獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源

1、 電路中的耗能器件或裝置有電流流動(dòng)時(shí)，會(huì)電路中的耗能器件或裝置有電流流動(dòng)時(shí)，會(huì)不斷消耗能量，電路中必須有提供能量的器件或不斷消耗能量，電路中必須有提供能量的器件或裝置裝置電源。常用的直流電源有干電池、蓄電電源。常用的直流電源有干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)、直流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源池、直流發(fā)電機(jī)、直流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源等。常用的交流電源有電力系統(tǒng)提供的正弦交流等。常用的交流電源有電力系統(tǒng)提供的正弦交流電源、交流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號電源、交流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號發(fā)生器等。發(fā)生器等。為了得到各種實(shí)際電源的電路模型，為了得到各種實(shí)際電源的電路模型，定義兩種理想的電路元件定義

2、兩種理想的電路元件獨(dú)立電壓源和獨(dú)立獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源。電流源。 常用的干電池和可充電電池常用的干電池和可充電電池 實(shí)驗(yàn)室使用的直流穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)室使用的直流穩(wěn)壓電源用示波器觀測直流穩(wěn)壓電源的電壓隨時(shí)間變化的波形。示波器穩(wěn)壓電源一、獨(dú)立電壓源一、獨(dú)立電壓源 如果一個(gè)二端元件的電流無論為何值，其電壓保持常如果一個(gè)二端元件的電流無論為何值，其電壓保持常量量US或按給定的時(shí)間函數(shù)或按給定的時(shí)間函數(shù)uS(t)變化，則此二端元件稱為獨(dú)變化，則此二端元件稱為獨(dú)立電壓源，簡稱為電壓源。立電壓源，簡稱為電壓源。電壓源的符號如圖電壓源的符號如圖(a)所示，圖所示，圖中中“ + + ” ， “ - - ”號表示電

3、壓源電壓的參考極性。號表示電壓源電壓的參考極性。 電壓保持常量的電壓源，稱為電壓保持常量的電壓源，稱為恒定電壓源恒定電壓源或或直流電壓直流電壓源源。電壓隨時(shí)間變化的電壓源，稱為。電壓隨時(shí)間變化的電壓源，稱為時(shí)變電壓源時(shí)變電壓源。電壓隨。電壓隨時(shí)間周期性變化且平均值為零的時(shí)變電壓源，稱為時(shí)間周期性變化且平均值為零的時(shí)變電壓源，稱為交流電交流電壓源壓源。 電壓源的電壓與電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其吸收功電壓源的電壓與電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其吸收功率為率為 p=ui 當(dāng)當(dāng)p0，即電壓源工作在，即電壓源工作在i-u平平面的一、三象限時(shí)，電壓源實(shí)際吸面的一、三象限時(shí)，電壓源實(shí)際吸收功率。收功率。 當(dāng)當(dāng)p

4、0P0，即電流源工作在，即電流源工作在u-i平面的一、三象限時(shí)，電平面的一、三象限時(shí)，電流源實(shí)際吸收功率；流源實(shí)際吸收功率； 當(dāng)當(dāng)p0，即電流源工作在，即電流源工作在u-i平面的二、四象限時(shí)，電平面的二、四象限時(shí)，電流源實(shí)際發(fā)出功率。流源實(shí)際發(fā)出功率。 獨(dú)立電流源的特點(diǎn)是其獨(dú)立電流源的特點(diǎn)是其電流由其特性確定電流由其特性確定，與電流源，與電流源在電路中的位置無關(guān)。在電路中的位置無關(guān)。 獨(dú)立電流源的獨(dú)立電流源的電壓則與其連接的外電路有關(guān)電壓則與其連接的外電路有關(guān)。由其電。由其電流和外電路共同確定。流和外電路共同確定。 也就是說也就是說隨著電流源工作狀態(tài)的不同，它既可發(fā)出功隨著電流源工作狀態(tài)的不同

5、，它既可發(fā)出功率，也可吸收功率率，也可吸收功率。 R / 1210201000u / V2420402000P /W4840804000 例如圖示電路中電阻值變化時(shí)，電流源的電壓例如圖示電路中電阻值變化時(shí)，電流源的電壓 u 和發(fā)和發(fā)出功率出功率 p 會(huì)發(fā)生變化。會(huì)發(fā)生變化。例例l-6 電路如圖所示。已知電路如圖所示。已知uS1=10V, iS1=1A, iS2=3A, R1=2 , R2=1 。 求電壓源和各電流源發(fā)出的功率。求電壓源和各電流源發(fā)出的功率。 A2A1A31S2S1iiiV3V)631(V6V)1022(bd2S2cd1S11bduiRuuiRu20W)W(20A2V1011S發(fā)

6、出iupW)9W(9A3V3W)6W(6A1V6S2cd21Sbd1發(fā)出發(fā)出iupiup 電壓源的吸收功率為電壓源的吸收功率為 電流源電流源iS1和和iS2吸收的功率分別為：吸收的功率分別為： 解：解： 根據(jù)根據(jù)KCL求得求得 根據(jù)根據(jù) KVL和和VCR求得：求得： 例例3 3：已知：如圖所示。求：已知：如圖所示。求： 各元件上的功率。各元件上的功率。1.5A a i3 b i1 i2 + i4 + + Ui 3V u2 6 2 u4 +解：解：由由KVLKVL：u u2 2 = 3 (V)= 3 (V)，歐姆：歐姆：i i2 2 = 3/6 = 0.5 (A) = 3/6 = 0.5 (A)

7、，故故66功率：功率： P P2 2 = 3 = 30.5 = 1.5 (W) 0.5 = 1.5 (W) （吸）（吸）由由KCL,KCL, i i1 1 = 1.5 = 1.50.5 = 1(A),0.5 = 1(A),所以所以3V3V電壓源上的功率：電壓源上的功率： P P1 1 = 3 = 31 = 3 (W) (1 = 3 (W) (吸吸) )由歐姆：由歐姆： u u4 4 = 1.52 = 3(V),故故2 上的功率是：上的功率是： P P4 4 = 3 = 31.5 = 4.5(W) (1.5 = 4.5(W) (吸吸) )由由KVLKVL： U Ui i = - = - u u4

8、 4 - - u u2 2 = -3-3 = -6(V), = -3-3 = -6(V),故電流源上的功率是：故電流源上的功率是： P P3 3 = -6 = -61.5 = -9(W) (1.5 = -9(W) (產(chǎn)產(chǎn)) ) (-9W)1.5A a b + (3W) + + 3V 6 2 (4.5W) (1.5W) +(1)在一個(gè)完整電路中功率平衡，(2)電壓源（或電流源）可產(chǎn)生功率，也可以是吸收功率。三、實(shí)際電源的電路模型三、實(shí)際電源的電路模型IRUIIUUUoocscococUGIUUIIIoscocscscocUocUscIscI 實(shí)際電源的電壓實(shí)際電源的電壓(或電流或電流)往往會(huì)隨著

9、電源電流往往會(huì)隨著電源電流(或電壓或電壓)的增加而下降。圖的增加而下降。圖(a)和和(c)表示用電壓表、電流表和可變電表示用電壓表、電流表和可變電阻器測量直流電源阻器測量直流電源VCR特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路。所測得的兩特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路。所測得的兩種典型種典型VCR曲線如圖（曲線如圖（b）和）和(d)所示所示 根據(jù)根據(jù) 得到的電路模型如圖得到的電路模型如圖(a)所示，它所示，它由電壓源由電壓源Uoc和電阻和電阻Ro的串聯(lián)組成。電阻的串聯(lián)組成。電阻Ro的電壓降模擬實(shí)的電壓降模擬實(shí)際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻Ro越小的電源，越小的電源，其電壓越穩(wěn)定。其電

10、壓越穩(wěn)定。 IRUUooc 按照按照 作出的電路模型如圖作出的電路模型如圖(b)所示，它由所示，它由電流源電流源ISC和電導(dǎo)為和電導(dǎo)為Go的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬實(shí)際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導(dǎo)實(shí)際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導(dǎo)Go越小的電源，其電流越穩(wěn)定。越小的電源，其電流越穩(wěn)定。 UGIIosc例例1-7 型號為型號為HT1712G的直流穩(wěn)壓電源，它有兩路輸出電壓，的直流穩(wěn)壓電源，它有兩路輸出電壓， 其電壓可以在其電壓可以在0V到到30V間連續(xù)調(diào)整，額定電流為間連續(xù)調(diào)整，額定電流為2A。某臺(tái)。某臺(tái) 電源的產(chǎn)品說明書上

11、給出以下實(shí)測數(shù)據(jù)：電源的產(chǎn)品說明書上給出以下實(shí)測數(shù)據(jù)： (l) 輸出電壓輸出電壓U=3V，負(fù)載穩(wěn)定度為，負(fù)載穩(wěn)定度為3 10-4 (2) 輸出電壓輸出電壓U=30V，負(fù)載穩(wěn)定度為，負(fù)載穩(wěn)定度為4 10-5 試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立該電源的電路模型。試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立該電源的電路模型。 例例1-7 型號為型號為HT1712G的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓可以的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓可以 在在0V到到30V間連續(xù)調(diào)整，額定電流為間連續(xù)調(diào)整，額定電流為2A。某臺(tái)電源。某臺(tái)電源 的產(chǎn)品說明書上給出以下實(shí)測數(shù)據(jù)：的產(chǎn)品說明書上給出以下實(shí)測數(shù)據(jù)： (l) 輸出電壓輸出電壓U=3V，負(fù)載穩(wěn)定度為，負(fù)載穩(wěn)定度為3 1

12、0-4 (2) 輸出電壓輸出電壓U=30V，負(fù)載穩(wěn)定度為，負(fù)載穩(wěn)定度為4 10-5 試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立該電源的電路模型。試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立該電源的電路模型。 0.9mVV109V3103441Um45.0A2mV9.0N1o1IUR 相應(yīng)的內(nèi)阻為相應(yīng)的內(nèi)阻為 這說明其電路模型為這說明其電路模型為3V電壓源和電壓源和0.45m 電阻相串聯(lián)。電阻相串聯(lián)。m6.0A2mV2.1A2V301045N2o2IUR 其電路模型為其電路模型為30V電壓源和電壓源和0.6m 電阻的串聯(lián)。電阻的串聯(lián)。 解：負(fù)載穩(wěn)定度是指電流由零增加到額定電流時(shí)，輸出電解：負(fù)載穩(wěn)定度是指電流由零增加到額定電流時(shí)，輸出電 壓的相對變化率。根據(jù)已知數(shù)據(jù)可求出壓的相對變化率。根據(jù)已知數(shù)據(jù)可求出U1=3V時(shí)輸出時(shí)輸出 電壓的變化為電壓的變化為