§1-5独立电压源和独立电流源

§1－5独立电压源和独立电流源电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会不断消耗能量，电路中必须有提供能量的器件或装置——电源。常用的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源和直流稳流电源等。常用的交流电源有电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源和产生多种波形的各种信号发生器等。为了得到各种实际电源的电路模型，定义两种理想的电路元件——独立电压源和独立电流源。常用的干电池和可充电电池实验室使用的直流稳压电源用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形。示波器稳压电源一、独立电压源如果一个二端元件的电流无论为何值，其电压保持常量US或按给定的时间函数uS(t)变化，则此二端元件称为独立电压源，简称为电压源。电压源的符号如图(a)所示，图中“+”，“-”号表示电压源电压的参考极性。电压保持常量的电压源，称为恒定电压源或直流电压源。电压随时间变化的电压源，称为时变电压源。电压随时间周期性变化且平均值为零的时变电压源，称为交流电压源。电压源的电压与电流采用关联参考方向时，其吸收功率为p=ui当p0，即电压源工作在i-u平面的一、三象限时，电压源实际吸收功率。当p0，即电压源工作在i-u平面的二、四象限时，电压源实际发出功率。P0P0独立电压源的特点是其端电压由其特性确定，与电压源在电路中的位置无关。独立电压源的电流则与其连接的外电路有关。由其电压和外电路共同确定。也就是说，随着电压源工作状态的不同，它既可发出功率，也可吸收功率。R/121020100i/A10510.50.10P/WP/W1005010510例如图示电路中电阻值变化时，电压源的电流i和发出功率p会发生变化。例l-3电路如图所示。已知uab=6V,uS1(t)=4V,uS2(t)=10V,R1=2和R2=8。求电流i和各电压源发出的功率。iRuiRuuuuuu22S11S22S11SabA2.1)82(V)1046(212S1SabRRuuuiW12A2.1V10W8.4A2.1V42S2S1S1Siupiup两个电压源的吸收功率分别为解：例l－4电路如图所示。已知uS1(t)=24V,uS2(t)=4V,uS3(t)=6V,R1=1,R2=2和R3=4。求电流i(t)和电压uab(t)。03S322S11SuiRiRuiRuA2)421(V)6424(321S3S2S1RRRuuuiV16V24V22V4322SabiRiRuuV16V6V24V213S1S1abuuiRu沿右边路径求电压uab得到也可由左边路径求电压uab得到解：例l-5电路如图所示。试求开关S断开后，电流i和b点的电位。解:图(a)是电子电路的习惯画法，不画出电压源的符号，只标出极性和对参考点的电压值，即电位值。再根据KVL求得b点的电位mA5k3V15k2k1V5V10IV5V5V52V5bcbUV我们可以用相应电压源来代替电位，画出图(b)电路，由此可求得开关S断开时的电流I二、独立电流源独立电流源是从实际电源抽象出来的另一种电路元件。如果一个二端元件的电压无论为何值，其电流保持常量IS或按给定时间函数iS(t)变化，则此二端元件称为独立电流源，简称电流源。电流源的符号如图(a)所示，图中箭头表示电流源电流的参考方向。电流保持常量的电流源，称为恒定电流源或直流电流源。电流随时间变化的电流源，称为时变电流源。电流随时间周期变化且平均值为零的时变电流源，称为交流电流源。电流源的电压与电流采用关联参考方向时，其吸收功率为p=ui当p0，即电流源工作在u-i平面的一、三象限时，电流源实际吸收功率；当p0，即电流源工作在u-i平面的二、四象限时，电流源实际发出功率。独立电流源的特点是其电流由其特性确定，与电流源在电路中的位置无关。独立电流源的电压则与其连接的外电路有关。由其电流和外电路共同确定。也就是说随着电流源工作状态的不同，它既可发出功率，也可吸收功率。R/1210201000u/V2420402000P/W4840804000例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电压u和发出功率p会发生变化。例l-6电路如图所示。已知uS1=10V,iS1=1A,iS2=3A,R1=2,R2=1。求电压源和各电流源发出的功率。A2A1A31S2S1iiiV3V)631(V6V)1022(bd2S2cd1S11bduiRuuiRu20W)W(20A2V1011S发出iupW)9W(9A3V3W)6W(6A1V6S2cd21Sbd1发出发出iupiup电压源的吸收功率为电流源iS1和iS2吸收的功率分别为：解：根据KCL求得根据KVL和VCR求得：三、实际电源的电路模型IRUIIUUUoocscococUGIUUIIIoscocscscocUocUscIscI实际电源的电压(或电流)往往会随着电源电流(或电压)的增加而下降。图(a)和(c)表示用电压表、电流表和可变电阻器测量直流电源VCR特性曲线的实验电路。所测得的两种典型VCR曲线如图（b）和(d)所示根据得到的电路模型如图(a)所示，它由电压源Uoc和电阻Ro的串联组成。电阻Ro的电压降模拟实际电源电压随电流增加而下降的特性。电阻Ro越小的电源，其电压越稳定。IRUUooc按照作出的电路模型如图(b)所示，它由电流源ISC和电导为Go的电阻并联组成。电阻中的电流模拟实际电源电流随电压增加而减小的特性。并联电阻的电导Go越小的电源，其电流越稳定。UGIIosc例1-7型号为HT－1712G的直流稳压电源，它有两路输出电压，其电压可以在0V到30V间连续调整，额定电流为2A。某台电源的产品说明书上给出以下实测数据：(l)输出电压U=3V，负载稳定度为310-4(2)输出电压U=30V，负载稳定度为410-5试根据以上数据，建立该电源的电路模型。例1-7型号为HT－1712G的直流稳压电源，输出电压可以在0V到30V间连续调整，额定电流为2A。某台电源的产品说明书上给出以下实测数据：(l)输出电压U=3V，负载稳定度为310-4(2)输出电压U=30V，负载稳定度为410-5试根据以上数据，建立该电源的电路模型。0.9mVV109V3103441Um45.0A2mV9.0N1o1IUR相应的内阻为这说明其电路模型为3V电压源和0.45m电阻相串联。m6.0A2mV2.1A2V301045N2o2IUR其电路模型为30V电压源和0.6m电阻的串联。解：负载稳定度是指电流由零增加到额定电流时，输出电压的相对变化率。根据已知数据可求出U1=3V时输出电压的变化为用同样方法算得电源工作在30V时的内阻为1-5-2电路如图1－5－2所示。若：(1)R=10；(2)R=5；(3)R=2时;试判断5V电压源是发出功率或吸收功率。图1－5－2思考与练习1-5-l独立电压源能否短路?独立电流源能否开路?