新第二章2(非线性电源变换)

§2.5.2

非线性电路及其工程处理方法

一、非线性元件的描述方法1 伏安特性曲线 i u R

i(A)

u = R(i )i

0

u(V)

i = G(u)u

2 数据表格 I U

... ...

3 参数描述 特征值描述) 参数描述(特征值描述 特征值描述 1) 静态电阻 静态工作点Q处的电压与电流之比 静态工作点 处的电压与电流之比 Q i(A)

U RQ = I2) 动态电阻

I

I

0 U

U

u(V)

rQ = lim

U du = I → 0 I di Q

工作点Q的切线斜率 工作点 的切线斜率

二、非线性电阻电路的分析方法 1. 图解法 线性 非线性 i(A) US / RS Q IQ US u(V) NA 得解 (UQ,IQ) RS + _ US + U _ R I 线性 有源 二端 网络 NA + U _ I R

U = US - RSI U = f (I)

0

UQ

及相应 例题： 求图示电路中的U 例题： 求图示电路中的 、 I及相应3 kΩ Ω

的静态电阻、 的静态电阻、动态电阻。 解：US=UOC=Uab=2V+

a

0.25 kΩ Ω

其中： 其中：RS= 0.25 kΩ+ 3//1 kΩ Ω+ Ω = 1 kΩ Ω i(mA)

+I 1 kΩ + Ω 5V R UUOC D + _ _ _ 1V _

b

2

U = 1.2V

I = 0.6 mA RS + U _ I RD

0.6

Q

RQ =2

UQ IQ

= 2kΩ

+ _US

0 0.9

1.2

u(V)

1.2 0.9 rQ = = 500Ω 0.6

U = US - RSI

2 微变等效线性化分析方法

将非线性问题转换为线性问题处理。 将非线性问题转换为线性问题处理。 适用于小信号电路分析

举例： 举例：R2 + + U1 _ U2 I R3

已知： 已知： U1 =130V, U2 =120V, U3 =20V; , , ; 当S→a 时，I = 25A, a , 当S→b 时，I = 27 A。 b 。 试问： 试问：当S→b 、 U3 = -20V时，I =? 时 ？ 分量参考方向与原始量一致I = I ′ + I ′′ I = I ′ + I ′′ + I ′′′

R1

a_

S

b + U _ 3

解： 当S→a 时，I =25A, U1 与U2共同作用 ， 当S→b 时，I =27A, U1 、U2与U3共同作用 ， 单独作用时， 单独作用时 所以 U3 = 20V单独作用时， 单独作用时， 当U3 = - 20V单独作用时， 单独作用时I ′′′ = 2 A I ′′′ = 2 A

I ′′′ = kU 3

k = 0.1

当S→b, U3 = -20V时，I = 23A , 时

§2.6§2.6.1

恒定电压、 恒定电压、电流激励下的电路问题

电容、 电容、电感元件在电路中的状态

短路

L US R实际电路

U C断路 等效电路

R

1、闭合稳态情况

WL = LI

2/2;

WC = CU

2/2;

2、零状态下激励情况 3、闭合稳态下断路情况

§2.6.2 有源电路元件及其模型独立源 有源元件是电源，它给电路提供电压和电流。 有源元件是电源，它给电路提供电压和电流。 受控源 一、理想电压源 (恒压源 恒压源) 恒压源 i u(V) 恒流源) 二、.理想电流源 (恒流源 理想电流源 恒流源 iS u(V)

+ _

u

US

+i(A)

0

_

u

i(A)

0 IS

u ≡ US i 任意，有外部结构决定 任意，

i ≡ IS u 任意，有外部结构决定 任意，

简化计算

(a)

(b)

(c)

(d)

三、实际电源 1.实验 . I 电压源模型 实 + 理想电压源与电阻的串联 际 R U 电 (开

路电压 _ 开路电压) 开路电压 开路电压 源 短路电流 电流源模型 理想电流源与电阻的并联 U=U -R IS S

开路电压

2.伏安特性 . U(V) US × 短路电流 × × × IS I(A)

0I = IS U RS

(短路电流 短路电流) 短路电流 U = U1 + U2 I + + _US U RS _ 电压源模型

I = I1 + I2 I + IS _ + RS U _

电流源模型

3. 理想电压源 恒压源) 理想电压源(恒压源 恒压源 I RS U RS = 0 U(V) I US U I(A)

+ _US

+ _US

0U ≡ US

理想电压源

I任意由外部结构决定 ,

?理想电压源是否可以短路? 1) 理想电压源是否可以短路? 不可以

+

+

+

4. 实际电压源

U 可以认为是恒压源。 当RS<< R 时，U=US,可以认为是恒压源。

U

I

+

I

US1

US2

_

_

2)

_ _

US1 US2 US1= US2

四、电压源与电流源的等效互换 等效互换条件： 1. 等效互换条件：端口处的外特性完全相同 I + + _US RS1 U _ I + RS2 U _

U RS2 = RS1, IS = S RS1 + IS 等效条件? RS1 = RS2,US = RS2 IS _I

U = US - RS1I

实 际 电 源

+ U _

U I = IS RS2

2.利用电源等效互换分析电路 . 多电源并联 a 3 6V + _ 6 + 12V _ a 2A 3 2A 4A a 2 b 3 //6 =2 a 3 + _ 6V b b

+ _b

+ _

+6 b 2A+2A=4A

_

6/3=2A 多电源串联 2A a 2 + 8V _ 1 b

12/6=2A 1 2 + _ 8V

2V _ a +

例题： 例题： 利用电源等效互换方法求图 3 中电流I。 原图 解： 1 2A 1 6 2 +

1 6

2A 1

I2

6V

+

+

-

-

12V

+

2A

+ -

2A

+

2V

2

- 3

2

+ -

4A 2

I

2

2

- I 2V2 I = 1A

+

-

8V

五、电源的工作状态 已知： 已知： IS >0 ,US >0 I IS 试判断电源的工作状态？ 试判断电源的工作状态？ I

+ +U

IS US

+U

_US

_

_PI S 供出功率 P S 消耗功率 U

_

+

PI S 消耗功率 P S 供出功率 U

电源只表征外力作用下形成的电压或电流的来源。 只表征外力作用下形成的电压或电流的来源。

§2.6.3电路的工作状态和电器设备的额定值 电路的工作状态和电器设备的额定值 一、电气设备的额定值 电气设备的指电气设备长时间正常工作的限度 电源 负载

电源额定值 额定输出功率 或额定输出电流

负载额定值 参数及额定功率 或参数及额定电压