例说电流源与电压源的等效变换原理

电路需要有电源,电源对于负载来说,可以看成是电压的提供者,也可以看成是电流的提供者。

如果电源的内阻为零,电源将提供一个恒定不变的电压,称为理想电压源。理想电压源具有电压恒定不变;通过它的电流可以是任意的,且取决于与它连接的外电路负载的大小。

如果电源的内阻为无穷大,电源将提供一个恒定不变的电流,称为理想电流源。理想电流源它提供的电流是一定的,不随外电路而改变;端电压可以是任意的,由外部连接的电路来决定。

以上结论的理论依据是闭合电路欧姆定律。

根据闭合电路欧姆定律:

(1)如果内阻为零,端电压等于电源电压势,电流随负载R的变化而变化。

(2)如果内阻为无穷大,外电路电阻R与内电阻r相比,可以忽略不计,电源提供一个恒定不变的电流。而端电压大小随外部电路而改变的。

实际的电源,其端电压随通过它的电流而发生变化,这是因为电源内电阻的存在。内阻为零的理想电压源实际上是不存在的。像电池一类的实际电源,可以看成是由理想电压源与一电阻串联的组合,如图1所示。

实际电源内阻也不可能为无穷大的,可以看成是理想电流源与一个电阻并联的组合,如图2所示。

对于理想电压源与一个内阻r0的串联组合如图3所示,其输出电压为

式中,是电压源的短路电流。

对于理想电流源与一个电阻rS的并联组合如图4所示,其输出电流为

两个电路如果对负载是等效的话,则要求上面(1)式、(2)式相同,则有

例题:有一电动势为6V,内阻是0.2Ω的电源,当接上5.8Ω负载电阻时,用电压源与电源两种方法,计算负载电阻消耗的功率和内阻消耗功率。

解:按电压源计算。

如图5所示:由闭合电路欧姆定律,可知流过负载电阻上的电流为

负载电阻消耗的功率为

内电阻消耗的功率为

按电流源计算时。

如图6所示:由电压源等效变换为电流源时等效电流为

负载电阻R与电流源内阻相当并联关系,则负载上电流为

负载电阻消耗的功率为

内电阻消耗的功率为

(1)两种电源等效变换的条件是:电压源串联电阻r0等于电流源并联电阻

(2)电流源IS的方向与电压源E的方向一致,即IS的流出端与E的正极性端应互相对应。

(3)两种电源进行等效变换,是对外电路来说的,对电源内部是不等效的。

(4)理想的电压源与理想的电流源之间是不能进行等效变换的。

(5)两种电源模型的等效变换,为我们提供了一种复杂直流电路分析方法。

摘要：电工基础是机械加工专业的必修课程，电流源和电压源是电工基础这门课的两个重要概念，笔者通过模型的建立，解决方案的提出，典型例题说明了两种电源的变换使用，解决了同学们在实际应用中的困难。

关键词：电流源,电压源,欧姆定律,等效变换

[1] 周绍敏.电工基础[M].北京:高等教育出版社,2001:10.

[2] 周绍敏.电工技术基础与技能[M].北京:高等教育出版社,2001:10.

[3] 程周.电工电子技术与技能[M].北京:高等教育出版社,2015:4.