DOI:10.16169/j.issn.1008-293x.s.1994.05.0131149年第5期4年996月绍JORNAO兴S师FAOXIN专学EACL报ERSCOEENO5e1马么9Ju1L499L理想电源不接负载试析徐永茂(物理系)摘要本文对一道思考题的解答提出异议。从负载一词的物理涵义出发,分析有关理想电压源和理想电流源不接负载的问题。关健词:理想电压源,理想电流源,负载,开路,短路高师物理专业卫星电视教育教材《电工学(第2版)》,有一思考题,其中提到:`理想电流源不接负载时的端电压等于多少?”t’〕与其配套的《电工学(第2版)学习指导书》解答为“理想电流源是理想元件,它的电激流15(t)不随负载变化而变化……设负载为电阻,则端电压“(t)二Ris(t)从上式看出,当不接负载时(即R二oc),端电压应为无限大该书将理想电流源不接负载看成R=oc。持这一观点的读者一”〔21是不少的。而本人对此提出异议。下面从负载的涵义和电源的外特性几方面来讨论。,负软的洒义负载一词在物理学和电工电子技术中广泛使用,其物理意义有两个方面:一是指用电器(在直流电路中用电阻R表示);二是指用电器从电源吸收的功率,或者说电源输出的功率。如一个电灯接到电池的两端,电灯就是负载,它以一定的速率从电池吸取电能转变成光能和热能。即电池向电灯输出一定的功率。用一个电压表测量电池两端的电压,电压表也成为负载,因为它从电池吸取微弱的电能产生电磁力矩使指针偏转,显示出测量值,电池在输出功率。可见,负载与其吸收的功率是连在一起的。通常我们说的“负载大”是指负载所吸收的功率大,“负载小”是指负载所吸收的功率小[31。所以看一个电源有否接负载,应该从这个电源有否对外电路输出功率来决定。2负毅电阻与负栽如果一个电阻用来表示负载,则称为负载电阻。但是负载电阻与负载的关系应进行具体分析。在电路理论中,一个实际电源可以看成电动势为E的理想电压源与内阻r的串联I丢,,电路如图1所示。设R为负载电阻,则通过R的电流I、端电压U和电源的输出功率P分别为收稿日期:19蛇一11一30第5期徐永茂理想电源不接负载试析:一了9一众所周知当Rp讯a,二r时琦电源输出功率有最大值尸m:!图1一簇,或二子。P随R的变化关系如图2所示,可见在负载电阻R从口~。,r范围内电源输出功率尸随着,,R的增大而增加即电源的负载随着左的增大而增加;R从f~co范围内尸随着R的增大反而减小也即电源的负载随着R的增大而减小,1卜`.p宁江!.P//尹/,\\\\一\\一一图2,,一—一一一R卜~如果R》r则r可以忽略不计实际电源就看成理想电压源U息E。由理想电压源的外特性推得它的输出电流I和功率尸分别为I二夕下(2)EP二灭一。。,上式表示理想电压源的负载随着R的增大而减小J一个实际电源也可以看成电激流为I,的理想电流源与内阻犷的并联s[示。电路如图3所a负载电阻R中的电流I端电压U和电源输出功率P分别为I=犷。、了`左落瓦IR~“~1nllI,UlUn、.I百土.U尸二Rr。了五吕于一万气丁一、八十=犷。玩(3)白r`k!URRIz=(万式`令介图3一80一,绍兴师专学报(自然科学版)=r。9914年不难得出当R时电源输出的功率也有最大值R。,o.:=一刃一4R,,I云一nm.工_跳厂知一乙弓月。P随R的变化关系也如图2所示因而不再重复,。如果性0》Rr,则八可以看成无限大实际电源就看作理想电流源I三1.。由理想电流源外特推得它的端电压U和输出功率尸分别为U==IR:尸,,I.“R。可见理想电流源的负载电阻R越大其负载也越大,,总之在含有不同电源的电路中负载电阻与负载存在着不同的关系3。电源的开路和短路,一个电源的外电路开路。,我们可用负载电阻R,=O来表示;外电。路短路则用R,二口表示一个实际电源不接负载,,通常认为R=二o,即表示外电路开路。但是在电路理论中的电源不接负载却不能一概定为R,,o,这需要作具体分析二根根负载的涵义和电源的外特性可以发现电压源和电流源在R况下分别由式(1)式(3)可知它们的输出功率尸均为零。o与Rc二0的两种情这意味着电压源和电流源在不接_负载时既可以看作外电路开路又可以看作外电路短路,,。…二电流I电压源开路时显然它的输出,一、一一一一、_、,_=”,…_端电压U、,二=E”。;电压源短路时I一一~。、、:工,=E,今。U二”,二二~一~只是内电阻厂上有损耗功率尸一。。,。,二。_-_n。=一一一一-一共f=E名一。电流源开路时其输出电流I流源短路时I的电,,o,端电压U二I:犷。,而内电阻r。的损耗功率尸,=I。八、。电二I:,U二0。工作于电网中的电流互感器可以作为电流源的一个实例,图4是踢:原线圈N只有一二匝。串接在被侧电路甲。副线幽N的匝数很多:相当于一个升压变压器通过副线圈的电流几为电源负载L;L:t奋IN、k甲上`.山甲有宁人N:图4第5期`二匕二二二二二=刘光明关于双向标量方向的讨论:一1二一二三一一1不变几也不变Z,式中入为通过原线圈的被测电流。一,,,一一二一二二二一,I么=一育了一IJVa一N,一一,上==一一一=二一一一二===二二二==七二一、a少。I仅由被测电路的电源电压及负载决定与1无关只要。,。。,2。所以八可看成电激流电流互感器相当于电流源安墙表A为它的负载则在万两端将产生10o0V的高电压及烧坏互感器,在工作中若将N开路:这一现象可理;解为互感器副线圈的内阻抗很高电激流.zI在内阻抗中产生高压和很大的损耗功率所致当需要拆卸安培表时则必须先将N两端短路使电流处于无负载状态)至于理想电压源由式(2:,。可见,只有在开路时,,其输出功率尸二。o。即理想电压源不接负载时应该是R,,二oc。而理想电流源由式(4)不难想象接负载应认为R二只有在短路时的输出功率为零=所以理想电流源不0即外电路短路,,。这时的端电压U0。值得一提的是理想电流源是实际电源在一定条件下的逼近目前还没有一种原理上与它一致的物理器件。,如一个电动势为E的电池串联很大内阻,,。犷即可近似于理想电流源。,,_。因为它对电阻R(R《r)所提供的电流基本上由E和r决定几乎与R无关条件不成立所以不能再看作理想电流源只能看成电压源零属于电压源无负载状态。将R短路其电流儿二,乎不变而输出功率为零这是理想电流源的无负载状态如果将R断开即R,,。oc,则R《哟勺这时电流为零输出功率也为参,,.考222文版).献17高等教育出版社98.郭木森廖玄九张绍南电工学(第郭木森廖玄九张绍南电工学(第郭木森廖玄九张绍南电工学(第赵凯华陈熙谋,.,.51,,,.9版)学习指导书高等教育出版社190巧.,,.版)高等教育出版社,1987.4。1《电磁学》第2版.高等教育出版社OnNo(De一oaldYoennIdealSognolureeXpartuaosieemtfPhyrae)AbstIdi3entonnthissedanpaPer,wesegiveadiffereutopinionoe)loadidealsoureeIt15sutddsan:dlydvorfomthedefinztionesouree:floadreuKeysworuidealltagidealurtsohoreireitrcue:load;oPeneicruit