电路分析含受控源分析（课堂PPT）

1、3 33 3 含受控源的电路分析含受控源的电路分析 电子工程学院电子工程学院 一、受控源一、受控源受控源：受控源：一条支路的电压或电流受本支路以外的其它因素一条支路的电压或电流受本支路以外的其它因素控制。控制。由两条支路组成由两条支路组成:其第一条支路是其第一条支路是控制支路控制支路，呈开路或短路，呈开路或短路状态；第二条支路是状态；第二条支路是受控支路受控支路，它是一个电压源或电流源，它是一个电压源或电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。分类：电流控制的电压源分类：电流控制的电压源(CCVS)，电压控制的电流源，电压控制的电流

2、源(VCCS)，电流控制的电流源，电流控制的电流源(CCCS)和电压控制的电压源和电压控制的电压源(VCVS电子工程学院电子工程学院)103( 0121 riuu)113( 0121 guii)123( 0121 iiu )133( 0121 uui 每种受控源由两个线性代数方程来描述：每种受控源由两个线性代数方程来描述：CCVS：VCCS：CCCS：VCVS：r具有电阻量纲，称为转移电阻。具有电阻量纲，称为转移电阻。g具有电导量纲，称为转移电导。具有电导量纲，称为转移电导。 无量纲，称为转移电流比。无量纲，称为转移电流比。 亦无量纲，称为转移电压比。亦无量纲，称为转移电压比。电子工程学院电子

3、工程学院 受控源受控源则描述电路中两条支路电压和电流间则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，它的存在可以的一种约束关系，它的存在可以改变改变电路中的电电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。压和电流，使电路特性发生变化。 独立电源独立电源是电路的输入或激励，它为电路提是电路的输入或激励，它为电路提供按给定时间函数变化的电压和电流，从而在电供按给定时间函数变化的电压和电流，从而在电路中路中产生产生电压和电流。电压和电流。电子工程学院电子工程学院图图313 图图(a)所示的晶体管在一定条件下可以用图所示的晶体管在一定条件下可以用图(b)所示的模型来表示。这个模型由一个受控源和一所示的模型

4、来表示。这个模型由一个受控源和一个电阻构成，这个受控源受与电阻并联的开路电个电阻构成，这个受控源受与电阻并联的开路电压控制，控制电压是压控制，控制电压是ube，受控源的控制系数是转，受控源的控制系数是转移电导移电导gm。电子工程学院电子工程学院 图图(d)表示用图表示用图(b)的晶体管模型代替图的晶体管模型代替图(c)电路电路中的晶体管所得到的一个电路模型。中的晶体管所得到的一个电路模型。图图313电子工程学院电子工程学院二、含受控源单口网络的等效电路二、含受控源单口网络的等效电路 由若干线性二端电阻构成的电阻单口网络，由若干线性二端电阻构成的电阻单口网络，就端口特性而言，可等效为一个线性二端

5、电阻。就端口特性而言，可等效为一个线性二端电阻。 由由线性二端电阻和线性受控源构成的电阻单线性二端电阻和线性受控源构成的电阻单口网络口网络，就端口特性而言，也，就端口特性而言，也等效为一个线性二等效为一个线性二端电阻端电阻，其等效电阻值常用，其等效电阻值常用外加独立电源外加独立电源计算单计算单口口VCR方程的方法求得。方程的方法求得。电子工程学院电子工程学院例例310 求图求图3-14(a)所示单口网络的等效电阻。所示单口网络的等效电阻。 解解: 设想在端口外加电流源设想在端口外加电流源i，写出端口电压写出端口电压u的表达式的表达式 111o(1)(1)uuuuRiR i 求得单口的等效电阻求

6、得单口的等效电阻 RiuR)1(o 由于受控电压源的存在，由于受控电压源的存在，使端口电压增加了使端口电压增加了 u1= Ri，导致单口等效电阻增大到导致单口等效电阻增大到( +1)倍。倍。电子工程学院电子工程学院例例311 求图求图3-15(a)所示单口网络的等效电阻。所示单口网络的等效电阻。 解：在端口外加电压源解：在端口外加电压源u，写出端口电流写出端口电流i的表达式为的表达式为 111o(1)1iiiiuG uR 由此求得单口的等效电导为由此求得单口的等效电导为 GuiG1)(o 该电路将电导该电路将电导G增大到原值的增大到原值的( +1)倍或将电倍或将电阻阻R=1/G变小到原值的变小

7、到原值的1/( +1)倍，若倍，若 =-2 ，则，则Go=-G 或或Ro=-R。电子工程学院电子工程学院 由由线性电阻和独立电源构成的单口网络线性电阻和独立电源构成的单口网络，就端口特性，就端口特性而言，可以而言，可以等效为一个线性电阻和电压源的串联单口等效为一个线性电阻和电压源的串联单口，或，或等效为一个线性电阻和电流源的并联单口。等效为一个线性电阻和电流源的并联单口。 由由线性受控源、线性电阻和独立电源线性受控源、线性电阻和独立电源构成的单口网络，构成的单口网络，就端口特性而言，可以就端口特性而言，可以等效为一个线性电阻和电压源的串等效为一个线性电阻和电压源的串联单口联单口，或等效为一个线

8、性电阻和电流源的并联单口。，或等效为一个线性电阻和电流源的并联单口。 同样，可用外加电源计算端口同样，可用外加电源计算端口 VCR方程的方法，求得方程的方法，求得含线性受控源电阻单口网络的等效电路。含线性受控源电阻单口网络的等效电路。 电子工程学院电子工程学院例例312 求图求图3-16(a)所示单口网络的等效电路。所示单口网络的等效电路。 解：用外加电源法，求得单口解：用外加电源法，求得单口VCR方程为方程为 11154uuuu 其中其中 )A2)(2(1 iu得到得到 V20)10( iu或或 A2101 ui电子工程学院电子工程学院四、含受控源电路的网孔方程四、含受控源电路的网孔方程 在

9、列写含受控源电路的网孔方程时，可：在列写含受控源电路的网孔方程时，可： (1) 先将先将受控源作为独立电源处理受控源作为独立电源处理； (2) 然后将受控源的然后将受控源的控制变量用网孔电流表示控制变量用网孔电流表示，再经过移项整理即可得到如式再经过移项整理即可得到如式(35)形式的网孔方形式的网孔方程。程。5)-(3 S3333323213122S32322212111S313212111 uiRiRiRuiRiRiRuiRiRiR电子工程学院电子工程学院例例313 列出图列出图3-17电路的网孔方程。电路的网孔方程。 解：在写网孔方程时，先将受控电压源的电压解：在写网孔方程时，先将受控电压

10、源的电压ri3写在方程右边：写在方程右边： 323213S23131)()(riiRRiRuiRiRR 图图317将控制变量将控制变量i3用网孔电流表示，即补充方程用网孔电流表示，即补充方程 213iii 电子工程学院电子工程学院代入上式，移项整理后得到以下网孔方程：代入上式，移项整理后得到以下网孔方程： 0)()()(23213S23131 irRRiRruiRiRR 由于受控源的影响由于受控源的影响,互电阻互电阻R21=( r - R3)不再与不再与互电阻互电阻R12= -R3相等。自电阻相等。自电阻R22=( R2+ R3 - r)不再不再是网孔全部电阻是网孔全部电阻R2 、R3的总和。

11、的总和。 图图317电子工程学院电子工程学院例例314 已知已知 =1, =1。试求网孔电流。试求网孔电流。 解：以解：以i1, i2和和 i3为网孔电流，为网孔电流，列出网孔列出网孔 1和网孔和网孔2的网孔方程的网孔方程1321321)2()6()2(V16)2()2()6(uiiiiii 补充受控源控制变量与网孔电流补充受控源控制变量与网孔电流i1和和i2关系的方程：关系的方程： 21311)2(iiiiu 代入代入 =1, =1,解得网孔电流解得网孔电流i1=4A, i2=1A和和 i3 =3A。 电子工程学院电子工程学院五、含受控源电路的结点方程五、含受控源电路的结点方程 与建立网孔方

12、程相似，列写含受控源电路的与建立网孔方程相似，列写含受控源电路的结点方程时，结点方程时，(1) 先将先将受控源作为独立电源受控源作为独立电源处理；处理；(2) 然后将然后将控制变量用结点电压表示控制变量用结点电压表示并移项整理，并移项整理，即可得到如式即可得到如式(39)形式的结点方程。形式的结点方程。)93(33S33323213122S32322212111S313212111 ivGvGvGivGvGvGivGvGvG电子工程学院电子工程学院例例315 列出图列出图3-19电路的结点方程。电路的结点方程。 解：列出结点方程解：列出结点方程323213S23131)()(guuGGuGiu

13、GuGG 图图319补充补充u3与结点电压关系的方程与结点电压关系的方程 213uuu 由于受控源的影响，互电导由于受控源的影响，互电导 G21 = ( g - G3) 与与互电导互电导G12 = -G3 不再相等。自电导不再相等。自电导 G22 = ( G2+ G3- g) 不再是结点全部电导之和。不再是结点全部电导之和。0)()()(23213S23131 ugGGuGgiuGuGG电子工程学院电子工程学院例例316 已知已知g=2S，求结点电压和受控电流源发，求结点电压和受控电流源发出的功率。出的功率。 图图320解：当电路中存在受控电解：当电路中存在受控电压源时，应增加电压源电压源时，

14、应增加电压源电流变量流变量i来建立结点方程。来建立结点方程。23232121)S2()S1(0)S1()S3()S1(A6)S1()S2(guiuuuuuiuu 补充方程补充方程 )(5 . 05 . 032431uuuuu 求解可得求解可得u1=4V, u2=3V, u3=5V。受控电流源发出的。受控电流源发出的功率为功率为 W30W325)(23 guup电子工程学院电子工程学院四、电路分析方法回顾四、电路分析方法回顾 KCL，KVL和和VCRVCRKVLKCLVCRKCLKVLb-n+1个独立电流为个独立电流为变量的变量的KVL方程方程n-1个独立电压为变个独立电压为变量的量的KCL方程

15、方程电流源的电压变量不能从电流源的电压变量不能从2b方程中消去，方程中消去，电压源的电流变量不能从电压源的电流变量不能从2b方程中消去方程中消去2 2b b方程方程支路电流方程支路电流方程支路电压方程支路电压方程网孔方程网孔方程结点方程结点方程电子工程学院电子工程学院选择分析方法时通常考虑的因素有选择分析方法时通常考虑的因素有 ：联立方程数目少联立方程数目少;列写方程比较容易列写方程比较容易; 所求解的电压电流就是方程变量所求解的电压电流就是方程变量;(1) 个人喜欢并熟悉的某种方法。个人喜欢并熟悉的某种方法。电子工程学院电子工程学院摘摘 要要1. 网孔分析法适用于平面电路，其方法是网孔分析法

16、适用于平面电路，其方法是 (l)以网孔电流为变量，列出网孔的以网孔电流为变量，列出网孔的 KVL方程方程(网孔方程网孔方程)。 (2)求解网孔方程得到网孔电流，再用求解网孔方程得到网孔电流，再用KCL和和VCR方程求方程求各支路电流和支路电压。各支路电流和支路电压。 当电路中含有电流源与电阻并联单口时，应先等效变当电路中含有电流源与电阻并联单口时，应先等效变换为电压源与电阻串联单口。若没有电阻与电流源并联，换为电压源与电阻串联单口。若没有电阻与电流源并联，则应增加电流源电压变量来建立网孔方程，并补充电流源则应增加电流源电压变量来建立网孔方程，并补充电流源与网孔电流关系的方程。与网孔电流关系的方

17、程。 电子工程学院电子工程学院 2结点分析法适用于连通电路，其方法是结点分析法适用于连通电路，其方法是 (l)以结点电压为变量，列出结点以结点电压为变量，列出结点KCL方程方程(结点方程结点方程)。 (2)求解结点方程得到结点电压，再用求解结点方程得到结点电压，再用 KVL和和VCR 方程求方程求各支路电压和支路电流。各支路电压和支路电流。 当电路中含有电压源与电阻串联的单口时，应先等效当电路中含有电压源与电阻串联的单口时，应先等效变换为电流源与电阻并联单口。若没有电阻与电压源串联，变换为电流源与电阻并联单口。若没有电阻与电压源串联，则应增加电压源电流变量来建立结点方程，并补充电压源则应增加电压源电流变量来建立结点方程，并补充