电压源、电流源及等效变换

模块三复杂直流电路电压源、电流源及等效变换模块三复杂直流电路学习目标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。模块三复杂直流电路一、电压源学习内容二、电流源三、电压源和电流源的等效变换。模块三复杂直流电路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模块三复杂直流电路受控电源：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模块三复杂直流电路一、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+—模块三复杂直流电路电压源是以输出电压的形式向负载供电的，如图2所示。IRLR0+-EU+–电压源输出电压源的外特性U0=EIU理想电压源O电压源rEIs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模块三复杂直流电路可见，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。IRLr0+-EU+–图2电压源输出当式中若r0=0理想电压源:U≡E即，当r0RL，U=E，可近似认为是理想电压源。U=E-Ir0模块三复杂直流电路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理想电压源模块三复杂直流电路b、特点IE+_U+_RL外特性曲线IUEO(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。模块三复杂直流电路例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IE+_U+_RL当RL=10时，当RL=1时，U=10V得出：I=U/R=10A根据欧姆定律RU得出：I=U/R=1AU=10V根据欧姆定律I=RUI=模块三复杂直流电路提示：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。模块三复杂直流电路二、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实际电流源模块三复杂直流电路IRL电流源模型rUrUIS+－U0=ISR0电流源的外特性IU理想电流源OIS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5I=Is－srU模块三复杂直流电路若rs=理想电流源:IIS若rsRL，IIS，可近似认为是理想电流源。IRL电流源模型rUrUIS+－I=Is－srU模块三复杂直流电路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理想电流源模块三复杂直流电路RL外特性曲线IUISOIISU+_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。模块三复杂直流电路例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=ＩＲ＝10V根据欧姆定律：U=IR根据欧姆定律：U=IR得到：U=ＩＲ＝1００V解：RLIISU+_模块三复杂直流电路U＋－RLI电源IUS+UR0＋－－IsR0U＋－I三、电压源和电流源的等效变换。模块三复杂直流电路IRLR0+–EU+–电压源RLR0UR0UISI+–电流源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。模块三复杂直流电路2、等效互换条件U=EI·R0U=IR0·R0=Is·R0I·R0=(IsI)·R0第1章IE+UR0＋－－IsR0U＋－IIUIR0E=R0=R0Is·R0模块三复杂直流电路电压源模型电流源模型电流源模型电压源模型R0EIs=R0=R0E=Is·R0R0=R0IE+UR0＋－－IsR0U＋－IIsR0U＋－IIE+UR0＋－－模块三复杂直流电路即：①电流源的恒定电流等于电压源的短路电流；②电压源和电流源的内阻相等。③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。模块三复杂直流电路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不消耗能量消耗能量R0说明IUS+UR0＋－－IsR0U＋－I模块三复杂直流电路3）电压源（恒压源）与电流源（恒流源）之间不能互换。IsUS+–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。模块三复杂直流电路④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。模块三复杂直流电路•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。模块三复杂直流电路•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rE模块三复杂直流电路•（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内阻不变模块三复杂直流电路•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。模块三复杂直流电路•（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===9A11ER18122ER91模块三复杂直流电路•（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／（Ｒ１＋Ｒ２）=0.5Ω模块三复杂直流电路•（3）最后可求得R3上电流为Ｉ３＝ＩｓRRR3＝【０．５÷（４＋０．５）】×２７＝３Ａ模块三复杂直流电路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：①电流源的恒定电流等于电压源的短路电流；②电压源和电流源的内阻相等；③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。小结3.等效指的是外部等效，内部并不等效。理想电压源与理想电流源不能等效变换。4.分析电路时可不考虑与理想电压源并联的电路元件，可短接与理想电流源串联的电路元件。模块三复杂直流电路作业课本70~71页第8、9、11题模块三复杂直流电路