点,(a) 端电压由电源本身决定，与外电路 无关；,(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。,电路符号,所谓理想，如电池，它本身没有能量损耗，内部的化学反应使每库仑的正电荷从电池的负极移到正极时可获得一定值能量的全部，即电池的端电压是定值。,它是从实际电源抽象出来的一种模型。,5,(2) 理想电压源允许短路。？,B. 伏安特性（u-i graph）,C. 理想电压源的开路（open circuit)与短路(short circuit),(1) 开路,既可对外电路提供能量，也可从外电路接受能量，是一有源元件。,i=0,？,6,无源(passive)

3、元件：,对所有t - 及所有的u、i组合，当且仅当元件吸收的能量满足：,否则，为有源(active)元件。,该元件为无源元件。,如何辩证地理解前面讲述的电阻、理想电压源？,7,D. 功率,i , uS 关联 p=uSi,i , us非关联 p= - uSi,8,例：试用KVL列出左图回路电压方程。,解：设回路绕行方向为顺时针。,整理得：,即：沿回路一周，电阻电压降代数和 = 电源电位升代数和,9,A. 特点：,(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；,(b) 电源两端电压是由外电路决定。,电路符号：,它是从实际电源抽象出来的另一种模型。,2、理想电流源(current source),例

4、如：在一定的条件下，光电池在一定强度的光线照射时，能产生一定值的电流。且电流与照度成正比。,10,B. 伏安特性,C. 理想电流源的短路与开路,(1) 短路：i= iS ，u=0,既可对外电路提供能量，也可从外电路接受能量，是一有源元件。,11,D. 实际电流源的产生： 稳流电子设备，如光电池，晶体三极管,E. 功率,p= uis,p= uis,u , iS 关联,u , iS 非关联,12,例 求右边电路中的各个电压和电流。,解：由KCL定律：,i2 = 2+3 = 5(A),1/3上的电压：,同理得：,i3= 3-1 = 2(A),i1= 5-1 = 4(A),各电流源的电压由外电路确定。

5、如：,13,2.2 等效的二端网络,一、 两端网络（电路）,任何一个复杂的电路, 向外引出两个端钮，且从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流，则称这一电路为二端络网(或一端口网络)。,网络内部没有独立源的二端网络,二、等效的两端网络,两个两端电路，端口具有相同的电压、电流关系,则称它们是等效的电路。,14,若有一个外电路A，对A电路中的电流、电压和功率而言，满足：,明确,（1）电路等效变换的条件,（2）电路等效变换的对象,（3）电路等效变换的目的,两电路具有相同的VCR,未变化的外电路A中的电压、电流和功率,化简电路，方便计算,如何验证B和C的电路是等效的呢？,15,三、 电阻串联 (

6、Series Connection of Resistors ),1. 电路特点,(a) 各电阻顺序连接，流过同一电流 (KCL)；,(b) 总电压等于各串联电阻的电压之和 (KVL)。,16,结论：,Req=( R1+ R2 +Rn) = Rk,串联电路的总电阻等于各分电阻之和。,2. 等效电阻Req,3. 串联电阻上电压的分配,例：两个电阻分压, 如下图,17,4. 功率关系,p1=R1i2， p2=R2i2， pn=Rni2,p1: p2 : : pn= R1 : R2 : :Rn,二、电阻并联 (Parallel Connection),1. 电路特点,(a) 各电阻两端分别接在一起，

7、两端为同一电压 (KVL)；,(b) 总电流等于流过各并联电阻的电流之和 (KCL)。,i = i1+ i2+ + ik+ +in,18,1/Req= 1/R1+1/R2+1/Rn,用电导表示,Geq=G1+G2+Gk+Gn= Gk= 1/Rk,2. 等效电阻Req,3. 并联电阻的电流分配,对于两电阻并联，,19,4. 功率关系,p1=G1u2， p2=G2u2， pn=Gnu2,p1: p2 : : pn= G1 : G2 : :Gn,三、 电阻的串并联,要求：弄清楚串、并联的概念。,例1.,R = 2 ,例2.,R = 30,20,例3,求: Rab , Rcd,等效电阻是针对电路的某两

8、端纽而言，否则无意义。,21,三端无源网络:引出三个端钮的网络， 并且内部没有独立源。, 2.3 T型、 型网络的等效变换 (Y变换),T型（Y型）网络,() ，T(Y)电阻网络是三端无源网络的两个例子,22,为什么要进行两者之间 的转换呢？,型（型）网络,23,上图等效,变换条件：,对应端流进或流出的电流相等； 对应端间的电压相等。,保证变换前后电路的外特性不变。,24,Y接: 用电流表示电压,u12Y=R1i1YR2i2Y,接: 用电压表示电流,i1Y+i2Y+i3Y = 0,u23Y=R2i2Y R3i3Y,i3 =u31 /R31 u23 /R23,i2 =u23 /R23 u12 /

9、R12,i1 =u12 /R12 u31 /R31,(1),(2),由式(2)解得：,25,根据等效条件，比较式(3)与式(1)，得由Y接接的变换结果：,26,或,27,类似可得到由接 Y接的变换结果：,或,上述结果可从原始方程出发导出，也可由Y接 接的变换结果直接得到。,28,由Y :,由 Y :,特例：若三个电阻相等(对称)，则有,R = 3RY,( 外大内小 ),(1) 等效对外部(端钮以外)有效，对内不成立。,(2) 等效电路与外部电路无关。,29,应用：简化电路,例 桥 T 电路,1,2,3,2,1,3,2,30, 2.4 含独立电源网络的等效变换,一、实际电源的两种模型,实际电压源

10、,一个实际电压源，可用一个理想电压源uS与一个电阻Ri 串联的支路模型来表征其特性。当它向外电路提供电流时，它的端电压u总是小于uS ，电流越大端电压u越小。,u=uS Ri i,Ri: 电源内阻,一般很小?,31,一个实际电流源，可用一个电流为 iS 的理想电流源和一个内电导 Gi 并联的模型来表征其特性。当它向外电路供给电流时，并不是全部流出，其中一部分将在内部流动，随着端电压的增加，输出电流减小。,i=iS Gi u,Gi: 电源内电导,一般很小?,实际电流源,32,二、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以进行等效变换，所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中

11、保持不变。,u=uS Ri i,i =iS Giu,i = uS/Ri u/Ri,通过比较，得等效的条件：,iS=uS/Ri , Gi=1/Ri,33,由电压源变换为电流源：,由电流源变换为电压源：,34,等效变换的注意事项,（1）“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏-安特 性一致），对内不等效。,（2）恒压源和恒流源,（不存在）,35,（3）注意转换前后 us 与 is 的方向,36,37,（1） 理想电压源的串并联,串联:,uS= uSk ( 注意参考方向),电压相同的电压源才能并联，否则将违背KVL定律，且每个电源的电流不确定。,并联:,三、只含独立电源电路的等效化简,38,（2

12、）理想电流源的串并联,可等效成一个理想电流源 i S（ 注意参考方向）。,电流相同的理想电流源才能串联,并且每个电流源的端电压不能确定。,串联:,并联：,39,例3:,例2:,例1:,is=is2-is1,40,四、电压源与二端网络N并联，电流源与二端网络N串联,即：对于外电路而言，电压源与任意二端网络N并联都可等效为电压源。,41,同理：,即：对于外电路而言，电流源与任意二端网络串联的等效电路就是电流源本身,42,应用：利用电源转换可以简化电路计算。,例1.,I=0.5A,U=20V,例2.,若求5 中的电流呢？,43,例3.,即,？,44,2.5 受控电源及含受控电源电路的分析,一、受控电

13、源 (非独立源)(controlled source or dependent source),其输出电压或电流是由电源本身决定的，不受电源外部电路的控制。从能量关系上看，独立电源是电路的输入，它表示了外界对电路的物理作用，是电路的能量来源。,独立电源：,受控电源：,是由电子器件抽象而来的一种模型。如：晶体管、真空管等，它们具有输入端的电压（或电流）能控制输出端的电压（或电流）的特点。,45,受控电源实为一双口元件，即它含有两条支路，一为控制支路，另一为受控支路。,电路符号：,NOTE：受控源不代表外部对电路施加的影响，只表明电路内部电子器件中所发生的物理现象的一种模型，以表明电子器件的电流、电压的转移(transfer)关系。,46, : 电流放大倍数,四端元件,输出：受控部分,输入：控制部分,1) 电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source，CCCS ),（1） 四种类型,47,g: 转移电导,2) 电压控制的电流源 ( VCCS ),3) 电压控制的电压源 ( VCVS ),: 电压放大倍数,48,4) 电流控制的电压源 ( CCVS ),r : 转移电阻,* ，g， ，r 为常数时，被控制量与控制量满足线