01-4-3电路元件-3在线视频

下面再介绍独立电流源，也是一种理想化的电源模型。

若存在一种二端不可再分的最小元件，其端电压不论如何，

但其流过的电流，始终维持一个定值或固定函数，

称之为理想电流源元件，简称电流源。

好，我们来研究一下电流源模型。

规定电源输出电流为iS，

其值与此电源的端电压u无关。

仍然从五个角度来认识这个规定：

（1）符号：如图，是一个圆圈中间带一条横线，和含有电流方向的固定形状。

电流源中的流向（箭头）是元件自身的标记不可缺少的部分，

与其电压、电流参考方向的箭头要注意区别。

（2）规定解读。

（a）电流值为定值或定函数，是元件自身特点所决定的，而不受外电路影响。

（b）电源两端电压是任意的，是由外电路决定的。

即：不要再指定这个量大小。

（3）伏安特性（如图1所示），电流源元件的电流、电压约束。

图2为其伏安特性曲线。当直流电流源，为一平行U轴的直线，

u可以取任意值。

而图3描述的正弦交流电流源，也是一个与电压无关的量（或函数）。

特例，若电流源的值为零，则这条支路电流为零，相当于开路。

（4）我们再研究理想电流源支路的两种极限状态：

其外接一个电阻，如图所示。

(a) 若外接电阻R=0， i = is ，则电阻两端的电压u= 0 ，电流源相当于被短路。

这个情况是可以的，电流是一个连续的通路。

符合实际情况，只要R值为有限值时，电流一直保持这个值不变。

电阻电压由欧姆定律可以求得，电源的电压也等于电阻的电压。

这种状态，称之为电流源结点，

今后我们在学习中将会遇到这种连接。

(b) 若R=无穷大，则i = 固定值is ，u=无穷大。

若强迫断开电流源回路，则电路模型为病态，理想电流源是不允许开路的！

实际电流源是怎么产生的呢？其实工程实际或实验室中，

电流源这种装置，是可以由稳流的电子设备产生。

有些电子器件输出就具备电流源特性，

例如光电池在一定的光照条件下，

电池被激发所产生的定值电流，也具备电流源模型的特点。

这里举一个例子，电路分析中，可以用一个高电压、高内阻的电压源，

组合后对外电路小电阻工作，如图所示。

电压源US=1000V，内阻r =1000Ω。

外接小电阻R=1Ω或2Ω。

那么电阻R两端的电压，则根据分压，分别为于1V或2V。

当换成下图，用一个1A电流源，同样对外1Ω或2Ω电阻工作的话，

则外接电阻的电压也是1V或2V。

这个例子，为我们找到了电流源模型。

（6）功率：

图1中，非关联参考方向，则电流源吸收功率的表达式为p吸=﹣u×is。

物理意义，若吸收值为负，表明电流源是向外发出功率的。

图2中，电流、电压方向为关联参考方向，

吸收功率的表达式p吸=u×is。

物理意义，若吸收值为正，表明电流源也是可以从外吸收功率的，即被充电。

下面看一个例题1-7，图7中电路，有三个元件，电流源，电压源和电阻，

每个元件给一个参数，其他都不给。

计算电阻的电压和电流源的功率。

思考一下，解：

根据每个元件自身对ui的约束， 电阻电压用欧姆定律。

因此：UR=R×IS=5V；

电流源的电压，可以利用KVL。设其参考方向如图，

则得：UIS=UR+US=15V；再计算电流源的功率（默认吸收功率），

由于电流源的电压电流参考方向为非关联，

所以p吸=﹣UIS×IS=﹣7.5W，说明是向外发出功率的。

总结一下：电流源的端电压，可以不必关心，只要给定电流值，

其在电路结构中，都是可以解出来的。

其实，电流源端电压任意，

还有一个理论上的极限情况，即电流源的电压可以为无穷大，

从而说明，电流源在理论上可以发出无穷大的功率。不过这种情况，在实际中很少见。

总结与讨论：

电路中有源元件、无源元件，只要给一个参数即可，

这个参数一定要约束u和i。

再根据结构约束KVL和KCL，

就可以形成电路的三类线性方程，

为今后电路分析列写线性方程组，确立了结构、参数、变量之间的完美的联系，

同时也能够根据这些方程，来求解电路变量（如电压、电流，电功率等等）。

再介绍几种非独立的电源（也称受控源）。

1）定义：

此类电源的电压和电流，不是给定的值或时间函数，而是受电路中某支路的电流或端电压的控制。

2）符号：有两种，如图所示。

3）分类：根据定义，可以找到四种组合，

有两种是受控电流源，有两种是受控电压源。

具体分类：

（a）电流控制电流源（简称CCCS）, 如图所示，

其主要的参数i2，是一个函数表达式，即i2=βi1。

仅有一个参数（β，是一个比值，没有单位）。

虽然图示中有四个接线端，

但是我们主要抓住其i2这一对端子来认知它，

核心是一个电流源。

这对端子的u2通常可以不关心，

这个电流只要关注某支路电流i1即可。

（b）电流控制电压源（简称CCVS），如图所示，其主要参数为u2，

是一个函数表达式：u2=r ×i1。

核心是u2这对端子的电压，这个电压受某支路的电流i1控制。

这个受控源，也仅有一个参数，r（是转移电阻，单位：Ω）。

（c）电压控制电流源（简称VCCS ），如图所示，

其主要参数i2，是一个函数表达式，i2=g×u1。

也是一个仅由一个参数g，决定的一个元件。

四个接线端子，我们主要抓住i2这一对端子来认知它。

核心是一个电流源，这对端子的电压u2可以不关心，

这个电流只要关注某支路电压u1即可。

（d）电压控制电压源（VCVS，Voltage Controlled Voltage Source ）如图所示，

其主要参数为u2，是一个函数表达式：u2=μu1。

核心是u2（这对端子的电压），这个电压受某支路电压u1控制。

这个受控源，也仅有一个参数，μ是一个比值，也是无单位的一个量。

关于受控源与独立源的区别与联系：

(a) 独立源的电压(或电流)是由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，

而受控源的电压(或电流)是由控制量决定。

(b) 独立源作为电路中的“激励”，在电路中产生电压、电流，

而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电路中一般不作为“激励”。

(c) 本课讨论的受控源，控制量与被控制量之间呈线性关系

也称线性受控源。

前面介绍的四种受控源的四个参数g、r。。。等，都是常数。

看一个例子，加深对受控源的认识。求图示中开关S打开或闭合情况下，电流i1和i2。

解：S打开时，i1=0。

建立两个方程，KCL规律得i2=i+2i。

KVL方程和欧姆定律，得5i+5i2=10。求得i2=1.5（A）。

S闭合时，同样由上述两个规律，得KCL方程：i1=i+2i；

KVL方程得i=10/5，求得i1=6A。

总结一下：受控源，其实是电路中一种转移的电流电压函数关系，也是一种线性UI约束(VCR)。

以后大家会发现，受控源，可以表现为电阻、电感或电容等等。

再看一个例题：求图中电流i和电压U1。

思考一下，我们解：电路为一个串联回路。

运用KVL列方程，I×R2+I×R1+2U1=US。

这个方程中有两个待求量，

因此要再列一个方程U1=I×R1。

解这两个方程就得到i =0.25A，u1=1.25V。

其实一个受控源，会在电路的方程列写中增加一个方程。

最后小结一下：第一章知识点：

电路分析对象是电路模型。

电路模型的方程是来自三种约束，即ui约束、KVL约束、KCL约束。

电路元件：R、L、C、US、IS、四种受控源，都只有一个参数。

难点：是受控源要分清核心量；

重点：电压源与电流源的定义中另外一个量，通常不给，要依靠外电路所确定。

好的，本节内容就到这里。