第1讲 两种电源模型

I
E
E r
讨论的 对象
I U
R
r
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
实际电压源伏安关系： U E Ir
熟练 记住
实际电压源伏安关系曲线：
U
E r
I
m
U
如图所示 的参考方 向
n I
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
电路开路时， 电压等于零吗？
U m I=0,U=E
实际电压源VAR曲线中两个特殊的点： （1）m点：I=0，U=E，此时的电压U称为开路 电压，用UOC表示，故该点称为开路电压点。
E2 E1
r
R1 I
（3）各电源的功率。 对于多个电源的单一闭合回路，若电流参考方向与电动
势数值大的那个方向一致，则电流为正，反之，为负。
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第一节 两种直流电源模型
闭合电路OML和部分电路OML区别 范围 闭 合 回 路 整个闭合回路 OML 系 对象 E ， I ，和 R 之间 的关
部 分 电 路 闭合电路中一部分（纯 端电压U，I和R之间
OML
电阻）
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第一节 两种直流电源模型
练习：如图所示电路，(a)图中R的伏安特性曲线如(b)图所示，则电路
中电流I为多少？
I(A)
R + 12v (a)
I 1Ω
0
45° U(V)
(b)
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第一节 两种直流电源模型
E
r
Ur
I
U
RL
（3）改变电流的参考方向，重求前两解。
对于单一电源的闭合回路，若电流参考方向与电动势方 向一致，则电流为正，反之，为负。
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
例题：电路如图（2）所示，已知电源电动 势E1=12V，E2=6V，内阻r=1Ω，负载R1=2Ω。 试求：（1）电路中的电流I。 （2）改变电流的参考方向，电流I又是多少？
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
例题：电路如图所示，已知电源电动势E=10V，r=2Ω，试问：
（1）可变电阻RL为何值时，能从电源处获得最大功率，获得最大
功率是多少？
（2）此时电源内阻消耗多少功率？
（3）电源产生多少功率，电源的利用效率为多少？
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第一节 两种直流电源模型
I
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第一节 两种直流电源模型
三、单一闭合电路OML
E
R E1 r2 E2
r
RL
r1
I
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第一节 两种直流电源模型
三、单一闭合电路OML
R1 E1 r1 R2 R3
R1 E1 r1 R2//R3
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第一节 两种直流电源模型
三、单一闭合电路OML
R1 E1 r1 E3 r2 E2 R2 r3
四、负载获得最大功率问题 推导：
2R E E Po I 2 R ( )2 R rR r 2 2rR R 2
I E r RL

E2 R ( R r )2 4 rR

E2 ( R r )2 4 rR R
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第一节 两种直流电源模型
当负载阻值RL=r时，负载可从电源处获得最大 功率，获得的最大功率为：
实际电压源VAR曲线中两个特殊的点： （1）m点：U=0,I=IS，此时的电流I称为短路电 流，用Isc表示，故该点称为短路电流点。
I=0,U=IsRs n U
（2）n点：I=0，U=IsRs，此时的电压U称为开 路电压，用Uoc表示，故该点称为开路电压点。
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第一节 两种直流电源模型
（1）负载RL何时获得最大功率，获得的最大功率为多少？
（2）定值电阻R1何时获得最大功率，获得的最大功率为多少？
I E r R1 RL
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第一节 两种直流电源模型
2．外特性 （1）伏安关系（VAR）及伏安关系曲线
伏安关系：理想电压源输出电压U和输出电流I呈现的关系。
I
Is
U
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第一节 两种直流电源模型
理想电压源伏安关系： I=IS
熟练 记住
理想电流源伏安关系曲线：
I
I
IS
Is
U
U
电工技术基础与技能
小结：
1. 当负载获得最大功率时，电源内阻也存在等量的功率损耗，功
率的传输效率仅有50％，电源利用效率并不高。
2. 这种方法通常只用于着重考虑负载获取功率的小信号处理电路
中，而对于电力系统这类大功率的电路，是绝不能采取这种方式
传输电能的。
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第一节 两种直流电源模型
例题2：电路如图所示，已知E=10V，内阻r=1Ω，R1=4Ω。试问：
U
E
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第一节 两种直流电源模型
（二）实际电压源 1．电路模型（考虑电源内阻）
E r
+
US RS
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第一节 两种直流电源模型
内电路 外电路
电源内部的电路
E r
R
电源两极之间的外部 的电路
全电路
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第一节 两种直流电源模型
2．外特性 几个概念： ①电源的端电压U：电源对外供电时输出的电压，即 负载获得的电压。 ②电源的内电压Ur：电源内部电阻分得的电压。
例：如图所示电源，电动势E=5V， I （1）若接上R=5Ω的负载，则输出电压U=_______V，输出 电流I= _______A，电源输出的功率P=_______W。 U （2）若接上R=50Ω的负载，则输出电压U=_______V，输
E
出电流I= _______A，电源输出的功率P=_______W。
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第一节 两种直流电源模型
理想电压源伏安关系： U=E
I
理想电压源伏安关系曲线：
U E
E
U
I
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第一节 两种直流电源模型
（2）特性 ①输出电压不受输出电流影响，能够为不同的负载提供同一种电压。
②输出电流、输出功率由外电路决定。
I
恒压源系统中，“负载增加”（负载功率
增加），指的是负载的阻值减小。
一、电压源
（一）理想电压源（恒压源）：输出电压与所接负载无关的元件。 1．电路模型（电源内阻为0）
E
+
US
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第一节 两种直流电源模型
2．特性 （1）伏安关系（VAR）及伏安关系曲线
伏安关系：理想电压源输出电压U和输出电流I呈现的关系。
I
E
U
+
US
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第一节 两种直流电源模型
例题：如图所示为两个实际电压源的伏安关系曲线，试判断
两个电压源的内阻大小如何。
U
E
可见，实际电压源内阻越小，其伏安 特性曲线越平稳，输出电压越稳定
Is1
Is2
I
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第一节 两种直流电源模型
（2）端电压与负载阻值的关系
E r
I U
R
R
I I
U=E-Ir U=E-Ir
U U
R
负载阻值增加，端电压增加， 负载阻值减小，端电压减小。
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第一节 两种直流电源模型
例题：如图所示电路，可变电阻RP向右移动，则电流表及两个电压 表读数如何改变。
V E r A R Rp V1
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第一节 两种直流电源模型
二、电流源
（一）理想电流源（恒压源）：输出电流与所接负载无关的元件。 1．电路模型（电源内阻为无穷大）
Is
（
）
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第一节 两种直流电源模型
三、单一闭合电路OML 内容：对于单一闭合回路，电路中的电流与 电动势成正比，与整个电路的阻值成反比。 即：
E
r
Ur
I
U
RL
E I R
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第一节 两种直流电源模型
例题：电路如图所示，已知电源电动势 E=12V，内阻r=1Ω，负载RL=3Ω。试求： （1）电路中的电流I。 （2）负载电压及内电阻电压。
第一节 两种直流电源模型
例：如图所示电流源，电流IS=1A， I （1）若接上R=5Ω的负载，则输出电压U=_______V，输出
Is
电流I= _______A，电源输出的功率P=_______W。 U
（2）若接上R=50Ω的负载，则输出电压U=_______V，输 出电流I= _______A，电源输出的功率P=_______W。
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
由VAR可知： ①输出电流不受输出电压影响，能够为不同的负载提供同一种电流。
②输出电压、输出功率由外电路决定。
I
恒流源系统中，“负载增加”（负载功率
增加），指的是负载的阻值增大。
U
Is
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第一节 两种直流电源模型
（二）实际电流源 1．电路模型（考虑电源内阻）
I E r
U(U外） Ur（U内）
R
电源电动势等于内电压和外电压之和，即
E=Ur+U
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第一节 两种直流电源模型
③电源的外特性：输出电压U与输出电流I呈现的关系， 即电源的伏安关系（VAR）。
I
U(U外） Ur（U内）
E r
R
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第一节 两种直流电源模型
（1）伏安关系（VAR）及伏安关系曲线
电工技术基础与技能
第二章 简单直流电路
第一节 两种直流电源模型 第二节 电阻的联结 第三节 电阻的测量 第四节 电路中各点电位的计算
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第1节 两种直流电源模型
理想电压源（恒压源）
电压源
两种直 流电源
电流源
实际电压源 理想电流源（恒流源）
实际电流源
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第一节 两种直流电源模型
IS
RS
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第一节 两种直流电源模型
2.外特性 （1）伏安关系（VAR）及伏安关系曲线
I
IS
RS
U
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
实际电流源伏安关系：
I
U I IS RS
理想电流源伏安关系曲线：
I m
IS
RS
U
n
U
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
I m U=0,I=IS
U=0,I=Isc
n I
（2） n点：U=0，I=E/r，此时的电流I称为短路 电流，用Isc表示，故该点称为短路电流点。
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பைடு நூலகம்
第一节 两种直流电源模型
例题：已知实际电压源伏安特性曲线如图所示，则该电压源的电动 势和内阻分别为多少？
U(V)
9
3
I(A)
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第一节 两种直流电源模型
例题：已知实际电流源伏安特性曲线如图所示，则该电流源的电流 和内阻分别为多少？
I（A) 1
4
U(V)
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
例题：如图所示为两个实际电流源的伏安关系曲线，试判断
两个电流源的内阻大小如何。
U
E
可见，实际电流源内阻越大，其伏安 特性曲线越平稳，输出电流越稳定
Is1
Is2
E r RL I
E2 Po max 4 rR
我们称这种情况为“阻抗匹配”，这就是最大功率传输定理。
电工技术基础与技能
第一节 两种直流电源模型
若将P和R的关系绘制成函数图像：
PO
当RL <r时，PO随负载 RL阻值的增加而增加 当RL > r，PO随负载RL
O
RL
阻值的增加而减小
电源输出功率与负载电阻的关系曲线