电压源、电流源及等效变换.ppt

模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路电压源、电流源及等效变换电压源、电流源及等效变换模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路学习目标学习目标 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模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路 一、电压源学习内容学习内容 二、电流源三、电压源和电流源的等效变换模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路1 1、、支路电流法支路电流法: :以电路中各支路电流为未知量，然后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复习模块三模块三 复杂直流电路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受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电受控电源：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。

路中其它部分的电流或电压控制的电源路中其它部分的电流或电压控制的电源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独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受独立电源：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外电路的控制而独立存在的电源外电路的控制而独立存在的电源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新课教学模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路一、电压源1、实际电压源、实际电压源 由电动势由电动势 E E 和内阻和内阻 r r0 0 串联的电源电串联的电源电路模型，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 0 ，因此，都可以用电压源来表示a、定义：、定义：或图1 实际电压源+—模块三模块三 复杂直流电路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I IR RL LR R0 0+ +- -E EU U+ +– –电压源输出电压源的外特性电压源的外特性U U0 0= =E E I IU U理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源O O电压源电压源 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 0之间有如下关系： U=E-Ir0图2模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路可见，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I IR RL Lr r0 0+ +- -E EU U+ +– –图2 电压源输出当式中当式中当式中当式中若若若若 r r0 0 = 0= 0理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源 : : U U ≡ ≡ E E 即，当即，当即，当即，当 r r0 0<< << R RL L ，，，，U U = = E E ，可近似认为是理想电压源可近似认为是理想电压源可近似认为是理想电压源可近似认为是理想电压源U=E-Ir0模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路2 2、理想电压源、理想电压源a、定义：、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模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路b、特点、特点I IE E+ +_ _U U+ +_ _R RL L外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线 I IU UE EO O(1) (1) 内阻内阻内阻内阻R R0 0 = 0= 0(2) (2) 输出电输出电输出电输出电压压压压为为为为一定值一定值一定值一定值, , 恒等于电动势。

对直流电压恒等于电动势对直流电压恒等于电动势对直流电压恒等于电动势对直流电压, , 有有有有 U U     E E3) (3) 恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路例例例例1 1：设：设：设：设 E E = 10 V = 10 V，接上，接上，接上，接上R RL L 后，恒压源对外输出电流后，恒压源对外输出电流后，恒压源对外输出电流后，恒压源对外输出电流电压恒定，电流随负载变化电压恒定，电流随负载变化电压恒定，电流随负载变化电压恒定，电流随负载变化I IE E+ +_ _U U+ +_ _R RL L当当 R RL L= 1= 10 0  时，时， 当当 R RL L= 1 = 1  时，时，U U = 10V = 10V得出得出：：I I = U/R=1= U/R=10 0A A根据欧姆定律得出：得出：I= U/R=1AI= U/R=1AU U = 10V = 10V根据欧姆定律I=I=模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路提示： 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模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路二、电流源1、实际电流源、实际电流源a、定义：、定义：由电流由电流由电流由电流 I IS S 和内阻和内阻和内阻和内阻 r rs s 并联的电源的电路模型并联的电源的电路模型并联的电源的电路模型并联的电源的电路模型，，，，如图如图如图如图4 4所示实际使用的稳流电源、光电池等可视为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模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路I IR RL L电流源模型电流源模型电流源模型电流源模型r rU Ur rU UI IS S+ +－－－－U U0 0= =I IS SR R0 0 电流源的外特性电流源的外特性电流源的外特性电流源的外特性I IU U理想电理想电理想电理想电流源流源流源流源O OI IS S电流源电流源电流源向负载电流源向负载R R输出电流时，如图输出电流时，如图5 5所示，它输出的电流所示，它输出的电流I与电流源的恒定电流与电流源的恒定电流Is、输出电压、输出电压U U、输出之间的关系是：、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，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故电流源的内阻越大越好图5I=Is－模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路若若若若 r r s s= =    理想电流源理想电流源理想电流源理想电流源 : : I I     I IS S 若若若若 r rs s>>>>R RL L ，，，，I I     I IS S ，可近似认为是理想电流源可近似认为是理想电流源可近似认为是理想电流源可近似认为是理想电流源I IR RL L电流源模型电流源模型电流源模型电流源模型r rU Ur rU UI IS S+ +－－－－I=Is－模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路2、理想电流源、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 模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路RL外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线 IUISOIISU+_b、特点、特点(1) (1) 内阻内阻内阻内阻R R0 0 = =     ；；；；(2) (2) 输出电输出电输出电输出电流是一定值，恒等于电流流是一定值，恒等于电流流是一定值，恒等于电流流是一定值，恒等于电流 I IS S ；；；；(3) (3) 恒流源两端的电压恒流源两端的电压恒流源两端的电压恒流源两端的电压 U U 由外电路决定。

由外电路决定由外电路决定由外电路决定模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路例例2：设：设 IS = 10 A，接上，接上RL 后，恒流源对外输出电流后，恒流源对外输出电流当当当当 R RL L= 1 = 1    时，时，时，时， I I = 10A = 10A ，，，，电流恒定，电压随负载变化电流恒定，电压随负载变化电流恒定，电压随负载变化电流恒定，电压随负载变化当当当当 R RL L = 10 = 10    时，时，时，时， I I = = 10A ，，，，得到：U U = = ＩＲ＝ＩＲ＝ＩＲ＝ＩＲ＝10 V10 V根据欧姆定律：U=IR根据欧姆定律：U=IR得到：U U = = ＩＲ＝ＩＲ＝ＩＲ＝ＩＲ＝1 1００００００００V V解：解：RLIISU+_模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路U＋＋－－RLI 电源IUS+UR0＋＋－－－－IsR0U＋＋－－I三、电压源和电流源的等效变换模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路I IR RL LR R0 0+ +– –E EU U+ +– –电压源电压源电压源电压源R RL LR R0 0U UR R0 0U UI IS SI I+ +– –电流源电流源电流源电流源1 1、、电压源和电流源等效变换的含义：一电压源与一电流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。

和电流源的等效变换模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路2 2、、等效互换条件等效互换条件U = EI·R0U = IR0·R0 = Is·R0  I ·R0 = ( Is I ) ·R0第1章IE+UR0＋＋－－－－IsR0U＋＋－－IIUIR0 E = R0 = R0 Is·R0模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路电压源模型电压源模型 电流源模型电流源模型电流源模型电流源模型　　 电压源模型电压源模型R0EIs =R0 = R0E = Is · R0 R0 = R0IE+UR0＋＋－－－－IsR0U＋＋－－IIsR0U＋＋－－IIE+UR0＋＋－－－－模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路即：即：①①电流源的恒定电流等于电压源的短路电流电流源的恒定电流等于电压源的短路电流；； ②②电压源和电流源的内阻相等电压源和电流源的内阻相等 ③③电压源的电动势电压源的电动势E E的方向与电流源恒定电流的方向与电流源恒定电流I IS S 的方向必须保持一致的方向必须保持一致 模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路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 说明说明IUS+UR0＋＋－－－－IsR0U＋＋－－I模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路3 3）） 电压源（恒压源）与电流源（恒流源）电压源（恒压源）与电流源（恒流源） 之间不能互换之间不能互换IsUS+–因理想电压源内阻为因理想电压源内阻为0，而理想电流源内阻为无穷，而理想电流源内阻为无穷大，不能满足大，不能满足r0=rsr0=rs故理想电压源与理想电流源不能故理想电压源与理想电流源不能等效变换等效变换模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路④④④④ 任何一个电动势任何一个电动势任何一个电动势任何一个电动势 E E 和某个电阻和某个电阻和某个电阻和某个电阻 R R 串联的电路，都可化为串联的电路，都可化为串联的电路，都可化为串联的电路，都可化为一个电流为一个电流为一个电流为一个电流为 I IS S 和这个电阻并联的电路和这个电阻并联的电路和这个电阻并联的电路和这个电阻并联的电路模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路• 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。

模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路•解解：•（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模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路•（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=Is r=2×8V=16V 内阻不变模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路• 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模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路•（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这两个电流源的内阻仍为R R1 1、、R R2 2，两等效电流则，两等效电流则分别为分别为 IS1 = = = 18A IS2 = = = 9A模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路•（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其等效电流和内阻分别为 IS = IS1 +IS2 = 27A R = R1R2 ／（Ｒ１＋Ｒ２）= 0.5Ω模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路•（3）最后可求得R3上电流为 Ｉ３＝　　　Ｉｓ＝【０．５÷（４＋０．５）】×２７＝３Ａ模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路1.1.用一个恒定的电动势用一个恒定的电动势E与内阻串联表示的电源称为电与内阻串联表示的电源称为电压源，内阻压源，内阻=0=0的电压源称为理想电压源；用一个恒定的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，内阻电流与内阻并联表示的电源称为电流源，内阻=0=0的电流的电流源称为理想电流源源称为理想电流源2.2.实际电压源与实际电流源可以等效变换，等效变换的条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：件是：①①电流源的恒定电流等于电压源的短路电流电流源的恒定电流等于电压源的短路电流；； ②②电压源和电流源的内阻相等；电压源和电流源的内阻相等； ③③电压源的电动势电压源的电动势E E的方向与电流源恒定电流的方向与电流源恒定电流I IS S的的方向必须保持一致。

方向必须保持一致小结小结3.3.等效指的是外部等效，内部并不等效理想电压源与理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想电流源不能等效变换4.4.分析电路时可不考虑与理想电压源并联的电路元件，可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短接与理想电流源串联的电路元件模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路作业作业课本70~71页第8、9、11题模块三模块三 复杂直流电路复杂直流电路。