电压源与电流源

发出功率，起电源作用
+
u
_
u
_
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例
解
计算图示电路各元件的功率
i iS 2A
+
5V u
u 5V
P2 A iS u 2 5 10 W
发出
P5V uS i 5 (2) 10 W 吸收
满足：P（发）＝P（吸）
返 回
+
_
i
2A
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实际电源
US=10V
o
o (a) t o (b) t
T/2
T
t
(c)
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。 us=0v。 t=/4, us=10v。
图（c）为正弦交流电源，t=/2,
理想电压源的伏安特性
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。
蓄电池示意图
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直流稳压源 变频器
频率计
函数发生器
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发电机组
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草原上的风力发电
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uS
_
+
u
+
+
P uS i
发出功率，起电源作用
②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
_
P uS i
吸收功率，充当负载
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例 计算图示电路各元件的功率 解
uR (10 5) 5V uR 5 i 1A R 5
5V
发出 吸收 吸收
P 10V uS i 10 1 10 W P5V uS i 5 1 5W
u
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，

iS
i
0 与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。
直流：iS为常数 交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint
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②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。
例 +
u
外电路
iS
R
u RiS
u 0 ( R 0)
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。
干电池
钮扣电池
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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。
电压源和电流源
一、理想电压源 (Voltage Source)
定义
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：
a
＋ uS US －
+ US –
b
+ – US 为恒定电压源或直流电压源
a
b
时，有时用此图形符号
PR Ri 5 1 5W
2
满足：P（发）＝P（吸）
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+ +
iHale Waihona Puke Baidu
_ u + R
R 5Ω
10V
_
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 * 实际电压源也不允许短路，因其内阻小， uS
+
_
+ u _ R
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。
i
a ＋ u － 外 电 路
理想电压源接外电路
＋ us －
b
理想电压源的端口电压 u ( t ) 为 u ( t ) = uS ( t )
• 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。
特点
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。 u u u -t us=10sin2tv us=10e /0.368v
例
+
i
uS R 外电路
uS=10V
uS i R i 0 ( R )
i ( R 0)
R=0 i= R=10 i=1A R=100 i=0.1A R= i=0A 注 意
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？
PuS= 短路 P=10W P=1W P=0W 开路
电压源不能短路！
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. .
开路
. .
.
u
iS
i
0
实际电流源的产生： 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。

电流源的功率
P uiS
iS
①电压、电流的参考方向非关联；
②电压、电流的参考方向关联；
iS
P uiS
吸收功率，充当负载
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+
P uiS
1.与电流轴平行 2.位置不随时间 改变 1.与电流轴平行
u
US 0
u
2.位置随时间 t 的改变而改变
uS ( t )
i 0 i
(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。
氢氧燃料电池示意图
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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
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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
. .
.
电压源的功率
P uS i
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。
电压源的功率 i
P uS i
uS
u
_
i
_
+
①电压、电流参考方向非关联； 物理意义：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。
RS
2）外特性(VAR) uS u
u = us – iRS
输出电流 i 一定时，RS 越 RSi 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。
o
i
2.理想电流源

定义

电路符号
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。 直流电流源的 iS 伏安关系 _ + u
iS=1A
u ( R )
R=0 u=0 P= 0 短路 R=10 u=10V P=10W R=100 u=100V P=100W R= u= P= 开路
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电流源不能开路！
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