第3讲电压源和电流源.ppt
第第3讲讲 电压源和电流源电压源和电流源1、元件特性：、元件特性：USus+_(1)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；直流：直流：U=US 交流：交流：uS是确定的时间函数，是确定的时间函数，例如：例如：uS=Umsin t(2)通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。IR5V一、电压源（独立的理想化电压源的简称）：电压源（独立的理想化电压源的简称）：电源电源：有源电路元件，是各种能量产生器的理想化模型。电：有源电路元件，是各种能量产生器的理想化模型。电源分为独立电源和非独立电源（受控源）两类，各自又有电压源源分为独立电源和非独立电源（受控源）两类，各自又有电压源和电流源两种。和电流源两种。电压源国标符号电压源国标符号电池符号电池符号 伏安特性曲线伏安特性曲线USui0(1)若若uS=US，即直流电源。则其伏安特性为平行于即直流电源。则其伏安特性为平行于电流轴的直线。电流轴的直线。(2)若若uS为随时间变化的电源，则平行于电流轴的直为随时间变化的电源，则平行于电流轴的直线也随时间改变位置线也随时间改变位置。(3)电压为零的电压源，伏安曲线与电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合，相当于轴重合，相当于 短路状态短路状态。us+_US2、理想电压源的开路与短路：理想电压源的开路与短路：(1)负载开路负载开路：R，i=0，u=us；(2)负载短路负载短路：R=0，i ，此时理想此时理想电源模型不存在。电源模型不存在。理想电压源不允许负载短路。理想电压源不允许负载短路。3、实际电压源：实际电压源：实际电压源也不允许负载短路。实际电压源也不允许负载短路。因其内阻因其内阻r很小，若负载短路，电流很小，若负载短路，电流 很大，可能烧毁电源。很大，可能烧毁电源。IR5VIrUS分析电路时可以短路。分析电路时可以短路。显然，显然，r越小越好。越小越好。r=0时即为理想电压源。时即为理想电压源。4.功率功率i,uS 关联关联 p吸吸=uSi p发发=uSii,us非关联非关联p发发=uS i p吸吸=-uSi电场力做功电场力做功，吸收功率。吸收功率。物理意义物理意义：uS+_iu+_uS+_iu+_外力克服电场力做功外力克服电场力做功，发出功率。发出功率。物理意义：物理意义：USui0IRUS惯例：非关联，惯例：非关联，P0，发出功率。发出功率。实际电压源实际电压源世上没有世上没有理想电压源。理想电压源。其实，其实，理想电阻也不存在。理想电阻也不存在。二二、电流源（独立理想化）：电流源（独立理想化）：电源输出电流为电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压，其值与此电源的端电压 u 无关。无关。1.特点：特点：(a)电流源电流由电流源本身决定，与外电路无关；电流源电流由电流源本身决定，与外电路无关；(b)电流源两端电压电流源两端电压是由外电路决定。是由外电路决定。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流：iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t电路符号电路符号iSUIR1AVUAIR1,1,1 VUAIR10,1,10 iS2.伏安特性伏安特性(1)若若iS=IS，即直流电流源。则其伏安特性为平行于，即直流电流源。则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与电压轴的直线，反映电流与 端电压无关。端电压无关。(2)若若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是平为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是平行于电压轴的直线（位置随时间改变）行于电压轴的直线（位置随时间改变）ISui0iSiu+_(3)电流为零的电流源，伏安曲线与电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合，相当轴重合，相当于开路状态。于开路状态。3.理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路(2)负载开路负载开路：R，i=iS，u。若。若强迫断开电流源回路，电路模型为病强迫断开电流源回路，电路模型为病态，理想电流源不允许负载开路。态，理想电流源不允许负载开路。(1)负载短路负载短路：R=0，i=iS，u=0，电电流源被短路。流源被短路。RiSiu+_4.实际电流源的产生实际电流源的产生：可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光性，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池被激发产生一定值的电流等。线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。4.功率功率p发发=u is p吸吸=uisp吸吸=uis p发发=uisiSiu+_iSiu+_u,iS 关联关联 u,iS 非非关联关联 例例2、求、求IS的功率。的功率。解：解：?32I3?2I必须由元件特性来分析。必须由元件特性来分析。需要求需要求P，必须求必须求IS的外电压。的外电压。5V2135W15P非关联，非关联，P0,发出功率。发出功率。整个电路功率平衡吗？整个电路功率平衡吗？3W31P2R2W12PSU关联，关联，P0,吸收功率。吸收功率。I？US是不是没有作用呢？是不是没有作用呢？作用不仅有电流作用，而且有电压的作用。合起作用不仅有电流作用，而且有电压的作用。合起来是功率的作用。来是功率的作用。？U+_2V3IS=1AUS+_三、三、受控源受控源1、一个由实际电路部件和装置提出的问题：、一个由实际电路部件和装置提出的问题：例例1 晶体管放大器。晶体管放大器。ic=b b ibibb b ib受控源是一个四端元件受控源是一个四端元件:控制部分：控制部分：输入端口是控制支路；开路或短路。输入端口是控制支路；开路或短路。受控部分：受控部分：输出端口是受控支路；电压源或电流源。输出端口是受控支路；电压源或电流源。RcibRbicEc电流控制的电流源电流控制的电流源例例2 直流发电机直流发电机+_U=rIfIfIfU=rIf+_2、受控源受控源定义：定义：一条支路的电压（电流）控制另一条支路的电压（电流）一条支路的电压（电流）控制另一条支路的电压（电流）的电路现象。是由电子器件抽象而来的一种模型。的电路现象。是由电子器件抽象而来的一种模型。它不是电路的激励；不是独立电源；故称为它不是电路的激励；不是独立电源；故称为受控源，受控源，或或称称为为非独立电源非独立电源。是单向的。是单向的。3、四种类型：四种类型：(1)电流控制的电流源电流控制的电流源(Current Controlled Current Source)CCCS u1=0 i2=b b i1b b ：电流放大倍数电流放大倍数(2)电流控制的电压源电流控制的电压源(Current Controlled Voltage Source)CCVS u1=0u2=r i1r :转移电阻转移电阻 b b i1+_u2i2_u1i1+r i1+_u2i2_u1i1+_(3)电压控制的电流源电压控制的电流源(Voltage Controlled Current Source)i1=0i2=gu1g:转移电导转移电导(4)电压控制的电压源电压控制的电压源(Voltage Controlled Voltage Source)i1=0u2=u1 :电压放大倍数电压放大倍数 ，g，b b ，r 为常数时，被控制量与控制量满足线性关系，为常数时，被控制量与控制量满足线性关系，称为线性时不变受控源。称为线性时不变受控源。u1+_u2i2_u1i1+_gu1+_u2i2_u1i1+VCCSVCVS4、受控源是有源元件：、受控源是有源元件：VCVSP=u1i1+u2i2 =u2i2 =u2(-u2/R)0五、受控源与独立源的比较五、受控源与独立源的比较:(2)独立源作为电路中独立源作为电路中“激励激励”，在电路中产生电压、电流，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出与输入的控制关系，在电路中不能而受控源只是反映输出与输入的控制关系，在电路中不能作为作为“激励激励”。关联关联参考方向参考方向故故受控源是有源元件。受控源是有源元件。u1+_u2i2_u1i1+_R(1)独立源电压独立源电压(或电流或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压电流无关，而受控源电压(或电流或电流)直接由控制量决定。直接由控制量决定。例例1试求电压试求电压u0和流经受控源的电流。和流经受控源的电流。解：解：10A4 4 ii+u0-126分析时常用简化图，分析时常用简化图，注意正确标出控制量注意正确标出控制量。受控源也仅指受控受控源也仅指受控支路。支路。10A4 4 ii+u0-126+-u在列写在列写KL方程时，有两点要牢记：方程时，有两点要牢记：1、在列写方程时，要把受在列写方程时，要把受控源当作独立源。控源当作独立源。2、列出方程后，必须找出控制量和求解量列出方程后，必须找出控制量和求解量之间的关系，再代入方程中。之间的关系，再代入方程中。KCL：0104216iuu3ui AiVu412例例2 已知已知R1=0.5K,R2=1K,R3=2K,uS=10V,CCCS的的ic=50i1。求电阻。求电阻R3上的电压上的电压 u3。+_u2i2_uSi1+iCR1R2R3_+u3解：解：思路：思路：u3 iC i1(1)求求i1；回路回路：R1 i1+R2 i2=uS结点结点iC+i1=i2又又 iC=50i1i251i1500 i1+100051i110mA.i151101000151101(2)求求u3：u3 2000 iC 200050i119.4V
