例析電壓源與電流源等效變換

夏非

摘 要： 電壓源與電流源之間的等效變換在電路分析中經(jīng)常會用到，合理地利用二者之間的變換可以簡化電路計(jì)算，便于分析電路。反之，不正確使用二者之間的等效變換，會導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤，電路分析進(jìn)入誤區(qū)，本文針對電路分析中經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行剖析，期望對電路學(xué)習(xí)愛好者有所幫助。

關(guān)鍵詞： 電壓源 電流源 等效變換 基爾霍夫定律

1.引言

電源在電路中的作用都是提供能量的，對于負(fù)載而言，電源是提供電壓或者電流的。電壓源和電流源是兩種常見的電源，電壓源為外電路提供穩(wěn)定的電壓，電流源為外電路提供恒定的電流。理想的電壓源對外電路提供恒定不變的電壓，其內(nèi)電阻作為零處理；理想的電流源對外電路提供恒定不變的電流，其內(nèi)阻認(rèn)為無窮大。實(shí)際電源都是包含內(nèi)阻的，在電路分析中，二者可以等效變換，使電路分析更為簡單方便。等效變換的前提是二者的內(nèi)阻要相等。但使用等效變換時(shí)，要正確合理地使用，否則得到的分析結(jié)果是錯(cuò)誤的。電路中常說的等效變換只針對外電路，這里所說的外電路是指除去電源以外的電路，不包含電源本身。

2.案例

以圖1為例說明如何正確使用電源之間的等效變換。在該例中，如果要求出流經(jīng)6Ω電阻的電流，應(yīng)用基爾霍夫電壓定律可以求出，如果應(yīng)用電流源和電壓源之間的等效變換也可以求得，不妨該題應(yīng)用電流源與電壓源等效變換的方法來求。

方法一：將40V電壓源變換成電流源，再將電流源變換成電壓源，得到如圖2所示電路：

根據(jù)基爾霍夫電壓定律求得I==-1.5A。

方法二：將右邊的兩個(gè)電壓源都變換為電流源，得到如圖3所示電路，應(yīng)用基爾霍夫電壓定求解，I=（2+4+3）/2=4.5A。

3.結(jié)語

從以上兩種解法來看，電壓源與電流源直接的等效變換都沒有問題，得到的答案為什么不同呢？究竟哪里出錯(cuò)了，再來看看電流源與電壓源等效變換的定義，在利用電壓源與電流源等效變換進(jìn)行電路分析的時(shí)候，等效只適用于外部等效，電源內(nèi)部參數(shù)是不可以等效的。也就是說，在等效變換前后，電源內(nèi)部參數(shù)發(fā)生了變化。在本例中，求的是流經(jīng)6Ω電阻的電流，而在方法二中，將6Ω的電阻與4Ω電阻合并作為電源的內(nèi)阻，是電源的內(nèi)部參數(shù)，在等效變換前后，內(nèi)部參數(shù)發(fā)生了變化，所以兩次求得的值不相等。此例告訴我們，在利用電源等效變換分析電路的過程中，待求參數(shù)不能是電源內(nèi)部參數(shù)，否則所求結(jié)果是錯(cuò)誤的。利用電壓源和電流源之間的等效變換雖然可以簡化運(yùn)算，有助于電路分析，但是要正確使用，否則會使計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。

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