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电压源与电流源和电压源与电流源的等效变换

2020-8-23 19:30| 发布者: admin| 查看: 263| 评论: 0|原作者: 佚名|来自: 网络

摘要: 一个电源可以用两种不同的电路模型来表示。一种是用电压的形式来表示,称为电压源;一种是用电流的形式来表示,称为电流源。 1、电压源 任何一个电源,例如发电机、电池或各种信号源,都含有电动势E和内阻。在分析与 ...

一个电源可以用两种不同的电路模型来表示。一种是用电压的形式来表示,称为电压源;一种是用电流的形式来表示,称为电流源。

1、电压源

任何一个电源,例如发电机、电池或各种信号源,都含有电动势E和内阻。在分析与计算电路时,往往把它们分开,组成的电路模型如图1.17所示,此即电压源。图中,U是电源端电压,R是负载电阻,I是负载电流。

根据图1所示的电路,可得出

   (1)

由此可作出电压源的外特性曲线,如图2所示。当电压源开路时,I=0,;当短路时,U=0,。内阻愈小,则直线愈平。

图1电压源电路图 2电压源和理想图 3理想电压源电路

电压源的外特性曲线

=0时,电压U恒等于电动势E,是一定值,而其中的电流I则是任意的,由负载电阻R及电压U本身确定。这样的电源称为理想电压源或恒压源,其符号及电路如图3所示。它的外特性曲线将是与横轴平行的一条直线,如图2所示。

理想电压源是理想的电源。如果一个电源的内阻远小于负载电阻,即时,则内阻电压降,于是,基本上恒定,可以认为是理想电压源。通常用的稳压电源也可认为是一个理想电压源。

2、电流源

电源除用电动势E和内阻的电路模型来表示外,还可以用另一种电路模型来表示。

如将式(1)两端除以,则得

   (2)

式中,为电源的短路电流;I还是负载电流;而是引出的另一个电流。如用电路图表示,则如图4所示。

图4是用电流来表示的电源的电路模型,此即电流源,两条支路并联,其中电流分别为。对负载电阻R讲,和图1是一样的,其上电压U和通过的电流I未有改变。

由式 (2)可作出电流源的外特性曲线,如图1.21所示。当电流源开路时,I=0,;当短路时,U=0,I=。内阻愈大,则直线愈陡。

图4 电流源电路 图5 电流源和理想 图6理想电流源电路

电流源的外特性曲线

(相当于并联支路断开)时,电流I恒等于,是一定值,而其两端的电压U则是任意的,由负载电阻R及电流本身确定。这样的电源称为理想电流源或恒流源,其符号及电路如图6所示。它的外特性曲线将是与纵轴平行的一条直线,如图5所示。

理想电流源也是理想的电源。如果一个电源的内阻远大于负载电阻,即时,则,基本上恒定,可以认为是理想电流源。

3、电压源与电流源的等效变换

电压源的外特性(图2)和电流源的外特性(图5)是相同的。因此,电源的两种电路模型(图1和图4),即电压源和电流源,相互间是等效的,可以等效变换。

但是,电压源和电流源的等效关系只是对外电路而言的,至于对电源内部,则是不等效的。例如在图1中,当电压源开路时,I=0,电源内阻上不损耗功率;但在图4中,当电流源开路时,电源内部仍有电流,内阻上有功率损耗。当电压源和电流源短路时也是这样,两者对外电路是等效的,但电源内部的功率损耗也不一样,电压源有损耗,而电流源无损耗(被短路,其中不通过电流)。

图7 电压源和电流源的等效变换

上面所讲的电源的两种电路模型,实际上,一种是电动势为E的理想电压源和内阻串联的电路(图1);一种是电流为的理想电流源和并联的电路(图4)。

一般不限于内阻,只要一个电动势为E的理想电压源和某个电阻R串联的电路,都可以化为一个电流为的理想电流源和这个电阻R并联的电路(图7),两者是等效的,其中

   (3)

在分析与计算电路时,也可以用这种等效变换的方法。

但是,理想电压源和理想电流源本身之间没有等效的关系。因为对理想电压源(=0)讲,其短路电流为无穷大,对理想电流源()讲,其开路电压为无穷大,都不能得到有限的数值,故两者之间不存在等效变换的条件。

今列出表1将电压源和电流源作一对照。

表1电压源和电流源的对照

电源状态

电压源 电流源 理想电压源 理想电流源

开路

U

E

E

I

0

0

0

短路

U

0

0

0

I

等效条件

不等效


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

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