大学物理_电源基本常识

1、15 独立电压源独立电压源 电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会不断消耗能量，不断消耗能量，电路中必须有提供能量的器件或电路中必须有提供能量的器件或装置装置电源电源。 常用的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电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。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源、交流稳压电源和产生多种波形的各种信号发生器等。器等。 为了得到各种实际电源的电路模型，定义两种为了得到各种实际电源

2、的电路模型，定义两种理想的电路元件理想的电路元件独立电压源和独立电流源独立电压源和独立电流源。 常用的干电池和可充电电池常用的干电池和可充电电池 实验室使用的直流稳压电源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、独立电压源的定义：一、独立电压源的定义： 如果一个二端元件的电流无论为何值，其电如果一个二端元件的电流无论为何值，其电压保持常量压保持常量US或按给定的时间函数或按给定的时间函数uS(t)变化，则变化，则此二端元件称为独立电压源，简称为电压源。此二端元件称为独立电压源，简称为电压源。电电压源的符号如图压源的符号如图(a)所示，图中所示，图

3、中“ + + ” ， “ - - ”号表示电压源电压的参考极性。号表示电压源电压的参考极性。恒定电压源或直流电压源恒定电压源或直流电压源电压保持常量的电压源；电压保持常量的电压源；时变电压源时变电压源电压随时间变化的电压源；电压随时间变化的电压源；交流电压源交流电压源电压随时间周期性变化且平均值为零电压随时间周期性变化且平均值为零 的时变电压源。的时变电压源。 电压源的电压与电流采用关联参考方向时，其电压源的电压与电流采用关联参考方向时，其功率为功率为 ： p=ui二、独立电压源的分类和功率：二、独立电压源的分类和功率： 当当p0，即电压源工作在，即电压源工作在i-u平面的一、三象限时，电平面

4、的一、三象限时，电压源实际吸收功率。压源实际吸收功率。 当当p0P0，即电流源工作在，即电流源工作在u-i平面的一、三象限时，电平面的一、三象限时，电流源实际吸收功率；流源实际吸收功率； 当当p0，即电流源工作在，即电流源工作在u-i平面的二、四象限时，电平面的二、四象限时，电流源实际发出功率。流源实际发出功率。三、电流源的功率：三、电流源的功率： 也就是说随着电流源工作状态的不同，它既可发出功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。率，也可吸收功率。 1、独立电流源的、独立电流源的电流电流由其本身的特性确定，与电由其本身的特性确定，与电 流源在电路中的位置无关。流源在

5、电路中的位置无关。 2、独立电流源的、独立电流源的电压电压则与其连接的外电路有关。则与其连接的外电路有关。 由其电流和外电路共同确定。由其电流和外电路共同确定。四、电流源的特点：四、电流源的特点：R / 1210201000u / V2420402000P /W4840804000 例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电压压 u 和发出功率和发出功率 p 会发生变化。会发生变化。例例1 电路如图所示。已知电路如图所示。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。求电压源和各电流源发出的功率

6、。 A2A1A31S2S1iiiV6V)1022(1S11dbuiRu20W)W(20A2V1011S发出iupW)9W(9A3V3W)6W(6A1V6S2cd21Sdb1发出发出iupiup 电压源的吸收功率为电压源的吸收功率为 电流源电流源iS1和和iS2吸收的功率分别为：吸收的功率分别为： 解：解： 根据根据KCL求得求得 根据根据 KVL和和VCR求得：求得： 10V1A3A2 1 i-udb+V3V)631(db2S2cduiRu+ucd-五、实际电源的电路模型五、实际电源的电路模型IRUIIUUUoocscococUGIUUIIIoscocscscocUocUscIscI 实际电源

7、的电压实际电源的电压(或电流或电流)往往会随着电源电流往往会随着电源电流(或电压或电压)的增加而下降。的增加而下降。图图(a)和和(c)表示用电压表、电流表和可变电表示用电压表、电流表和可变电阻器测量直流电源阻器测量直流电源VAR特性曲线的实验电路。所测得的两特性曲线的实验电路。所测得的两种典型种典型VAR曲线如图（曲线如图（b）和）和(d)所示所示 。 根据根据 得到的电路模型如图得到的电路模型如图(a)所示，它所示，它由电压源由电压源Uoc和电阻和电阻Ro的串联组成。电阻的串联组成。电阻Ro的电压降模拟实的电压降模拟实际电源电压随电流增加而下降的特性。电阻际电源电压随电流增加而下降的特性。

8、电阻Ro越小的电源，越小的电源，其电压越稳定。其电压越稳定。 IRUUooc 按照按照 作出的电路模型如图作出的电路模型如图(b)所示，它由所示，它由电流源电流源ISC和电导为和电导为Go的电阻并联组成。电阻中的电流模拟的电阻并联组成。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。越小的电源，其电流越稳定。 UGIIosc例例1-7 型号为型号为HT1712G的直流稳压电源，它有两路输出电压，的直流稳压电源，它有两路输出电压， 其电压可以在其电压可以在0V到到30V间连续调整，额定电流为间连续调

9、整，额定电流为2A。某台。某台 电源的产品说明书上给出以下实测数据：电源的产品说明书上给出以下实测数据： (l) 输出电压输出电压U=3V，负载稳定度为，负载稳定度为3 10-4 (2) 输出电压输出电压U=30V，负载稳定度为，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。试根据以上数据，建立该电源的电路模型。 0.9mVV109V3103441Um45.0A2mV9.0N1o1IUR 相应的内阻为相应的内阻为 这说明其电路模型为这说明其电路模型为3V电压源和电压源和0.45m 电阻相串联。电阻相串联。m6.0A2mV2.1A2V301045N2o2IUR 其电路模型为其电

10、路模型为30V电压源和电压源和0.6m 电阻的串联。电阻的串联。 解：解：负载稳定度是指电流由零增加到额定电流时，输出电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。压的相对变化率。根据已知数据可求出根据已知数据可求出U1=3V时输出时输出 电压的变化为电压的变化为 用同样方法算得电源工作在用同样方法算得电源工作在30V时的内阻为时的内阻为 思考：思考：独立电压源能否短路独立电压源能否短路? 独立电流源能否开路独立电流源能否开路?1、 电路如图电路如图152所示。所示。 若：若：(1)R=10 ； (2) R=5 ；(3) R=2 时时; 试判断试判断5V电压源是发出功率或吸

11、收功率。电压源是发出功率或吸收功率。图图152思考与练习思考与练习小结小结电压源电压源电流源电流源不变量不变量变化量变化量US+_abIUabUab = US Uab的大小、方向由电的大小、方向由电源内部的特性决定，源内部的特性决定，与外电路无关。与外电路无关。IabUabIsI = Is I的大小、方向均由电源的大小、方向均由电源内部特性决定，与外电内部特性决定，与外电路无关。路无关。输出电流输出电流I可变可变-I的大小、方向均由的大小、方向均由外电路决定。外电路决定。端电压端电压Uab可变可变- Uab的大小、方向的大小、方向均由外电路决定。均由外电路决定。 作业： P50，1-131-7

12、 1-7 分压电路和分流电路分压电路和分流电路一、分压公式一、分压公式 +US IR1R2+ U1 +U2求 U1，U2 .解：21SRRUIU1 = R1 IS211URRRU2 = R2 IS212URRR复习复习推广： +US I+UkR1R2RkRn 求 I .解：n21SRRRUIUk = Rk I =Sn21URRR即SnjjkkURRU 1 分压公式Rk电阻大的分配到的电压也高1 1、参考电位、参考电位: : 任意选定电路中一点作为参考点任意选定电路中一点作为参考点, ,设为设为零电位，用接地符号零电位，用接地符号“ ”表示。表示。 通常选择电源和负载的公共端为零电位通常选择电源

13、和负载的公共端为零电位2 2、电位计算：、电位计算： 电路中某一点电位等于该点电位与参考电路中某一点电位等于该点电位与参考点电位之间的电位差。点电位之间的电位差。 3 3、等电位点：、等电位点：二、电路中电位的概念二、电路中电位的概念: :三、电子电路的习惯画法：三、电子电路的习惯画法：R1USR2abc+ USR1R2bc5K12V24V6K3Ka+12V24V5K6K3K 参考电位在哪里参考电位在哪里？例例+15V-15VR1R3R2a ab b+15V+-R1R3R2a ab b15V+-1515153211IRUIRIRUIRUbbaI3211515RRRI四、分流公式四、分流公式ISI1G1G2I2+U求： I1，I2 .解：21SGGIUI1 = G1 US211IGGGI2 = G2 US212IGGG复习复习推广：ISIk+UG1G2GkGn 求 Ik .解：n21SGGGIUIk = Gk U =