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文檔簡介
1、第二章電阻電路的等效變換2板書講授1、掌握電壓源、電流源的串聯(lián)和并聯(lián);2、掌握實(shí)際電源的兩種模型及其等效變換;3、掌握輸入電阻的概念及計(jì)算。1、電壓源、電流源的串聯(lián)和并聯(lián)2、輸入電阻的概念及計(jì)算實(shí)際電源的兩種模型及其等效變換1.組織教學(xué)5分鐘3.講授新課70分鐘1)電源的串并聯(lián)202)實(shí)際電源的等效變換253)輸入電阻的計(jì)算352.復(fù)習(xí)舊課電阻的等效5分鐘4.鞏固新課5分鐘5.布置作業(yè)5分鐘、學(xué)時(shí):2二、班級:06電氣工程(本)/06數(shù)控技術(shù)(本)三、教學(xué)內(nèi)容:講授新課:第二章電阻電路的等效變換(電壓源、電流源等效變換)。一5電壓源、電流源的串聯(lián)和并聯(lián)電壓源、電流源的串聯(lián)和并聯(lián)問題的分析是以電
2、壓源和電流源的定義及外特性為基礎(chǔ),結(jié)合電路等效的概念進(jìn)行的。1 .理想電壓源的串聯(lián)和并聯(lián)(1)串聯(lián)圖示為n個(gè)電壓源的串聯(lián),根據(jù)KVL得總電壓為:%=鞏1+”式+成注意:式中usk的參考方向與us的參考方向一致時(shí),Usk在式中取午”號,不一致時(shí)取號。根據(jù)電路等效的概念,可以用圖(b)所示電壓為Us的單個(gè)電壓源等效替代圖(a)中的n個(gè)串聯(lián)的電壓源。通過電壓源的串聯(lián)可以得到一個(gè)高的輸出電壓。(2)并聯(lián)工F/6fI_(b)-(a)(b)圖示為2個(gè)電壓源的并聯(lián),根據(jù)KVL得:%=%上式說明只有電壓相等且極性一致的電壓源才能并聯(lián),此時(shí)并聯(lián)電壓源的對外特性與單個(gè)電壓源一樣,根據(jù)電路等效概念,可以用(b)圖的
3、單個(gè)電壓源替代(a)圖的電壓源并聯(lián)電路。注意:(1)不同值或不同極性的電壓源是不允許串聯(lián)的,否則違反KVL。(2)電壓源并聯(lián)時(shí),每個(gè)電壓源中的電流是不確定的。2.電壓源與支路的串、并聯(lián)等效(1)串聯(lián)T一T一(b)圖(a)為2個(gè)電壓源和電阻支路的串聯(lián),根據(jù)KVL得端口電壓、電流關(guān)系為:w=3鳴"%+即=(«n%)+(鳥+紇)/=%+政根據(jù)電路等效的概念,圖(a)電路可以用圖(b)所示電壓為5的單個(gè)電壓源和電阻為R的單個(gè)電阻的串聯(lián)組合等效替代圖(a),其中%=(%i十%上)(2)并聯(lián)+工尸、+T+MHl依-A-9"(a) Cb)圖(a)為電壓源和任意元件的并聯(lián),設(shè)外電
4、路接電阻R,根據(jù)KVL和歐姆定律得端口電壓、電流為:用=/I=h/R即:端口電壓、電流只由電壓源和外電路決定,與并聯(lián)的元件無關(guān),對外特性與圖(b)所示電壓為Us的單個(gè)電壓源一樣。因此,電壓源和任意元件并聯(lián)就等效為電壓源。3 .理想電流源的串聯(lián)和并聯(lián)(1)并聯(lián)圖為n個(gè)電流源的并聯(lián),根據(jù)KCL得總電流為:1=&1+心+一+a=匯。注意:式中isk與is的參考方向一致時(shí),isk在式中取午”號,不一致時(shí)取上”號。根據(jù)電路等效的概念,可以用圖(b)所示電流為is的單個(gè)電流源等效替代圖(a)中的n個(gè)并聯(lián)的電流源。通過電流源的并聯(lián)可以得到一個(gè)大的輸出電流。(2)串聯(lián)Ch)圖示為2個(gè)電流源的串聯(lián),根據(jù)
5、KCL得:勺=*1=J上式說明只有電流相等且輸出電流方向一致的電流源才能串聯(lián),此時(shí)串聯(lián)電流源的對外特性與單個(gè)電流源一樣,根據(jù)電路等效概念,可以用(b)圖的單個(gè)電流源替代(a)圖的電流源串聯(lián)電路。注意:(1)不同值或不同流向的電流源是不允許串聯(lián)的,否則違反KCL。(2)電流源串聯(lián)時(shí),每個(gè)電流源上的電壓是不確定的。4 .電流源與支路的串、并聯(lián)等效1)并聯(lián)(a)(b)圖(a)為2個(gè)電流源和電阻支路的并聯(lián),根據(jù)KCL得端口電壓、電流關(guān)系為:f=(14十is2+理/R1=41+上十(1/耳+l/fi2)w=/r+u/R上式說明圖(a)電路的對外特性與圖(b)所示電流為is的單個(gè)電流源和電阻為R的單個(gè)電阻
6、的并聯(lián)組合一樣,因此,圖(a)可以用圖(b)等效替代,其中4=(4+%)等效電路(2)串聯(lián)圖(a)為電流源和任意元件的串聯(lián),設(shè)外電路接電阻R,根據(jù)KVL和歐姆定律得端口電壓、電流為:即:端口電壓、電流只由電流源和外電路決定,與串聯(lián)的元件無關(guān),對外特性與圖(b)所示電流為is的單個(gè)電流源一樣。因此,電流源和任意元件串聯(lián)就等效為電流源。一6實(shí)際電壓源和電流源的等效變換圖示為實(shí)際電壓源、實(shí)際電流源的模型,它們之間可以進(jìn)行等效變換。實(shí)際電壓源實(shí)際電流源由實(shí)際電壓源模型得輸出電壓u和輸出電流I滿足關(guān)系:由實(shí)際電流源模型得輸出電壓u和輸出電流I滿足關(guān)系:比較以上兩式,如令:則實(shí)際電壓源和電流源的輸出特性將
7、完全相同。因此,根據(jù)電路等效的概念,當(dāng)上述兩式滿足時(shí),實(shí)際電壓源和電流源可以等效變換。變換的過程為:電壓源變換為電流源:其中電流源變換為電壓源:需要注意的是:(1)變換關(guān)系,即要滿足上述參數(shù)間的關(guān)系,還要滿足方向關(guān)系:電流源電流方向與電壓源電壓方向相反。(2)電源互換是電路等效變換的一種方法。這種等效是對電源以外部分的電路等效,對電源內(nèi)部電路是不等效的。表現(xiàn)為:如圖示開路的電壓源中無電流流過R;開路的電流源可以有電流流過并聯(lián)電導(dǎo)Gi。&電壓源短路時(shí),電阻中R有電流;電流源短路時(shí),并聯(lián)電導(dǎo)Gi中無電流。(3)理想電壓源與理想電流源不能相互轉(zhuǎn)換,因?yàn)閮烧叩亩x本身是相互矛盾的,不會(huì)有相同的
8、VCR。(4)電源等效互換的方法可以推廣應(yīng)用,如把理想電壓源與外電阻的串聯(lián)等效變換成理想電流源與外電導(dǎo)的并聯(lián),同樣可把理想電流源與外電阻的并聯(lián)等效變換為電壓源形式。I。解:把圖中電流源和電阻的并聯(lián)組合變換為電壓源和電阻的串聯(lián)組合(注意電壓源的極性)7!>例210:利用電源等效互換簡化電路計(jì)算圖示電路中的電流從中解得:14.例211:利用電源等效互換計(jì)算圖示電路中的電壓U。解:把5a電阻作為外電路,10V電壓源和5a電阻的串聯(lián)變換為2A電流源和5電阻的并聯(lián),6A電流源和10V電壓源的串聯(lián)等效為6A電流源,如圖所示。5/5QU=(2+6)x(5"5)=20例212:把圖示電路轉(zhuǎn)換成
9、一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串連組合。0丸.6A+(b)解:(a)圖a電路的轉(zhuǎn)換過程如下圖所示:圖b電路的轉(zhuǎn)換過程如下圖所示:例213:計(jì)算圖示電路中的電流I。解:利用電源等效變換,把電路依次轉(zhuǎn)換為圖(a)和(b)因此3Q60:ISM20例214:求圖示電路中的電流i1a)和(b)解:利用電源等效變換,把電路依次轉(zhuǎn)換為圖(所+i:rA隔14.以/限令(a)則%由KVL得:叫+(國"鳥山鳥二兄,=2從中解得:R+fY.aR本題的求解說明:受控源和獨(dú)立源一樣可以進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換;但轉(zhuǎn)換過程中要特別注意不要把受控源的控制量變換掉了。例215:把圖示電路轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串連。ildi解:利
10、用電源等效變換,把電路轉(zhuǎn)換為圖(a),根據(jù)KVL得端口電壓和電流關(guān)系為:U=-500J+20001+10=1500/+10因此得等效電路如圖(b)所示。(a)(b)立7輸入電阻1 .定義對于一個(gè)不含獨(dú)立源的一端口電路,不論內(nèi)部如何復(fù)雜,其端口電壓和端口電流成正比,定義這個(gè)比值為一端口電路的輸入電阻(如圖示)。r+輸入電阻:否,H源.凡二72 .計(jì)算方法根據(jù)輸入電阻的定義,可得如下計(jì)算方法:(1)如果一端口內(nèi)部僅含電阻,則應(yīng)用電阻的串、并聯(lián)和DY變換等方法求它的等效電阻,輸入電阻等于等效電阻;(2)對含有受控源和電阻的兩端電路,應(yīng)用在端口加電源的方法求輸入電阻:加電壓源,求得電流;或加電流源,求電壓,然后計(jì)算電壓和電流的比值得輸入電阻,這種計(jì)算方法稱為電壓、電流法。需要指出的是:(1)對含有獨(dú)立電源的一端口電路,求輸入電阻時(shí),要先把獨(dú)立源置零:電壓源短路,電流源斷路。(2)應(yīng)用電壓、電流法時(shí),端口電壓、電流的參考方向?qū)啥穗娐穪碚f是關(guān)聯(lián)的。例216:計(jì)算下例一端口電路的輸入電阻。解:圖示為一有源電阻網(wǎng)絡(luò),先把獨(dú)立源置零:電壓源短路;電流源斷路,如圖示得到一純電阻電路,瑞鳥應(yīng)用電阻的串并聯(lián)關(guān)系,求得輸入電阻為:用弄=(4+為)"居例217:計(jì)算圖示含有受控源的一端口電路的輸入電阻。解:因?yàn)殡娐分杏惺芸卦?,求輸入電阻時(shí),先把獨(dú)立源置零,然后在端口外加電壓源,如圖
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