22电源的等效变换.docx

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22电源的等效变换

第二章电阻电路的等效变换2

讲授板书

1、掌握电压源、电流源的串联和并联；

2、掌握实际电源的两种模型及其等效变换；

3、掌握输入电阻的概念及计算。

1、电压源、电流源的串联和并联

2、输入电阻的概念及计算

实际电源的两种模型及其等效变换

1.组织教学5分钟

3.讲授新课70分钟

1）电源的串并联20

2）实际电源的等效变换25

3）输入电阻的计算35

2.复习旧课5分钟

电阻的等效

4.巩固新课5分钟

5.布置作业5分钟

一、学时：

2

二、班级：

06电气工程（本）/06数控技术（本）

三、教学内容：

[讲授新课]：

第二章电阻电路的等效变换

（电压源、电流源等效变换）

§2－5电压源、电流源的串联和并联

　　电压源、电流源的串联和并联问题的分析是以电压源和电流源的定义及外特性为基础，结合电路等效的概念进行的。

　1.理想电压源的串联和并联

（1）串联

　　图示为n个电压源的串联，根据KVL得总电压为：

注意：

式中usk的参考方向与us的参考方向一致时，

usk在式中取“＋”号，不一致时取“－”号。

　　根据电路等效的概念，可以用图（b）所示电压为Us的单个电压源等效替代图（a）中的n个串联的电压源。

通过电压源的串联可以得到一个高的输出电压。

（2）并联

（a）

（b）

　　图示为2个电压源的并联，根据KVL得：

上式说明只有电压相等且极性一致的电压源才能并联,此时并联电压源的对外特性与单个电压源一样，根据电路等效概念，可以用（b）图的单个电压源替代（a）图的电压源并联电路。

　　注意：

（1）不同值或不同极性的电压源是不允许串联的，否则违反KVL。

（2）电压源并联时，每个电压源中的电流是不确定的。

2．电压源与支路的串、并联等效

（1）串联

　　图（a）为2个电压源和电阻支路的串联，根据KVL得端口电压、电流关系为：

　　根据电路等效的概念，图（a）电路可以用图（b）所示电压为us的单个电压源和电阻为R的单个电阻的串联组合等效替代图（a），其中

（2）并联

　　图（a）为电压源和任意元件的并联，设外电路接电阻R，根据KVL和欧姆定律得端口电压、电流为：

即：

端口电压、电流只由电压源和外电路决定，与并联的元件无关，对外特性与图（b）所示电压为us的单个电压源一样。

因此，电压源和任意元件并联就等效为电压源。

3．理想电流源的串联和并联

（1）并联

图为n个电流源的并联，根据KCL得总电流为：

　　注意：

式中isk与is的参考方向一致时，isk在式中取“＋”号，不一致时取“－”号。

　　根据电路等效的概念，可以用图（b）所示电流为is的单个电流源等效替代图（a）中的n个并联的电流源。

通过电流源的并联可以得到一个大的输出电流。

（2）串联

图示为2个电流源的串联，根据KCL得：

　　上式说明只有电流相等且输出电流方向一致的电流源才能串联,此时串联电流源的对外特性与单个电流源一样，根据电路等效概念，可以用（b）图的单个电流源替代（a）图的电流源串联电路。

　　注意：

（1）不同值或不同流向的电流源是不允许串联的，否则违反KCL。

（2）电流源串联时，每个电流源上的电压是不确定的。

4．电流源与支路的串、并联等效

　　1）并联

　　图（a）为2个电流源和电阻支路的并联，根据KCL得端口电压、电流关系为：

　　上式说明图（a）电路的对外特性与图（b）所示电流为is的单个电流源和电阻为R的单个电阻的并联组合一样，因此，图（a）可以用图（b）等效替代，其中

（2）串联

　　图（a）为电流源和任意元件的串联，设外电路接电阻R，

根据KVL和欧姆定律得端口电压、电流为：

即：

端口电压、电流只由电流源和外电路决定，与串联的元件无关，对外特性与图（b）所示电流为is的单个电流源一样。

因此，电流源和任意元件串联就等效为电流源。

§2－6实际电压源和电流源的等效变换

　　图示为实际电压源、实际电流源的模型，它们之间可以进行等效变换。

实际电压源

实际电流源

由实际电压源模型得输出电压u和输出电流I满足关系：

由实际电流源模型得输出电压u和输出电流I满足关系：

比较以上两式，如令：

　　则实际电压源和电流源的输出特性将完全相同。

因此，根据电路等效的概念，当上述两式满足时，实际电压源和电流源可以等效变换。

　　变换的过程为：

　　电压源变换为电流源：

其中

　　电流源变换为电压源：

其中

需要注意的是：

（1）变换关系，即要满足上述参数间的关系，还要满足方向关系：

电流源电流方向与电压源电压方向相反。

（2）电源互换是电路等效变换的一种方法。

这种等效是对电源以外部分的电路等效，对电源内部电路是不等效的。

表现为：

如图示

开路的电压源中无电流流过Ri；

开路的电流源可以有电流流过并联电导Gi。

电压源短路时，电阻中Ri有电流；

电流源短路时,并联电导Gi中无电流。

（3）理想电压源与理想电流源不能相互转换，因为两者的定义本身是相互矛盾的，不会有相同的VCR。

　　（4）电源等效互换的方法可以推广应用，如把理想电压源与外电阻的串联等效变换成理想电流源与外电导的并联，同样可把理想电流源与外电阻的并联等效变换为电压源形式。

　　　　例2－10：

利用电源等效互换简化电路计算图示电路中的电流I。

解：

　把图中电流源和电阻的并联组合变换为电压源和电阻的串联组合（注意电压源的极性）

　　　　　　　从中解得：

例2－11：

利用电源等效互换计算图示电路中的电压U。

　　解：

把5Ω电阻作为外电路，10V电压源和5Ω电阻的串联变换为2A电流源和5Ω电阻的并联,6A电流源和10V电压源的串联等效为6A电流源，如图所示。

　　则

例2－12：

把图示电路转换成一个电压源和一个电阻的串连组合。

（a）

（b）

　　解：

　　　图a电路的转换过程如下图所示：

　　　　图b电路的转换过程如下图所示：

例2－13：

计算图示电路中的电流I。

　　解：

利用电源等效变换，把电路依次转换为图（a）和（b）

（a）

（b）

　　　　　　　　　　因此

例2－14：

求图示电路中的电流i1

　　解：

利用电源等效变换，把电路依次转换为图（a）和（b）

（a）

（b）

　　则

　　由KVL得：

　　从中解得：

　　本题的求解说明：

受控源和独立源一样可以进行电源转换；但转换过程中要特别注意不要把受控源的控制量变换掉了。

例2－15：

把图示电路转换成一个电压源和一个电阻的串连。

　解：

利用电源等效变换，把电路转换为图（a），

　　　根据KVL得端口电压和电流关系为：

因此得等效电路如图（b）所示。

（a）

（b）

§2－7　　输入电阻

　　1.定义

　　对于一个不含独立源的一端口电路，不论内部如何复杂，其端口电压和端口电流成正比，定义这个比值为一端口电路的输入电阻（如图示）。

输入电阻：

2.计算方法

　　根据输入电阻的定义，可得如下计算方法：

（1）如果一端口内部仅含电阻，则应用电阻的串、并联和D—Y变换等方法求它的等效电阻，输入电阻等于等效电阻；

（2）对含有受控源和电阻的两端电路，应用在端口加电源的方法求输入电阻：

加电压源，求得电流；或加电流源，求电压，然后计算电压和电流的比值得输入电阻，这种计算方法称为电压、电流法。

　　需要指出的是：

（1）对含有独立电源的一端口电路，求输入电阻时，要先把独立源置零：

电压源短路，电流源断路。

（2）应用电压、电流法时，端口电压、电流的参考方向对两端电路来说是关联的。

　　例2－16：

计算下例一端口电路的输入电阻。

解：

图示为一有源电阻网络，先把独立源置零：

电压源短路；电流源断路，如图示得到一纯电阻电路，

应用电阻的串并联关系，求得输入电阻为：

例2－17：

计算图示含有受控源的一端口电路的输入电阻。

　　解：

因为电路中有受控源，求输入电阻时，先把独立源置零，然后在端口外加电压源，如图示，

由KCL和KVL得：

输入电阻为端口电压和电流的比值：

　例2－18：

计算图示含有受控源的一端口电路的输入电阻。

　　解：

在电路端口外加电流源，如图示，

由图知：

　　由KCL和KVL得：

　　则Rin=u/i=27.5i1/2.5i1=11Ω

四、预习内容电阻电路的一般分析

五、作业

六、