电压源、电流源及等效变换讲课教案

I
＋
Is
R0 U
－
I ＋ R0 +U E －－
E = Is ·R0
= R0 R0
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 说明
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。
根据欧姆定律：U=IR
得到：U = ＩＲ＝10 V
IS
当 RL = 10 时， I = 10A ， 根据欧姆定律：U=IR 得到：U = ＩＲ＝1００V
I
+
U _
RL
电流恒定，电压随负载变化。
模块三 复杂直流电路
三、电压源和电流源的等效变换。 I
＋
I
电
＋ U
源－
RL
R0 +U －US －
I
＋
Is
• 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。
模块三 复杂直流电路
新课教学
电源
独立电源 受控电源
电压源 电流源
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。
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。
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。
当式中 U=E-Ir0
若 r0 = 0
理想电压源 : U ≡ E
即，当 r0<< RL ，U = E ，可近似认为是理想电压源。
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。
当 RL= 1 时，
U = 10V
I
根据欧姆定律
I= U
R
得出：I = U/R=10A
当 RL= 10 时，
+ E_
+
U _
RL
U = 10V 根据欧姆定律 I= U
R
得出：I= U/R=1A
电压恒定，电流随负载变化
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。
模块三 复杂直流电路
一、电压源
1、实际电压源
a、定义：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。
+
—
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。
I
U 理想电压源
I
+
U
IS
r r U RL
－
电流源模型 I=Is－ U
rs
若 r s= 理想电流源 : I IS
若 rs>>RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。
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。
+ E
+
U0=E
电压源
-
U
R0
–
电压源输出
RL
图2
O
电压源的外特I s性
E r
I
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
r 压U、电动势E和内阻 0之间有如下关系：
U=E-Ir0
模块三 复杂直流电路
I
+ E
+
r0
U
RL
–
图2 电压源输出
可见，电压源的供电特性是电源的端电压随输出电
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：
电流源
理想电 流源
IS
r r U RL
－
O
I IS
电流源模型
电流源的外特性
图5
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：
I=Is－
U r
s
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。
模块三 复杂直流电路
图3 理想电压源
模块三 复杂直流电路
b、特点
I
+ +
E_
U _
U
E
RL
O
I
外特性曲线
(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 = 10 V，接上RL 后，恒压源对外输出电流。
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电压源、电流源及等效变换
模块三 复杂直流电路
学习内容
一、电压源 二、电流源 三、电压源和电流源的等效变换。
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复习
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。 2、应用支路电流法的步骤
R0 U
－
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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。
I
+
E
+
Hale Waihona Puke – R0URL
–
电压源
I U+ IS R0 R0 U RL
–
电流源
第1章 模块三 复杂直流电路
2、等效互换条件
I
U
＋
R0 +U
E －－
U = EI·R0 E = Is·R0 R0 = R0
Is I
I
＋ IR0 R0 U
－
U = IR0·R0
= ( Is I ) ·R0 = Is·R0 I ·R0
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电压源模型
I ＋
R0
+U
Is
E
－－
电流源模型 I ＋
R0 U －
E
Is = R0
= R0 R0
电流源模型 电压源模型
图6 理想电流源
模块三 复杂直流电路
b、特点
I
U
+
IS
U _
RL
O
I IS
外特性曲线
(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 = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。
解：当 RL= 1 时， I = 10A ，
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。
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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
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I
U
+ U
U0=ISR0