理论教育 理想电流源的特性和应用

理想电流源的特性和应用

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:图1-14理想电压源并联电路2.电流源理想电流源是指电源支路的电流IS 恒定不变,其两端电压由外电路决定,这种理想电流源又称为恒流源,其符号如图1-15a所示。图1-17电流源的外特性曲线由于理想电流源的电流为恒定的,因此与理想电流源串联的支路上的任意元件,其中流过的电流都是理想电流源的电流值。由图1-20f可求得图1-20例1-1图在进行等效变换时,应注意电流源的方向和电压源的极性。

理想电流源的特性和应用

电路理论中,有源元件分为两类:一类以电压源形式表示;一类以电流源形式表示。

1.电压源

理想电压源是指电源两端的电压US 恒定不变,其发出的电流由外电路决定,这种理想电压源又称为恒压源,其符号如图1-11a 所示。而实际电压源在工作中具有发热效应,因此在电路模型中用恒压源US 和内阻R0 串联的形式表示,称为电压源,如图1-11b所示。

图1-11 理想电压源与电压源的图形符号

当理想电压源与负载连接时,如图1-12a所示,其输出电压U 等于US,输出电流I 由负载电阻RL 和恒压源US 本身确定,它的外特性曲线是与横轴平行的一条直线,如图1-13所示。当电压源与负载连接时,如图1-12b所示,此时输出电压U 与输出电流I 的关系为

图1-12 理想电压源与电压源电路

由此可做出电压源的外特性曲线,如图1-13所示,随着输出电流I 的增加,输出电压U 呈减小的趋势。

图1-13 电压源和理想电压源的外特性曲线

由于理想电压源的电压为恒定的,因此与理想电压源并联的支路上的任意元件,其两端的电压都是理想电压源的电压值。例如,图1-14所示电路中,无论R 的电阻值为多少,二端口的电压U 恒等于US

图1-14 理想电压源并联电路

2.电流源

理想电流源是指电源支路的电流IS 恒定不变,其两端电压由外电路决定,这种理想电流源又称为恒流源,其符号如图1-15a所示。而实际电流源在工作中同样具有发热效应,在电路模型中用恒流源IS 和内阻R0 并联的形式表示,称为电流源,如图1-15b所示。

图1-15 理想电流源与电流源的图形符号

当理想电流源与负载连接时,如图1-16a所示,其输出电流I 等于IS,输出电压U 由负载电阻RL 和恒流源IS 本身确定,它的外特性曲线是与横轴垂直的一条直线,如图1-17所示。当电流源与负载连接时,如图1-16b所示,此时

图1-16 理想电流源电路与电流源电路

由此可做出电流源的外特性曲线,如图1-17所示。随着输出电压U 的增加,输出电流I 呈减小的趋势。(www.daowen.com)

图1-17 电流源的外特性曲线

由于理想电流源的电流为恒定的,因此与理想电流源串联的支路上的任意元件,其中流过的电流都是理想电流源的电流值。例如,图1-18所示电路中,无论R 的电阻值为多少,该支路中的电流I 恒等于IS

图1-18 理想电流源串联电路

3.电压源与电流源的等效变换

在电路分析时,电压源和电流源可以进行等效变换。

由图1-12b中得到的式(1-23),将其两端除以R0,则得

可写为

式中,IS 为电源的短路电流,IS;I为负载电流;为内电阻R0 支路的电流。

由图1-16b所得到的式(1-24)与式(1-25)是相同的,由此说明,电压源和电流源的外特性是相同的,二者可以相互转换,如图1-19所示,转换前后电源的输出电压U 及输出电流I 均不会发生变化。

图1-19 电压源与电流源的等效变换

电压源与电流源之间等效是指对外电路是等效的,但电源内部特性是不同的。例如,在电源开路时,电压源内部不消耗能量,电流源内阻流过的电流等于IS,内部能量消耗最大。所以二者内部特性是不等效的。

理想电压源与理想电流源之间没有等效的关系。因为对理想电压源(R0=0)来说,其短路电流ISC无穷大,对理想电流源(R0=∞)来说,其开路电压UOC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。

例1-1 用电压源与电流源等效变换的方法计算图1-20a所示电路中1Ω 电阻上的电流I。

解 如图1-20所示,电路图a最后化简为电路图f。

由图1-20f可求得

图1-20 例1-1图

在进行等效变换时,应注意电流源的方向和电压源的极性。

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