1.4電源元件《第一章直流電路》電源電源是電路中提供電能的設備，常用電源有各類電池、各類發(fā)電機、光電池和各種信號發(fā)生器等。按照是否能獨立向外電路提供電能來分有兩種電源：一種是能獨立向外提供電能的電源稱為獨立電源另一種是不能獨立向外提供電能的電源稱為非獨立電源，又稱受控源電源的共性是都會輸出一定的電壓和電流，即輸出一定的功率。學習目標1.熟悉理想電壓源和理想電流源的模型及各自的特點。2.熟悉實際電壓源與實際電流源的模型與端口伏安關系。3.掌握電路等效互換的概念及電路等效互換的應用。4.了解受控源的概念與類型。1.4.1獨立電源1.理想電源的電路模型實際電源內部總會存在內阻，在電路中電源的內阻總會消耗掉部分電能，從而降低電源的輸出功率。若電源內部損耗很小近似可以忽略，則可視為理想電源。1.4.1獨立電源電壓源正常供電條件下，無論外部電路如何變化，端電壓基本保持定值或與時間有確定的函數(shù)關系的電源稱為獨立電壓源，如干電池、蓄電池、鋰電池、發(fā)電機等電源都是電壓源。分析電路時若獨立電壓源的內阻可以忽略，則可以視為理想獨立電壓源，簡稱理想電壓源。理想電壓源的符號1.4.1獨立電源電壓源電源的輸出電壓與輸出電流的關系，稱為電源的外特性。電壓源外特性如圖1.4.1獨立電源電壓源理想電壓源的特點：①端電壓由電源本身決定，與流過的電流無關。②通過電壓源的電流取決于它所連接的外電路，電流的大小和方向由外電路決定。1.4.1獨立電源電流源正常供電條件下，無論外部電路如何變化，通過的電流基本保持定值或與時間有確定的函數(shù)關系的電源稱為獨立電流源，常見的電流源有一定光照度條件下的光電池。分析電路時若獨立電流源的內阻相對外電路的阻抗很大，則可以視為理想獨立電流源，簡稱理想電流源。理想電流源的符號1.4.1獨立電源電流源當電流源輸出電流為常數(shù)時,則為直流理想電流源，其外特性如圖（a）所示；當電流源輸出電流隨時間周期變化時則為交流理想電流源，其外特性如圖（b）所示。 理想電流源的外部特性1.4.1獨立電源電流源理想電流源的特點：①電流源輸出電流由電源本身決定,與它兩端的電壓無關。②電流源兩端的電壓取決于它所連接的外電路，電壓大小和極性由外電路決定?！纠?】在下圖電路中，求電源的功率，并判斷該電源是發(fā)出功率還是吸收功率？解：由圖可知US=U=5V，IS=I=1A電壓源兩端電壓和其通過的電流為關聯(lián)參考方向電壓源的功率PU=UI=5×2=10W，PU>0，所以電壓源發(fā)出功率。1.4.1獨立電源電流源的電流和其端電壓為非關聯(lián)參考方向電流源的功率PI=-UI=-5×2=-10W，PU<0，所以電流源吸收功率。根據(jù)能量守恒定理，在完整電路中功率平衡，即部分元件發(fā)出的總功率等于其他部分元件吸收功率之和。1.4.1獨立電源2.實際電源模型在電路中實際電源的電壓或電流常是隨著電源電流或電壓的變化而變化的。1.4.1獨立電源實際電壓源實際電壓源（如干電池、蓄電池等）由于其內阻不等于零，其輸出電壓的大小隨著電流的增大而降低。實際電壓源的模型可以用一個理想電壓源US和一個電阻R0的串聯(lián)來表示，如圖（a）所示。實際輸出電壓U=US-IR0。實際電壓源的端電壓U（即輸出電壓）和通過的電流I有關，其伏安特性曲線如圖（b）所示，由此可知，電流I越大，輸出電壓U越低。實際電壓源的模型和其外部特性1.4.1獨立電源實際電流源實際電流源可以用一個理想電流源IS和一個內阻RS的并聯(lián)模型來表示，如圖（a）所示。實際輸出電流實際電流源的模型和其外部特性實際電流源的端電壓U（即輸出電壓）和通過的電流I有關，其伏安特性曲線如圖（b）所示，由此可知，端電壓U越大，內部分電流越大，輸出電流就越小。1.4.1獨立電源3.二端電路（網絡）和等效的概念在介紹等效互換之前先介紹二端電路（網絡）和等效的概念。1.4.1獨立電源二端電路（網絡）電路元器件內部往往非常復雜，所以又把連接復雜的電路稱為電路網絡。只有兩個端鈕與其他電路相連的電路（網絡），稱為二端電路（網絡），又稱為單口網絡，如圖（a）所示。二端電路（網絡）1.4.1獨立電源二端電路（網絡）根據(jù)二端電路（網絡）中是否含有電源又分為有源二端電路（網絡）和無源二端電路（網絡）。不含電源的二端電路（網絡）稱為無源二端電路（網絡），如圖（b）所示。含電源的二端電路（網絡）稱為有源二端電路（網絡），如圖（c）所示。二端電路（網絡）1.4.1獨立電源等效的概念若兩個二端電路（網絡）端口電壓和端口電流的伏安關系相同，則稱這兩個二端電路（網絡）等效。圖（a）二端電路端電壓U=U1-U2-IR1，圖（b）二端電路的端電壓U=U3-IR2。如果U1-U2=U3，且R1=R2，則二端電路（網絡）N1和二端電路（網絡）N2是等效，即二者可以等效互換。注意等效是對外電路等效，其內部是不等效的。二端電路1.4.1獨立電源4.電源的等效互換在分析外電路時利用等效互換可以簡化電路。1.4.1獨立電源理想電壓源串聯(lián)時的等效互換若干個理想電壓源串聯(lián)時的等效互換，例如，圖（a）二端電路可以與圖（b）二端電路等效互換；理想電壓源同向串聯(lián)等效互換1.4.1獨立電源理想電壓源串聯(lián)時的等效互換理想電壓源反向串聯(lián)等效互換圖（a）二端電路可以與圖（b）二端電路等效互換。1.4.1獨立電源理想電流源并聯(lián)的等效互換理想電流源同向并聯(lián)等效互換若干個理想電流源并聯(lián)時的等效互換，例如，圖（a）二端電路可以與圖（b）二端電路等效互換。1.4.1獨立電源理想電流源并聯(lián)的等效互換理想電流源反向并聯(lián)等效互換圖（a）二端電路可以與圖（b）二端電路等效互換。1.4.1獨立電源任意電路元件與理想電源的連接的等效互換與理想電壓源并聯(lián)的二端電路的等效變換理想電壓源與任意元件并聯(lián)的二端電路對外供電時，都可以用一個理想電壓源來等效互換，如圖（a）和（b）的二端電路可用（c）來等效代替。1.4.1獨立電源任意電路元件與理想電源的連接的等效互換與理想電壓源并聯(lián)的二端電路的等效變換理想電流源與任意元件串聯(lián)的二端電路對外供電時，都可以用一個理想電流源來等效互換，如圖（a）的二端電路可用（b）來等效代替?！纠?】求下圖（a）所示電路的最簡等效電路。解：根據(jù)電源的串、并聯(lián)等效概念，圖（a）簡化順序為（b）至（c）。1.4.1獨立電源1.4.1獨立電源兩種實際電源模型的等效變換在表中，根據(jù)等效的概念可知若US=ISRS且R0=RS，則實際電壓源和實際電流源可以等效變換?！纠?】圖（a）所示電路中，已知IS=4A，RS=3Ω，求其等效電壓源模型。解：圖（a）所示電路等效變化成等效電壓源模型如圖（b）所示電路，其中US=ISRS=4×3=12VRS=R0=3Ω1.4.1獨立電源【例4】圖（a）所示電路中已知US=6V，IS=2A，RS=12Ω，試等效化簡該電路。解：圖（a）中電流源IS和RS并聯(lián)等效變換為US1和R0串聯(lián)，如圖（b）所示，其中US1=ISRS=2×12=24V，R0=RS=12Ω。在圖（b）中，將電壓源US和電壓源US1的串聯(lián)等效為電壓源US2，變換電路如圖（c）所示，其中US2=US1-US=24-6=18V，R0=12Ω。1.4.1獨立電源在電路中除了獨立電源，在分析電路時還會遇到一類非獨立的電源，它們的電壓或電流受電路中某個支路的電壓（或電流）的控制，稱為受控源。如晶體三極管在放大狀態(tài)基本是一個電流控制元件，二場效應管在放大狀態(tài)基本是一個電壓控制元件，根據(jù)控制量是電壓還是電流，結合受控的是電壓源和受控電流。受控電源共分四種：電壓控制電壓源（VCVS）、