电源的两种模型及其等效变换

例2：如图3-19所示的电路，已知：US1 = 12 V，US2 = 6 V，R1 = 3，R2 = 6，R3 = 10，试应用电源等效变换法求电阻R3中的电流。
五、电源等效变换及化简原则
1．注意点（3）
注意：
（1）IS与US的方向一致。
（2）等效变换对外电路等效，对电源内部不等效。
（3）恒压源和恒流源之间不能等效。
I
电流源
IIS
对外等效
IS
3．结论
四、举例
教学（学习）
反思
学习过程
备注
（教师复备栏及学生笔记）
课前复习：
戴维宁定理的内容。
新授：
一、电压源
1．电压源：为电路提供一定电压的电源。
2．恒压源：电源内阻为零，电源提供恒定不变的电压。
3．恒压源的特点
（1）它的电压恒定不变。
（2）通过它的电流可以是任意的，且决定于与它连接的外电路负载的大小。
4．符号
二、电流源
1．电流源：为电路提供一定电流的电源。
2．两个并联的电压源不能直接合并成一个电压源，但两个并联的电流源可以直接合并成一个电流源。
3．两个串联的电流源不能直接合并成一个电流源，但两个串联的电压源可以直接合并成一个电压源。
4．与恒压源并联的电流源或电阻均可去除；与恒流源串联的电压源或电阻均可去除。
练习：
习题(《电工基础》第2版周绍敏主编)
1.是否题（9）、（10）。
2．恒流源：电源内阻为无穷大，电源将提供恒定不变的电流。
3．恒流源的特点
（1）它提供的电流恒定不变，不随外电路而改变。
（2）电源端电压是任意的，且决定于外电路。
4．符号
三、电压源与电流源的等效变换

03
掌握电源模型等效变换的方法和步骤。
实验目的和步骤
01 实验步骤
02
1. 搭建电压源电路，测量并记录相关电压和电流数据
。
03
2. 将电压源电路转换为等效的电流源电路。
实验目的和步骤
3. 搭建电流源电路，测量并记录相关 电压和电流数据。
4. 对比两种电源模型下的实验数据， 验证等效变换的正确性。
其中，电压源的电压等于该网络的开路电压，电阻等于该网络内部所有独 立源置零（电压源短路、电流源开路）后的等效电阻。
定理条件和适用范围
定理条件
线性含源一端口网络。
适用范围
适用于任何线性含源一端口网络，无论其内部结构和参数如何。
定理意义和应用价值
定理意义
简化了电路分析和计算过程，提供了一种求解复杂电路的有效方法。
在项目过程中，团队成员积极协作，充分发挥各自的专业优势，共同解决了实验过程中 遇到的技术难题，提高了团队整体的研究能力和水平。
存在问题与不足
在实验过程中，由于设备精度和 实验条件的限制，部分实验数据 的测量存在一定的误差，对实验 结果的准确性产生了一定影响。
对于某些特殊电路结构，戴维南 定理的适用性有待进一步研究和 探讨。目前的研究主要集中在简 单电பைடு நூலகம்和常规电路的分析上，对 于复杂电路和特殊电路的处理方 法还有待完善。
实验目的和步骤
1
3. 根据戴维南定理，计算等效电源的参数；
2
4. 将实验电路中的电源替换为等效电源，再次测 量并记录实验数据；
3
5. 分析实验数据，验证戴维南定理的正确性。
实验数据和结果分析
电源电压：10V
电源内阻：2Ω
实验数据和结果分析

ERA
电压源模型的等效变换
等效变换是指将一个电源模型转换为 另一个电源模型，使得两个模型在相 同的电路中产生相同的作用。
对于电压源模型，可以通过串并联电 阻的方式进行等效变换，使得电压源 在电路中的行为与另一个电源模型一 致。
电流源模型的等效变换
对于电流源模型，同样可以通过串并联电阻的方式进行等效 变换，使得电流源在电路中的行为与另一个电源模型一致。
造成损坏。
两种电源模型的优缺点比较
电压源模型优点
能够提供稳定的输出电 压，适用于需要恒压供
电的场合。
电压源模型缺点
在负载变化时，输出电 压可能会受到影响。
电流源模型优点
能够提供稳定的输出电 流，适用于需要恒流供
电的场合。
电流源模型缺点
在负载变化时，输出电 流可能会受到影响。
04
电源模型的选择与使用
注意电源模型在不同工作条件下 的适用性。
在使用多个电源模型时，应保持 模型一致性，避免出现矛盾和误
差。
电源模型的改进与优化建议
根据实际应用反馈对电源模型进行持 续改进和优化。
加强与行业内其他研究者的交流与合 作，共同推动电源模型的发展和创新。
引入先进的建模方法和算法，提高电 源模型的精度和适用性。
改进等效变换方法
目前的等效变换方法可能无法处理某些复杂的电路问题。 未来研究可以尝试改进等效变换方法，使其能够更好地适 应各种电路分析需求。
探索混合电源模型
在实际应用中，有些电源既不是完全线性的，也不是完全 非线性的。未来研究可以探索如何建立混合电源模型，以 及如何对其进行等效变换。
THANKS
感谢观看
而变化。这种模型考虑了电源内阻的影响，能更准确地描述实际电源的

2.7 电路分析方法的仿真分析
1)首先在电子工作平台上画出待分析的电路，然后用鼠标器点击菜
单中的电路(Circuit)选项，进入原理图选项(Schematic Operation)， 选定显示节点(Show Nodes)把电路中的节点标志显示在电路图上。 2)用鼠标器点击菜单中的分析(Analysis)选项，进入直流工作点(DC Operating Point)选项，EWB自动把电路中的所有节点的电位数值及 流过电源支路的电流数值，显示在分析结果图(Analysis Graph)中。 3)将开路电压Uoc和等效电阻Req仿真出结果后，在EWB中创建图2-3
∗2.5
替代定理
替代定理可以叙述如下：给定任意一个电路，其 中第k条支路的电压U p和电流I k已知，那么这条 支路就可以用一个具有电压等于U k的独立电压 源，或者用一个具有电流等于I k的独立电流源来 替代，替代后电路中全部电压和电流均保持原值。
∗2.5
替代定理
图2-21 替代定理电路图
∗2.5
替代定理
•用替代定理，可简化电路计算，由替代定理可 得出以下推论：
•网络的等位点可用导线短接；电流为零的支路 可移去。
2.6 戴维宁定理和诺顿定理
2.6.1 戴维宁定理
2.6.2 诺顿定理
2.6 戴维宁定理和诺顿定理
图2-22 戴维宁方法电路
2.6.1 戴维宁定理
戴维宁定理可表述为：任何一个线性含源的二端 网络，对外电路来说，可以用一条含源支路来等 效替代，该含源支路的电压源的电压等于二端网 络的开路电压，其电阻等于含源二端网络化成无 源网络后的入端电阻Ｒ０。
别设为2A和1A。为使得电路元件排放规则，可以利用工具按钮
中的(Rotate,Flip Horizontal和Flip Vertical)按钮将水平放置的元件 置为垂直放置、水平转向和上下翻转。然后按照电路结构，连接 元件，如图2-31所示。注意仿真电路必须有接地参考点，而且为 了和仿真节点一致，选取图2-30的节点标号。

串联
uS= uSk ( 注意参考方向)
2. 电流源的串、并联
并联 电压相同的电压源 才能并联，且每个 电源中流过的电流 不确定。
并联： 可等效成一个理想电流源 i S（ 注意参考方向）.
n
is isk 1
串联: 电流相同的理想电流源才能串联，并且每个电
流源的端电压不能确定。
3. 电压源与其它元件的并联 u=us (对所有的电流i) 整个并联组合可等效为一个电压为us的电压源。
一．网孔电流 假想的沿网孔边界流动的电流。没有物
理意义，它的引入是为了简化计算。
i1 R1
+ uS1
–
a
i2
im1
R2 +
im2
uS2
–
b
i3
网孔电流分别为im1， im2
支路电流可由网孔电流表出，
R3
等于流经该支路的网孔电流的
代数和。
i1= im1 i2= im1- im2 i3= im2
二. 网孔电流法：以网孔电流为未知变量列写电路方 程分析电路的方法。利用KVL和VAR。
a
例
I1
I2
R1
R2
US1
US2
I3 b=3 , n=2 , l=3
R3
变量：I1 , I2 , I3
KCL KVL
a:
-
I1-
b I2+ I3= 0
一个独立方程
b: I1+I2- I3= 0
I1R1- I2R2=US1- US2
I2R2+ I3R3= US2 二个独立方程
I1R1+ I3R3= US1
4. 电流源与其它元件的串联 i=is (对所有的电压u) 整个串联组合可等效为一个电流为is的电流源。

● 电流源
实际电流源的外特性——输出电压和电流均随RL而定。
理想电流源的外特性——其输出电流恒定不变，输出电压随
RL而定。
即: U= IS RL
电源的等效变换
● 电压源与电流源等效互换
I
I
+
+
+
US
-
U
RL
IS
I0 RS U
RL
R0 –
-
等效变换的条件
R0 = RS
IS = US / R0 或 US =IS RS
电源的2种模型及等效变换
电源的等效变换
电压源 电流源
电源的等效变换
电压源 电流源
电源的等效变换
● 电源的等效变换
电源是任何电路中都不可缺少的重要组成部分，实际电源 有电池、发电机、信号源等。
电压源和电流源是从实际电源抽象得到的电路模型。
电源的等效变换
● 电压源
电压源—为电路提供一定电压的电源。 输出电压： U= RLE / (R0+RL ) 输出电流由外电路RL 而定
I +
IS
I0 RS U
RL
-
实际电流源模型
● 电流源
电源的等效变换
理想电流源—如果电源内阻为无穷大，电源将对外电路提供 一个恒定不变的电流，叫做理想电流源，简称恒流源。
输出电流恒定, 即： I=IS
输出电压取决于外电路负载电阻的大小，即: U= IS RL
I
+
IS
U
RL
-
理想电流源模型
电源的等效变换
I
+
+
E -
U
RL
R0 –

在对 复 杂 电路进 行 计 算 分 析 时 ， 往 往 遇 到 只 需 求 某一 支路 电流或 电压 的 问 题 。 当然 ， 解 决 方 法 多 种 多 样， 例如 ： 支路 法 、 网孔 法 、 节点 法 等等 。这 些方 法 的缺 点是 电路 越 复杂 ， 所列 方 程越 多 ， 求解越 困难 。若 能 利 用 电压 源与 电流 源之 间 的等 效 变 换 逐 步 化 简 电路 ， 则 能免除解联立方程组 的问题 ， 使最终 的计算变得非常 简便 。但 是 ， 等效 变换 只 能在 实 际 电压 源 与 实 际 电 流 源之 间进 行 ， 而理 想 电压 源 与理 想 恒 流 源 之 间 则 不 能 进 行 变换 ， 使 得 这 种 方 法 的运 用 受 到 了很 大 的 限制 。 为此 ， 若对 理 想 电压 源及 理 想 电流 源 的性 质 进 行一 些 补充 ， 使 问题 得 以方便 、 快 捷 的 解决 ， 那 么 等 效 变换 的
ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ，ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ．ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ；ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ；ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｕ ｎ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｏ ｗｅ ｐ ｒ
方法 。文章提 出统 一电源形式下的等效 变换的 方法， 并介绍 了在 化 简过 程 中对特殊 元件 的处理技 巧 ， 使 得化 简过程 更简

例 用电源等效变换的方法求图中的I
2Ω
+ 6V3Ω
+ -
4V
I
2A 6Ω 4Ω 1Ω
2Ω
3Ω 2A
+ -
4V
I
2A 6Ω 4Ω 1Ω
2Ω
2A 3Ω
+ -
4V
I
2A 6Ω 4Ω 1Ω
2Ω
4A
+ -
4V
I
2Ω
4Ω 1Ω
4A
+ - 8V-
4V
I
2Ω
4Ω 1Ω
2Ω
+ -
4V
I
4Ω 1Ω
+ -
+ Us-
a
5Ω
b
b
Us = Is × 5 =5V
3、两种特殊情况
与恒压源并联的元件在等效变换中不起作 用,将其断开.
a a
+ US -
I
U
RIs
RL
b
+
US
-
b
U = US I = U / RL
与恒流源串联的元件在等效变换中 不起作用,将其短路.
I
a
Is
R -+
U RL b
a Is
b
I=Is U=I RL
2、注意事项
等效互换是对外电路而言的,内部电路并 不等效.
恒压源与恒流源之间不能等效变换.
变换时注意电源的方向,电流源的流向是 从电压源正极出发.
例 :将图示的电压源变成电流源
+
10V
-
2Ω
I
a
I a
Is 2Ω
b
b

+ U _ 1
R1 IS
a + U _ 1
R1 IS I R I1 R1 IS
a
I R
(2)由图(a)可得： (b) b I R1 IS－I 2A－4A －4A
U1 10 I R3 A 2A R3 5 理想电压源中的电流 I U1 I R3－I R1 2A－(－4)A 6A
1
2A 3 + 6V – 6 + 12V – (a) 1 2
解:
I 2A 3 2A
–
1 1 2V
6 (b)
由图(d)可得
– 2 I 4A (c) 2
82 I A 1A 2 2 2
2 2V 2 2 + 8V – (d)
+
+
+ 2 2V 2
I
–
I
试用电压源与电流源等效变换的方法计算图示 例3： 电路中1 电阻中的电流。 2
2 3 + a + a 2 + 2V b + 5V (c) + U b a
+ 5V – (a)
U
b
2
3 5A (b)
U
解:
+
2 + 5V – (a) U a 5A b (b) 3 + U b a
+ + 5V – (c)
U
a

b
1.5.4 电源等效变换法
一、电源等效变换法的解题步骤
（通常画在右边） 1、整理电路，将所求支路画到一边； 2、将所求支路以外的部分， 用电压源、电流源相互等效的方法进行化简； 3、化简结果，包含所求支路在内是一个简单电路；