大學(xué)物理_電源基本常識

1、15 獨(dú)立電壓源獨(dú)立電壓源 電路中的耗能器件或裝置有電流流動時，會電路中的耗能器件或裝置有電流流動時，會不斷消耗能量，不斷消耗能量，電路中必須有提供能量的器件或電路中必須有提供能量的器件或裝置裝置電源電源。 常用的直流電源有干電池、蓄電池、直流發(fā)電常用的直流電源有干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)、直流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源等。機(jī)、直流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源等。 常用的交流電源有電力系統(tǒng)提供的正弦交流電常用的交流電源有電力系統(tǒng)提供的正弦交流電源、交流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號發(fā)生源、交流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號發(fā)生器等。器等。 為了得到各種實(shí)際電源的電路模型，定義兩種為了得到各種實(shí)際電源

2、的電路模型，定義兩種理想的電路元件理想的電路元件獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源。 常用的干電池和可充電電池常用的干電池和可充電電池 實(shí)驗(yàn)室使用的直流穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)室使用的直流穩(wěn)壓電源用示波器觀測直流穩(wěn)壓電源的電壓隨時間變化的波形。示波器穩(wěn)壓電源一、獨(dú)立電壓源的定義：一、獨(dú)立電壓源的定義： 如果一個二端元件的電流無論為何值，其電如果一個二端元件的電流無論為何值，其電壓保持常量壓保持常量US或按給定的時間函數(shù)或按給定的時間函數(shù)uS(t)變化，則變化，則此二端元件稱為獨(dú)立電壓源，簡稱為電壓源。此二端元件稱為獨(dú)立電壓源，簡稱為電壓源。電電壓源的符號如圖壓源的符號如圖(a)所示，圖中所示，圖

3、中“ + + ” ， “ - - ”號表示電壓源電壓的參考極性。號表示電壓源電壓的參考極性。恒定電壓源或直流電壓源恒定電壓源或直流電壓源電壓保持常量的電壓源；電壓保持常量的電壓源；時變電壓源時變電壓源電壓隨時間變化的電壓源；電壓隨時間變化的電壓源；交流電壓源交流電壓源電壓隨時間周期性變化且平均值為零電壓隨時間周期性變化且平均值為零 的時變電壓源。的時變電壓源。 電壓源的電壓與電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時，其電壓源的電壓與電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時，其功率為功率為 ： p=ui二、獨(dú)立電壓源的分類和功率：二、獨(dú)立電壓源的分類和功率： 當(dāng)當(dāng)p0，即電壓源工作在，即電壓源工作在i-u平面的一、三象限時，電平面

4、的一、三象限時，電壓源實(shí)際吸收功率。壓源實(shí)際吸收功率。 當(dāng)當(dāng)p0P0，即電流源工作在，即電流源工作在u-i平面的一、三象限時，電平面的一、三象限時，電流源實(shí)際吸收功率；流源實(shí)際吸收功率； 當(dāng)當(dāng)p0，即電流源工作在，即電流源工作在u-i平面的二、四象限時，電平面的二、四象限時，電流源實(shí)際發(fā)出功率。流源實(shí)際發(fā)出功率。三、電流源的功率：三、電流源的功率： 也就是說隨著電流源工作狀態(tài)的不同，它既可發(fā)出功也就是說隨著電流源工作狀態(tài)的不同，它既可發(fā)出功率，也可吸收功率。率，也可吸收功率。 1、獨(dú)立電流源的、獨(dú)立電流源的電流電流由其本身的特性確定，與電由其本身的特性確定，與電 流源在電路中的位置無關(guān)。流源在

5、電路中的位置無關(guān)。 2、獨(dú)立電流源的、獨(dú)立電流源的電壓電壓則與其連接的外電路有關(guān)。則與其連接的外電路有關(guān)。 由其電流和外電路共同確定。由其電流和外電路共同確定。四、電流源的特點(diǎn)：四、電流源的特點(diǎn)：R / 1210201000u / V2420402000P /W4840804000 例如圖示電路中電阻值變化時，電流源的電例如圖示電路中電阻值變化時，電流源的電壓壓 u 和發(fā)出功率和發(fā)出功率 p 會發(fā)生變化。會發(fā)生變化。例例1 電路如圖所示。已知電路如圖所示。已知uS1=10V, iS1=1A, iS2=3A, R1=2 , R2=1 。 求電壓源和各電流源發(fā)出的功率。求電壓源和各電流源發(fā)出的功率

6、。 A2A1A31S2S1iiiV6V)1022(1S11dbuiRu20W)W(20A2V1011S發(fā)出iupW)9W(9A3V3W)6W(6A1V6S2cd21Sdb1發(fā)出發(fā)出iupiup 電壓源的吸收功率為電壓源的吸收功率為 電流源電流源iS1和和iS2吸收的功率分別為：吸收的功率分別為： 解：解： 根據(jù)根據(jù)KCL求得求得 根據(jù)根據(jù) KVL和和VCR求得：求得： 10V1A3A2 1 i-udb+V3V)631(db2S2cduiRu+ucd-五、實(shí)際電源的電路模型五、實(shí)際電源的電路模型IRUIIUUUoocscococUGIUUIIIoscocscscocUocUscIscI 實(shí)際電源

7、的電壓實(shí)際電源的電壓(或電流或電流)往往會隨著電源電流往往會隨著電源電流(或電壓或電壓)的增加而下降。的增加而下降。圖圖(a)和和(c)表示用電壓表、電流表和可變電表示用電壓表、電流表和可變電阻器測量直流電源阻器測量直流電源VAR特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路。所測得的兩特性曲線的實(shí)驗(yàn)電路。所測得的兩種典型種典型VAR曲線如圖（曲線如圖（b）和）和(d)所示所示 。 根據(jù)根據(jù) 得到的電路模型如圖得到的電路模型如圖(a)所示，它所示，它由電壓源由電壓源Uoc和電阻和電阻Ro的串聯(lián)組成。電阻的串聯(lián)組成。電阻Ro的電壓降模擬實(shí)的電壓降模擬實(shí)際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻際電源電壓隨電流增加而下降的特性。

8、電阻Ro越小的電源，越小的電源，其電壓越穩(wěn)定。其電壓越穩(wěn)定。 IRUUooc 按照按照 作出的電路模型如圖作出的電路模型如圖(b)所示，它由所示，它由電流源電流源ISC和電導(dǎo)為和電導(dǎo)為Go的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬實(shí)際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導(dǎo)實(shí)際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導(dǎo)Go越小的電源，其電流越穩(wěn)定。越小的電源，其電流越穩(wěn)定。 UGIIosc例例1-7 型號為型號為HT1712G的直流穩(wěn)壓電源，它有兩路輸出電壓，的直流穩(wěn)壓電源，它有兩路輸出電壓， 其電壓可以在其電壓可以在0V到到30V間連續(xù)調(diào)整，額定電流為間連續(xù)調(diào)

9、整，額定電流為2A。某臺。某臺 電源的產(chǎn)品說明書上給出以下實(shí)測數(shù)據(jù)：電源的產(chǎn)品說明書上給出以下實(shí)測數(shù)據(jù)： (l) 輸出電壓輸出電壓U=3V，負(fù)載穩(wěn)定度為，負(fù)載穩(wěn)定度為3 10-4 (2) 輸出電壓輸出電壓U=30V，負(fù)載穩(wěn)定度為，負(fù)載穩(wěn)定度為4 10-5 試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立該電源的電路模型。試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，建立該電源的電路模型。 0.9mVV109V3103441Um45.0A2mV9.0N1o1IUR 相應(yīng)的內(nèi)阻為相應(yīng)的內(nèi)阻為 這說明其電路模型為這說明其電路模型為3V電壓源和電壓源和0.45m 電阻相串聯(lián)。電阻相串聯(lián)。m6.0A2mV2.1A2V301045N2o2IUR 其電路模型為其電

10、路模型為30V電壓源和電壓源和0.6m 電阻的串聯(lián)。電阻的串聯(lián)。 解：解：負(fù)載穩(wěn)定度是指電流由零增加到額定電流時，輸出電負(fù)載穩(wěn)定度是指電流由零增加到額定電流時，輸出電 壓的相對變化率。壓的相對變化率。根據(jù)已知數(shù)據(jù)可求出根據(jù)已知數(shù)據(jù)可求出U1=3V時輸出時輸出 電壓的變化為電壓的變化為 用同樣方法算得電源工作在用同樣方法算得電源工作在30V時的內(nèi)阻為時的內(nèi)阻為 思考：思考：獨(dú)立電壓源能否短路獨(dú)立電壓源能否短路? 獨(dú)立電流源能否開路獨(dú)立電流源能否開路?1、 電路如圖電路如圖152所示。所示。 若：若：(1)R=10 ； (2) R=5 ；(3) R=2 時時; 試判斷試判斷5V電壓源是發(fā)出功率或吸

11、收功率。電壓源是發(fā)出功率或吸收功率。圖圖152思考與練習(xí)思考與練習(xí)小結(jié)小結(jié)電壓源電壓源電流源電流源不變量不變量變化量變化量US+_abIUabUab = US Uab的大小、方向由電的大小、方向由電源內(nèi)部的特性決定，源內(nèi)部的特性決定，與外電路無關(guān)。與外電路無關(guān)。IabUabIsI = Is I的大小、方向均由電源的大小、方向均由電源內(nèi)部特性決定，與外電內(nèi)部特性決定，與外電路無關(guān)。路無關(guān)。輸出電流輸出電流I可變可變-I的大小、方向均由的大小、方向均由外電路決定。外電路決定。端電壓端電壓Uab可變可變- Uab的大小、方向的大小、方向均由外電路決定。均由外電路決定。 作業(yè)： P50，1-131-7

12、 1-7 分壓電路和分流電路分壓電路和分流電路一、分壓公式一、分壓公式 +US IR1R2+ U1 +U2求 U1，U2 .解：21SRRUIU1 = R1 IS211URRRU2 = R2 IS212URRR復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)推廣： +US I+UkR1R2RkRn 求 I .解：n21SRRRUIUk = Rk I =Sn21URRR即SnjjkkURRU 1 分壓公式Rk電阻大的分配到的電壓也高1 1、參考電位、參考電位: : 任意選定電路中一點(diǎn)作為參考點(diǎn)任意選定電路中一點(diǎn)作為參考點(diǎn), ,設(shè)為設(shè)為零電位，用接地符號零電位，用接地符號“ ”表示。表示。 通常選擇電源和負(fù)載的公共端為零電位通常選擇電源

13、和負(fù)載的公共端為零電位2 2、電位計算：、電位計算： 電路中某一點(diǎn)電位等于該點(diǎn)電位與參考電路中某一點(diǎn)電位等于該點(diǎn)電位與參考點(diǎn)電位之間的電位差。點(diǎn)電位之間的電位差。 3 3、等電位點(diǎn)：、等電位點(diǎn)：二、電路中電位的概念二、電路中電位的概念: :三、電子電路的習(xí)慣畫法：三、電子電路的習(xí)慣畫法：R1USR2abc+ USR1R2bc5K12V24V6K3Ka+12V24V5K6K3K 參考電位在哪里參考電位在哪里？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復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)推廣：ISIk+UG1G2GkGn 求 Ik .解：n21SGGGIUIk = Gk U =