第一章5_6电压源电流源受控源
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1-5、1-6 独立源、受控源
例1
试根据图示三极电子管放大器的简化电路模型， 试根据图示三极电子管放大器的简化电路模型， 求出此放大器的电压增益(即输出信号电压 即输出信号电压u 求出此放大器的电压增益 即输出信号电压 4与输 入信号电压u 之比)。 入信号电压 1之比 。 解： 根据基尔霍夫电压定律 ，有
或：u4 – u2 – u3 =0
u
R=∞ 开路） （开路） is (t)=0
u
u = R2i
u = R1 i
短路） R=0（短路）
is (t) i
O
i
is (t) =0，其u−i特性 ， − 特性 轴重合。 与u轴重合。 轴重合
电流源在电流为零 电流为零的情况 电流源在电流为零的情况 相当于一个开路 下，相当于一个开路 (open circuit)元件 。 元件
电流源属非线性电阻元件。 电流源属非线性电阻元件。
• 电流源输出的瞬时功率 电流源输出的瞬时功率 输出
p(t)＝u(t)is (t) ＝
•输出功率如同电压 输出功率如同电压u(t)一样可在无限范围内变化 。 一样可在无限范围内变化 输出功率如同电压 一样 对理想电流源
①电压、电流的参考方向非关联； 电压、电流的参考方向非关联；
+ +
5Ω
+
3I2
I =0 + U=? -
iS
+
+
u
P = uiS > 0
发出功率， 发出功率，起电源作用 ②电压、电流的参考方向关联； 电压、电流的参考方向关联；
_
u
P = uiS > 0
吸收功率， 吸收功率，充当负载
_
• 常用电源不能单纯由理想电流源或理想 电压源来模拟任何实际电源的模型。 • 任何实际电源的模型可由理想电流源或 理想电压源和其他元件组合而成。
电路基础-电压源和电流源-受控源-基尔霍夫定律
电路基础-电压源和电流源-受控源-基尔霍夫定律————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2第一章电路模型和基尔霍夫定律3讲授板书1、掌握电压源、电流源的概念、用法及特性；2、熟悉受控源的用法；3、掌握基尔霍夫定律的应用。
1、电压源、电流源用法及特性2、基尔霍夫定律的应用受控源的概念及用法1. 组织教学 5分钟3. 讲授新课70分钟1）电压源及电流源25 2）受控源15 3）基尔霍夫定律302. 复习旧课5分钟电路元件特性4.巩固新课5分钟5.布置作业5分钟34一、学时：2二、班级：06电气工程（本）/06数控技术（本）三、教学内容：[讲授新课]：第一章电路模型和电路定律（电压源和电流源的概念及特点受控源的概念及分类基尔霍夫定律）§1－8电源元件(independent source)1. 理想电压源1）定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，且电压值与流过它的电流i 无关的元件叫理想电压源。
2）电路符号3）理想电压源的电压、电流关系(1)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。
(2)通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。
伏安关系曲线如下图示：实际电流源可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。
4）电压源的功率在电压、电流的非关联参考方向下；P = us i56物理意义：电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。
例1－3图示电路，当电阻R 在0～∞之间变化时，求电流的变化范围和电压源发出的功率的变化。
解：（1）当电阻为R 时，流经电压源的电流为： 电源发出的功率为：表明当电阻由小变大，电流则由大变小，电源发出的功率也由大变小。
（2）当，则（3）当，则由此例可以看出：理想电压源的电流随外部电路变化。
电路分析-电压源、电流源和受控电源
i
+
iS
u
_
(1) 短路：i= iS ，u=0
(2) 开路：理想电流源不允许开路。
4. 功率 iS
iS
+ +
u , iS 非关联
u
p发= u is
_
p吸= – uis
_
u , iS 关联
u
p吸= uis
p发= – uis
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受控电源 (非独立源) (controlled source or dependent source)
i1
i2
+
+
u_ 1
gu1 u2 _
{ i1=0 i2=gu1
VCCS
g: 转移电导
(4) 电压控制的电压源 ( Vole )
i1
i2
+
+
+
u_ 1
_u1
u2
_
VCVS
{ i1=0 u2= u1 :电压放大倍数
i1
i2
+
+
u_ 1
b i1 u2 _
一、定义 电压源电压或电流源电流不是给定函数，而是受电路
某个支路的电压(或电流)的控制。
电路符号
+– 受控电压源
受控电流源
例 Rb ib
Rc
ic
ic=b ib
电流控制的电流源
ib 控制部分
b ib
受控部分
二、四种类型
(1) 电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source )
3. 理想电压源的开路与短路
i
(1) 开路 i=0
受控源
电路原理
例题分析
例1：试根据图示三极电子管放大器的简化电路模型，求出此放大 ：试根据图示三极电子管放大器的简化电路模型， 器的电压增益(即输出信号电压 与输入信号电压u 之比)。 即输出信号电压u 器的电压增益 即输出信号电压 4与输入信号电压 1之比 。 解：根据KVL ，有 根据 u4 = u3 + u2 因为 u = −20u 2 1 u3 = 104i = −u4 所以 u4= −u4+u2= −u4−20u1
例题分析
如果将控制量改变为2Ω电阻支路的电流， 如果将控制量改变为2Ω电阻支路的电流，电阻则为正值 2Ω电阻支路的电流
u1 = 2( 3i + 1) + 2i
3i 1Ω i 2Ω 2Ω a + u b 1A
2 14 u1 = 2( 3i + 1) + 2i = 4 + = V 3 3 u 14 Rab = = Ω 1 3
VCVS CCVS
U2 受控电压源 电压源
VCCS
电流控电源 I1 (U1=0) 电流控
CCCS
I2
受控电流源 电流源
电路原理
§1−6 受 控 源 − 分类
根据控制变量与受控变量之间的关系是否为线性关 系：线性与非线性受控源 根据控制变量和受控变量的不同组合： 根据控制变量和受控变量的不同组合：
①电压控电压源（VCVS:Voltage Controlled Voltage Source） 电压控电压源（ ） ②电压控电流源（VCCS:Voltage Controlled Current Source） 电压控电流源（ ） 电流控电流源（ ③电流控电流源（CCCS:Current Controlled Current Source） ） 电流控电压源（ ④电流控电压源（CCVS:Current Controlled Voltage Source） ）
例题分析
例1：试根据图示三极电子管放大器的简化电路模型，求出此放大 ：试根据图示三极电子管放大器的简化电路模型， 器的电压增益(即输出信号电压 与输入信号电压u 之比)。 即输出信号电压u 器的电压增益 即输出信号电压 4与输入信号电压 1之比 。 解：根据KVL ，有 根据 u4 = u3 + u2 因为 u = −20u 2 1 u3 = 104i = −u4 所以 u4= −u4+u2= −u4−20u1
例题分析
如果将控制量改变为2Ω电阻支路的电流， 如果将控制量改变为2Ω电阻支路的电流，电阻则为正值 2Ω电阻支路的电流
u1 = 2( 3i + 1) + 2i
3i 1Ω i 2Ω 2Ω a + u b 1A
2 14 u1 = 2( 3i + 1) + 2i = 4 + = V 3 3 u 14 Rab = = Ω 1 3
VCVS CCVS
U2 受控电压源 电压源
VCCS
电流控电源 I1 (U1=0) 电流控
CCCS
I2
受控电流源 电流源
电路原理
§1−6 受 控 源 − 分类
根据控制变量与受控变量之间的关系是否为线性关 系：线性与非线性受控源 根据控制变量和受控变量的不同组合： 根据控制变量和受控变量的不同组合：
①电压控电压源（VCVS:Voltage Controlled Voltage Source） 电压控电压源（ ） ②电压控电流源（VCCS:Voltage Controlled Current Source） 电压控电流源（ ） 电流控电流源（ ③电流控电流源（CCCS:Current Controlled Current Source） ） 电流控电压源（ ④电流控电压源（CCVS:Current Controlled Voltage Source） ）
(整理)1-3电压源和电流源 受控源 基尔霍夫定律.
第一章电路模型和基尔霍夫定律3讲授板书1、掌握电压源、电流源的概念、用法及特性；2、熟悉受控源的用法；3、掌握基尔霍夫定律的应用。
1、电压源、电流源用法及特性2、基尔霍夫定律的应用受控源的概念及用法1. 组织教学 5分钟3. 讲授新课70分钟1）电压源及电流源25 2）受控源15 3）基尔霍夫定律302. 复习旧课5分钟电路元件特性4.巩固新课5分钟5.布置作业5分钟一、学时：2二、班级：06电气工程（本）/06数控技术（本）三、教学内容：[讲授新课]：第一章电路模型和电路定律（电压源和电流源的概念及特点受控源的概念及分类基尔霍夫定律）§1－8电源元件(independent source)1. 理想电压源1）定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，且电压值与流过它的电流i 无关的元件叫理想电压源。
2）电路符号3）理想电压源的电压、电流关系(1)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。
(2)通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。
伏安关系曲线如下图示：实际电流源可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。
4）电压源的功率在电压、电流的非关联参考方向下；P = us i物理意义：电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。
例1－3图示电路，当电阻R 在0～∞之间变化时，求电流的变化范围和电压源发出的功率的变化。
解：（1）当电阻为R 时，流经电压源的电流为： 电源发出的功率为：表明当电阻由小变大，电流则由大变小，电源发出的功率也由大变小。
（2）当，则（3）当，则由此例可以看出：理想电压源的电流随外部电路变化。
在的极端情况，电流 ，从而电压源产生的功率，说明电压源在使用过程中不允许短路。
例1－4计算图示电路各元件的功率。
解：（发出）（发出）（吸收）满足：P （发）＝P （吸）由此例可以看出：5V 电压源供出的电流为负值，充当了负载的作用，说明理想电压源的电流由外部电路决定。
电压源、电流源和受控源
在某些电源供应系统中，电流源用于产生稳定的输出电流，确保负载 获得足够的功率。
受控源的实际应用
受控源在电子设备和系统中用 于实现特定的信号处理或控制
功能。
在放大器和振荡器中，受控源 用于改变电路的增益或频率响
应。
在模拟电路中，受控源用于实 现加法、减法、乘法或除法等 运算。
在传感器和测量系统中，受控 源用于产生激励信号或参考电 压，以便测量其他电路参数。
04
电压源、电流源和受控 源的比较
特性比较
01
02
03
电压源
电压源能够提供恒定的输 出电压，不受负载变化的 影响。
电流源
电流源能够提供恒定的输 出电流，不受负载变化的 影响。
受控源
受控源的输出电压或电流 受外部控制信号的影响， 可以模拟各种电路元件的 特性。
应用比较
电压源
电压源主要用于提供稳定的电压 参考，如模拟电路中的偏置电压。
受控源的输出阻抗与独立电源的输出阻抗不同， 其值可能受到控制量的影响。
受控源的应用
在模拟电路中，受控源可以作为放大器、混频器、乘法器等电子器件使用，实现信 号的放大、频率变换、信号处理等功能。
在数字电路中，受控源可以作为比较器、触发器等电子器件使用，实现信号的比较、 逻辑运算等功能。
在电力电子系统中，受控源可以作为逆变器、斩波器等使用，实现直流电的逆变、 交流电的整流等功能。
05
电压源、电流源和受控 源的实际应用
电压源的实际应用
01
电压源在电子设备和系统中扮演着提供稳定电压的角色，确保设备正 常运行。
02
在电池供电的系统中，电压源负责将电池的化学能转换为电能，为负 载提供稳定的电压。
03
受控源的实际应用
受控源在电子设备和系统中用 于实现特定的信号处理或控制
功能。
在放大器和振荡器中，受控源 用于改变电路的增益或频率响
应。
在模拟电路中，受控源用于实 现加法、减法、乘法或除法等 运算。
在传感器和测量系统中，受控 源用于产生激励信号或参考电 压，以便测量其他电路参数。
04
电压源、电流源和受控 源的比较
特性比较
01
02
03
电压源
电压源能够提供恒定的输 出电压，不受负载变化的 影响。
电流源
电流源能够提供恒定的输 出电流，不受负载变化的 影响。
受控源
受控源的输出电压或电流 受外部控制信号的影响， 可以模拟各种电路元件的 特性。
应用比较
电压源
电压源主要用于提供稳定的电压 参考，如模拟电路中的偏置电压。
受控源的输出阻抗与独立电源的输出阻抗不同， 其值可能受到控制量的影响。
受控源的应用
在模拟电路中，受控源可以作为放大器、混频器、乘法器等电子器件使用，实现信 号的放大、频率变换、信号处理等功能。
在数字电路中，受控源可以作为比较器、触发器等电子器件使用，实现信号的比较、 逻辑运算等功能。
在电力电子系统中，受控源可以作为逆变器、斩波器等使用，实现直流电的逆变、 交流电的整流等功能。
05
电压源、电流源和受控 源的实际应用
电压源的实际应用
01
电压源在电子设备和系统中扮演着提供稳定电压的角色，确保设备正 常运行。
02
在电池供电的系统中，电压源负责将电池的化学能转换为电能，为负 载提供稳定的电压。
03
电路课件_第1章(第五版_邱关源_高等教育出版社)
+
+
_
（2） 电压、电流的参考方向关联；
+
u
P uS i
吸收功率，充当负载
_
物理意义： 电场力做功 ， 电源吸收功率。
例
计算图示电路各元件的功率。
R 5
5V
_
i
_
PR Ri 5 1 5W
2
满足：P（发）＝P（吸）
+
10V
uR
+
_ +
解
uR (10 5) 5V
i
§1-3 电功率和能量(power)
一.电功率 电压的定义： 电流的定义：
dW u dq
dq i dt
电功率：
dW u dq u i dt p u i dt dt dt
(Watt，瓦特) (Joule，焦耳)
功率的单位：W (瓦) 能量的单位： J (焦)
二.判断元件是吸收功率还是发出功率
注
具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示； 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式
例
§1-2 电流和电压的参考方向
一、问题的引入
电流方向？
考虑电路中每个电阻的电流方向
5Ω 3Ω
10V
9V
1.2 电压和电流的参考方向
1. 电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向 物理量 电流 I 实 际 方 向 正电荷运动的方向 高电位 低电位 (电位降低的方向) 低电位 高电位 (电位升高的方向) 单 位 kA 、A、mA、 μA kV 、V、mV、 μV kV 、V、mV、 μV
电压源
电路分析基础——第一部分：1-5
1/11
1-5 电 压 源
电池：通过将化学能转换为电能，而实现直流电压供电的 电气元件。
电源：提供电能的设备或电气元件。
电压源：是对实际电池等电源的一种理想化的集总元件。
没有电源，电路就无法工作！
电压源具有两个基本性质：
（1）它的端电压是定值Us或是一定的时间函数us(t)，与流过 的电流无关。
9/11
根据各电压的极性，不难得到 uab = us1 + R1i + R2i – us2
由此可得
i=
uab + us2 – us1 R1 + R2
（1-27）
即
i = 5 – 6 + 14 2+3
=
a
13 = 2.6A 5 us1
+–
R1
us2 –+
R2
b
i
+–
+–
含源支路电流i =
端电压与电压源代数和 uab + us2 – us1 支路总电阻 R1 + R2
求电流i：设电流参考方向如图中所示，相应地标出各电阻上电
压的参考极性。从 a 点出发按顺时针绕行一周。
可得
us2 + u1 + u2 + u3 + u4 – us1 = 0 （KVL）
us1 –+
R1
a
us2 +
–
R2
+ u1 –
+ u2 –
又由欧姆定律得电阻元件的伏 i
安关系（VAR）
u1 = R1i，u2 = R2i u3 = R3i，u4 = R4i
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（2）性质： ① “虚断(路)”性质： ② “虚短(路)”性质：
∵ A→∞，而uo为有限值， ∴ uba=ub – ua = uo／A →0 (好比短路) 即强制 a、b 两点等电位，但又无电流→虚短路.
③ ∵Ro → 0，∴uo不受所接负载的影响。
3．含理想运放电路的分析 基本方法：利用“虚断”、“虚短”及KCL、 KVL R2 I 2 4 3 12V 例：图示电路， U1＝ ， I 1 R1 I a I1 3mA ，R2 ＝3K ， a + + 求： R1 、 + b U 43 及 U 2 。
例：分别求出图A中S闭合和断开时的Ub
解：S闭合时，
Ub 0
S断开时， I1 I 2 按回路abcda，有
+10V 1kΩ b 2kΩ a I1 I2
S d
-5V c
(A)
(1 2) I1 10 5
15 I 1 5mA 3
U b 10 1 I1 5V 5 2I 2
R2
R2 uo (uS2 uS1 ) R1
+
uS1 + R uS2 1 - -
+
+ uo -
uS1 u u uo uS2 u u ， KCL： R1 R2 R1 R2
得：
R2 uo (uS2 uS1 ) R1
练习：见Word教案
作业：P.21 1－12；1－13； 1－15；1－16
一. 受控源（ 四端元件） 定义：受控源是非独立电源，其电压或电流的量 值与方向受电路中其它电压或电流的控制。
电压
控制量 受控量 电流 受控电压源
电压控制电压源(VCVS) 电流控制电压源(CCVS) 电压控制电流源(VCCS) 电流控制电流源(CCCS)
受控电流源
i1
+ u1 -
+ - u1
(a) VCVS
例：如图电路，求Ub、Uc及Ubc 解： U U U ac a c
+12V R1 I a 1kΩ
12 (10) 22V
U ac I R1 R2 22 11mA 11
a + 12V R1 b
b
R2 -10V 1kΩ c
R2
+
c
g
10V
U b 12 111 1V , U c 10V U bc U b U c 1 (10) 11V ( R2 I )
+ u2 -
+ u1 -
+ - ri1 (b) CCVS
+ u2 -
电压控制电压源(VCVS) u1 ── 控制量； u2 ── 受控量； u2 u1 ── 控制系数 (转移电压比，无量纲)
电流控制电压源(CCVS)
i1 ── 控制量；
u2 ── 受控量； u2 ri1 r ── 控制系数 (转移电阻，量纲Ω)
解：理想运放，虚短
U1 -
U2 -
Ua U b＝0 U1 12 R1＝ ＝ ＝4k －3 I1 3 10 虚断 I a 0 由KCL得： I 2＝I1＝3mA
U43 R2 I 2 310 310 9V
3
3
12V 例：图示电路， U1＝ ， I1 3mA ，R2 ＝3K ，
例：P.16 例1-13；1-15 练习：P.21 1-14
二. 运算放பைடு நூலகம்器 （三端元件）
1．实际运算放大器简介 是一种电压放大倍数(即增益)很高的放大器， 这种器件系通过集成工艺制成的。
+US a b A +
o
a ── 反相输入端 b ── 同相输入端 o ── 输出端 A ── 运放的开环增益
练习： P20 1-5
二．理想电流源 1. 定义、符号与VAR
电流源是一种理想二端元件，在任一时刻t，其 电流i(t)是与其端电压u(t)无关的给定函数iS(t)。
i
I
+ u -
iS
IS
+ U O
u
一般符号
DC时的符号
IS
i
2. 性质
(1) 其电流iS(t)与它所接外电路无关； (2) 其电压u(t) 由iS与外电路共同决定；
a b A +
-US
电路符号
o
简化电路符号
若计及运放的输入电阻Ri 和输出电阻Ro，则可得其 电路模型如右图 ：
ua ub
ia
Ri
Ro
uo
A(ua ub )
有：
uo A(ub ua ) Auba
实际运放的 Ri 较高(1MΩ)，A较大( 10 4 ~ 107)， Ro 较小(100Ω左右）
§1-5 电压源与电流源
电 向电路提供电能，如DC电源、AC电源; 源 向电路输入电信号, 亦称为信号源。 电源用于激励电路工作──激励(源)； 由此产生的电压、电流──响应。 电压源 有两种理想电源元件 电流源 有源元件
一．理想电压源 1. 定义、符号与VAR 电压源是一种理想二端元件，在任一时刻t ，其 端电压 u(t) 是与通过它的电流 i(t) 无关的给定函 数 u S( t) 。
注意事项 (1) 画受控源时，有时不需明显地表示出控制端口， 但控制量、受控量必须明确标出； (2)与独立源不同，受控源采用菱形符号表示； (3)当控制系数为常数时，称为线性受控源。 本书只考虑线性 。 (4)受控源不是激励源。 它只是受电路中其它 u、i 的控制。若控制量 为0，则受控量也为0。
+ + 5V u (a)
＋ 1Ω
10V
＋ －
+
5V
_
开 路
－
1Ω
电源作用，实 (b) 际发出功率
负载作用，实 (b) 际吸收功率
不产生 不吸收
（3） 电压源外电路不得短路。 R→0时，u→0≠uS ，与电压单值性矛盾
另，R→0时，i=(uS／R)→∞，实际电源若无保 护措施就会烧坏。 i + （4）电压源的uS =0 短路 u （5）电子电路中常用 电位表示法表示电压源
(3) 理想电流源外电路不得开路。
R→∞时，i→0≠iS ，与电流连续性矛盾。
另，R→∞时，u=(RiS)→∞，实际电流源若无 保护措施就会烧坏。 + （4）电流源的iS =0 开路 i 0 u 例：P.14 例1-11；1-12 作业：P. 20 1－6；1－8
§1-6 受控源及运算放大电路
i
+
uS (t) _
I
I
+ u -
+
US
_
+ U -
+
US _
+ U -
u US
O
i
一般符号
DC时的符号
u
O
u t
正弦电压源
O
t
方波信号源
2. 性质 (1) 其端电压uS(t)不会随外接的电路不同而改变；
(2) 其电流iS(t)大小、方向由uS与外电路共同决定；
例:
i=5A
I =-5A 5V
I =0
R2 I 2 4
3
I 1 R1
+ U1 -
求： R1 、 U 43 及 U 2 。 续解：由KVL，得
Ia a + b
+ U2 -
U 2 U34 U43 9V
例：图中所示电路为减法运算电路， 试证明 R1
证明：设运算放大器的 R2 同相输入端电位为 u ， 设反相输入端的电位为 u 。 有： u u u ， i i 0
i2 + u1 -
i1
i2
gu1
i1
(c) VCCS 电压控制电流源(VCCS)
(d) CCCS
电流控制电流源(CCCS)
i1 ── 控制量；
u1 ── 控制量； i2 ── 受控量； i2 gu1 g ── 控制系数 (转移电导，量纲S)
── 控制系数 (转移电流比，无量纲)
i2 ── 受控量； i2 i1
2. 理想运算放大器
即：R i →∞，Ro →0，A→∞的电压放大器 （1）电路符号
（2）性质： ① “虚断(路)”性质：
a b - + o
因R i →∞，故输入端 a、b 均无电流，相当于 断路，但内部电路却是接通的→虚断路。
② “虚短(路)”性质： ∵ A→∞，而uo为有限值， ∴ uba=ub – ua = uo／A →0 (好比短路)
(5)受控源可吸收功率，也可发出功率。
例：如图是一晶体管放 ib b 大器的简单电路模型， rbe β=50，试求输出电压与 输入电压之比(电压增益)。 ui 1k 解：根据欧姆定律
ic
R
c
uO
e
ib
4k
uO Ric R( ib )
ui rbe ib
uO R 4 103 50 200 3 ui rbe 10