电路基础1-6电压源与电流源

§1-6电压源和电流源一、理想电压源(VoltageSource)是一个有源二端元件，其端电压在任意瞬时与其端电流无关：或者恒定不变（直流情况），或者按照某一固有函数规律随时间而变化。电路符号：abUS定义US为恒定电压源或直流电压源时，有时用此图形符号ab＋－uS+US–+–•u(t)与端电流i(t)无关，即理想电压源的端电压不受外电路的影响。＋－usi外电路ab＋－u理想电压源接外电路u(t)=uS(t)理想电压源的端口电压u(t)为图（a）为直流电源，t=任何值，us=10v。图（b）为负指数电源，t=1S,us=10v。t=0s,us=10/0.368v。图（c）为正弦交流电源，t=/2,us=0v。t=/4,us=10v。ooUS=10Vus=10e/0.368v-tttuuuT/2Tous=10sin2tvt(a)(b)(c)①电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。如果时间给定，us的电压为常数。特点ui0US1.与电流轴平行2.位置随时间t的改变而改变1.与电流轴平行2.位置不随时间改变i0uS(t)u理想电压源的伏安特性(a)若uS=US，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与电源中的电流无关。(b)若uS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是这样。②通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。下页上页例Ri-+Su外电路RuiS)(0Ri)0(Ri电压源不能短路！返回uS=10VR=0i=PuS=短路R=10i=1AP=10WR=100i=0.1AP=1WR=i=0AP=0W开路注意？③电压为零的电压源，伏安曲线与i轴重合，相当于短路状态。us=0......+-短路a)电压源是无穷功率源。b)电压源在电路中有时也起负载作用。iuPS电压源的功率①电压、电流参考方向非关联；+_iu+_SuiuPS电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。iuPS发出功率，起电源作用物理意义：下页上页+_iu+_Su②电压、电流参考方向关联；物理意义：电场力做功，电源吸收功率iuPS吸收功率，充当负载返回电压源的功率例计算图示电路各元件的功率解V5)510(RuA155RuiRW5152RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV发出吸收吸收满足：P（发）＝P（吸）下页上页Ω5Ri+_Ru+_10V5V-+返回*实际电压源也不允许短路，因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。*一个实际电压源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。实际电压源1）实际电压源模型：由电压源和内阻RS串联组成。i+_uSRS+u_R2）外特性(VAR)u=us–iRS输出电流i一定时，RS越大，输出电压u越小。RS一定时，输出电流i越大，输出电压u越小。RS:电源内阻,一般很小。uiouSRSi其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u无关的元件叫理想电流源。电路符号2.理想电流源定义uSi+_下页上页理想电流源的电压、电流关系①电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。返回直流：iS为常数交流：iS是确定的时间函数，如iS=ImsintuiSi直流电流源的伏安关系0②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。下页上页例Ru-+Si外电路SRiu)0(0Ru)(Ru电流源不能开路！返回iS=1AR=0u=0P=0短路R=10u=10VP=10WR=100u=100VP=100WR=u=P=开路3)电流为零的电流源，伏安曲线与u轴重合，相当于开路状态。.....is=0开路.uiSi0可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。下页上页实际电流源的产生：电流源的功率u+_SiSuiP①电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用SuiP②电压、电流的参考方向关联；u+_Si吸收功率，充当负载SuiP返回例计算图示电路各元件的功率解A2SiiV5uW10522uiPSAW10)2(55iuPSV发出吸收满足：P（发）＝P（吸）下页上页u2Ai+_5V-+返回实际电源干电池钮扣电池1.干电池和钮扣电池（化学电源）干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势1.35V，用固体化学材料，化学反应不可逆。下页上页返回氢氧燃料电池示意图2.燃料电池（化学电源）电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。下页上页返回3.太阳能电池（光能电源）一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到P-N结上，形成一个从N区流向P区的电流。约11%的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。一个50cm2太阳能电池的电动势0.6V,电流0.1A太阳能电池示意图太阳能电池板下页上页返回蓄电池示意图4.蓄电池（化学电源）电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应可逆。下页上页返回直流稳压源变频器频率计函数发生器下页上页返回发电机组下页上页返回草原上的风力发电下页上页返回