第十四节 电压源与电流源及其等效变换《电工技术模块》湖南省（对口招生）电工电子类 知识点讲解

湖南省（对口招生）电工电子类《电工技术模块》知识点讲解 电压源与电流源及其等效变换 【考纲要求】 1.识记理想电压源、理想电流源的图形符号、伏安特性，理解实际电压源、实际电流源的电路模型与外特性。 2.掌握电压源与电流源等效变换的条件、方法与步骤，能熟练运用等效变换简化复杂直流电路，适配对口高考解题要求。 3.能识别等效变换中的常见错误，具备电路简化、参数计算与结果校验的能力，掌握对口高考高频考点的解题技巧。 【知识网络】 【知识和技能要点】 考点1 电压源与电流源的基本特性（识记+理解） 1.理想电压源 · 定义：能提供恒定不变端电压的电源，用符号US表示。 · 图形符号：长线段为正极，短线段为负极，标注US。 · 核心特性：端电压只由自身决定，与流过的电流、外接电路无关；输出电流由外接电路决定。 · 常见实例：高精度稳压电源、新干电池（近似理想）。 2.实际电压源 · 电路模型：理想电压源US串联一个内阻RS，内阻反映电源自身的功率损耗。 · 核心伏安特性公式：\boldsymbol{U = U_S − I R_S}，其中U为电源对外输出的端电压，I为输出电流。 · 特性：输出电流越大，内阻压降越大，输出端电压越低。 3.理想电流源 · 定义：能提供恒定不变输出电流的电源，用符号IS表示。 · 图形符号：圆圈内加箭头，箭头指向为电流输出方向，标注IS。 · 核心特性：输出电流只由自身决定，与端电压、外接电路无关；端电压由外接电路决定。 · 常见实例：光电池、恒流源电路（近似理想）。 4.实际电流源 · 电路模型：理想电流源IS并联一个内阻RS，内阻反映电源自身的分流损耗。 · 核心伏安特性公式：\boldsymbol{I = I_S − \frac{U}{R_S}}，其中I为电源对外输出的电流，U为输出端电压。 · 特性：端电压越高，内阻分流越大，对外输出的电流越小。 5.对口高考高频易错提醒 · 理想电压源严禁短路，短路时电流无穷大，会烧毁电源；理想电流源严禁开路，开路时端电压无穷大，会损坏电源。 · 实际电压源内阻越小，越接近理想电压源；实际电流源内阻越大，越接近理想电流源。 【练习题】 一、单项选择题 1.理想电压源的端电压与输出电流的关系是（ ） A. 随电流增大而增大 B. 随电流增大而减小 C. 与电流无关，保持恒定 D. 无法确定 2.实际电压源的电路模型是（ ） A. 理想电压源并联内阻 B. 理想电压源串联内阻 C. 理想电流源并联内阻 D. 理想电流源串联内阻 3.理想电流源的输出电流与端电压的关系是（ ） A. 随电压增大而增大 B. 随电压增大而减小 C. 与电压无关，保持恒定 D. 与电压成正比 4.实际电流源的电路模型是（ ） A. 理想电压源串联内阻 B. 理想电压源并联内阻 C. 理想电流源串联内阻 D. 理想电流源并联内阻 5.下列关于理想电压源的说法，正确的是（ ） A. 可以短路使用 B. 输出电流恒定不变 C. 端电压恒定不变 D. 内阻无穷大 6.下列关于理想电流源的说法，正确的是（ ） A. 可以开路使用 B. 端电压恒定不变 C. 输出电流恒定不变 D. 内阻为0 7.实际电压源的内阻越大，其外特性倾斜程度（ ） A. 越小 B. 越大 C. 不变 D. 无法确定 8.实际电流源的内阻越大，其性能（ ） A. 越接近理想电流源 B. 越偏离理想电流源 C. 不变 D. 无法判断 9.某实际电压源的开路电压为12V，短路电流为3A，则其内阻为（ ） A. 36Ω B. 4Ω C. 0.25Ω D. 15Ω 10.理想电压源的内阻为（ ） A. 0 B. 无穷大 C. 100Ω D. 不确定 二、填空题 1.理想电压源的核心特性是 恒定不变，与输出电流无关。 2.实际电压源的电路模型是理想电压源 一个内阻。 3.理想电流源的核心特性是 恒定不变，与端电压无关。 4.实际电流源的电路模型是理想电流源 一个内阻。 5.理想电压源的内阻为 ，理想电流源的内阻为 。 6.实际电压源的伏安特性公式为 。 7.实际电流源的伏安特性公式为 。 8.实际电压源开路时，输出端电压等于 。 9.实际电流源短路时，输出电流等于 。 10.实际电压源的内阻越 ，其输出电压越稳定。 三、综合题 1.简述理想电压源和实际电压源的区别，画出对应的电路模型。 2. 简述理想电流源和实际电流源的区别，画出对应的电路模型。 3. 某实际电压源的开路电压为10V，当外接5Ω的负载时，输出端电压为8V，求该电压源的内阻RS。 4.某实际电流源的短路电流为2A，当外接10Ω的负载时，输出电流为1A，求该电流源的内阻RS。 【答案】 一、单项选择题 1.C 2.B 3.C 4.D 5.C 6.C 7.B 8.A 9.B 10.A 二、填空题 1.端电压 2.串联 3.输出电流 4.并联 5.0；无穷大 6.U=US−IRS 7.I=IS−URS 8.理想电压源的电压US 9.理想电流源的电流IS 10.小 三、综合题 1.答：区别：①理想电压源内阻为0，实际电压源存在内阻；②理想电压源端电压恒定，与输出电流无关；实际电压源端电压随输出电流增大而降低。电路模型：理想电压源为标注US的电源符号；实际电压源为理想电压源串联内阻RS。 2.答：区别：①理想电流源内阻为无穷大，实际电流源内阻为有限值；②理想电流源输出电流恒定，与端电压无关；实际电流源输出电流随端电压增大而减小。电路模型：理想电流源为标注IS的箭头电源符号；实际电流源为理想电流源并联内阻RS。 3.答：①负载电流I=URL=8V5Ω=1.6A；②代入实际电压源伏安特性公式U=US−IRS，得8=10−1.6RS，解得RS=1.25Ω。 4.答：①负载端电压U=IRL=1A×10Ω=10V；②代入实际电流源伏安特性公式I=IS−URS，得1=2−10RS，解得RS=10Ω。 考点2 电压源与电流源的等效变换及应用（应用+技能） 1.等效变换的核心原理 等效的本质：对外电路等效，对内电路不等效。即两种电源模型接相同的外电路时，外电路的电压、电流、功率完全相同；但电源内部的功率、损耗不相等，不能用等效变换求解电源内部的参数。 2.等效变换的核心条件与公式 · 内阻RS：大小不变，连接方式从“电压源串联RS”变为“电流源并联RS”。 · 电源数值关系： 或 · 极性对应规则：电流源的电流流出端，对应电压源的正极；电流源的电流流入端，对应电压源的负极。 3.对口高考标准解题步骤 步骤1：拆分电路，将复杂电路拆分为多个独立的电压源/电流源模块。 步骤2：对每个模块进行等效变换，严格对应电源极性。 步骤3：合并同类型电源，简化电路（串联电压源合并，并联电流源合并）。 步骤4：求解外电路的目标参数（电流、电压、功率）。 4.高频简化技巧（对口高考必考点） · 与理想电压源并联的元件（电阻、电流源等），对外电路等效时可直接开路，不影响外电路的电压。 · 与理想电流源串联的元件（电阻、电压源等），对外电路等效时可直接短路，不影响外电路的电流。 · 理想电压源和理想电流源之间不能进行等效变换，因为二者内阻不满足等效条件。 5.对口高考高频易错提醒 · 极性搞反：等效变换时电流源流出端与电压源正极不对应，导致结果符号错误，是本考点最高频丢分点。 · 对内等效：用等效变换后的模型计算电源内部功率、电流，导致结果错误。 · 内阻连接方式错误：电压源转电流源时，内阻仍写成串联，导致电路简化错误。 · 忽略简化规则：不会处理与理想电压源并联、与理想电流源串联的元件，导致电路复杂化。 【练习题】 一、单项选择题 1.电压源与电流源等效变换的本质是（ ） A. 对内、外电路都等效 B. 仅对内电路等效 C. 仅对外电路等效 D. 以上都不对 2.某电压源US=10V，内阻RS=2Ω，等效为电流源时，IS和RS为（ ） A. IS=5A，RS=2Ω B. IS=20A，RS=2Ω C. IS=5A，RS=1Ω D. IS=0.2A，RS=2Ω 3.某电流源IS=3A，内阻RS=5Ω，等效为电压源时，US和RS为（ ） A. US=0.6V，RS=5Ω B. US=15V，RS=5Ω C. US=15V，RS=10Ω D. US=1.67V，RS=5Ω 4.与理想电压源并联的电阻，对外电路等效时可以（ ） A. 短路 B. 开路 C. 保留 D. 与电压源串联 5.与理想电流源串联的电阻，对外电路等效时可以（ ） A. 短路 B. 开路 C. 保留 D. 与电流源并联 6.下列关于等效变换的说法，正确的是（ ） A. 理想电压源和理想电流源可以等效变换 B. 等效变换后内阻的大小会改变 C. 电流源的电流流出端对应电压源的负极 D. 等效变换仅对外电路有效 7.两个电压源US1=12V、RS1=2Ω，US2=6V、RS2=2Ω，并联后等效为一个电压源，其US和RS为（ ） A. US=9V，RS=1Ω B. US=18V，RS=4Ω C. US=6V，RS=1Ω D. US=12V，RS=4Ω 8.两个电流源IS1=4A、RS1=3Ω，IS2=2A、RS2=3Ω，串联后等效为一个电流源，其IS和RS为（ ） A. IS=6A，RS=6Ω B. IS=2A，RS=6Ω C. IS=4A，RS=1.5Ω D. IS=2A，RS=1.5Ω 9.用电压源与电流源等效变换简化电路的目的是（ ） A. 计算电源内部的损耗 B. 简化复杂电路，求解外电路参数 C. 分析电源的内特性 D. 以上都不对 10.某电流源IS=2A，并联内阻RS=4Ω，外接2Ω的负载，等效为电压源后，负载电流为（ ） A. 2A B. 1.33A C. 0.67A D. 1A 二、填空题 1.电压源等效为电流源时，内阻的大小 ，连接方式从串联变为 。 2.电流源IS=5A，内阻RS=4Ω，等效为电压源时，US= V。 3.电压源US=20V，内阻RS=5Ω，等效为电流源时，IS= A。 4.等效变换时，电流源的电流 端对应电压源的正极。 5.与理想电压源并联的元件，对外等效时可 处理。 6.与理想电流源串联的元件，对外等效时可 处理。 7.理想电压源和理想电流源之间 进行等效变换。 8.两个相同的电压源US=6V，RS=2Ω，并联后等效电压源的US= V，RS= Ω。 9.两个相同的电流源IS=3A，RS=6Ω，串联后等效电流源的IS= A，RS= Ω。 10.等效变换的核心是保证 电路的电压、电流完全相同。 三、综合题 1.简述电压源与电流源等效变换的条件、公式和极性对应规则。 2. 将US=15V、RS=3Ω的电压源等效为电流源，画出等效电路，并标注参数和极性。 3. 将IS=4A、RS=5Ω的电流源等效为电压源，画出等效电路，并标注参数和极性。 4.电路如下：电压源US1=12V，RS1=2Ω；电压源US2=6V，RS2=2Ω；两个电压源并联后外接4Ω的负载电阻，用等效变换法求负载电流。 【答案】 一、单项选择题 1.C 2.A 3.B 4.B 5.A 6.D 7.A 8.B 9.B 10.B 二、填空题 1.不变；并联 2.20 3.4 4.流出 5.开路 6.短路 7.不能 8.6；1 9.3；12 10.外 三、综合题 1.答：等效变换条件：①对外电路的伏安特性完全相同；②内阻RS大小不变。核心公式：US=IS×RS 或 IS=USRS。极性对应规则：电流源的电流流出端对应电压源的正极，电流流入端对应电压源的负极。 2.答：等效电流源参数：IS=USRS=15V3Ω=5A，内阻RS=3Ω，并联在电流源两端；电流源的电流流出端对应原电压源的正极。等效电路：5A的理想电流源并联3Ω的电阻，电流箭头指向正极输出端。 3.答：等效电压源参数：US=IS×RS=4A×5Ω=20V，内阻RS=5Ω，串联在电压源两端；电压源的正极对应原电流源的电流流出端。等效电路：20V的理想电压源串联5Ω的电阻，正极对应电流流出端。 4.答：①将两个电压源分别等效为电流源：IS1=12V/2Ω=6A，RS1=2Ω；IS2=6V/2Ω=3A，RS2=2Ω；两个电流源同向并联。②合并电流源：IS总=6A+3A=9A，RS总=2Ω//2Ω=1Ω。③将合并后的电流源等效为电压源：US总=9A×1Ω=9V，RS总=1Ω。④求负载电流：I=US总RS总+RL=9V1Ω+4Ω=1.8A。 【真题演练】 【2018年湖南省普通高等学校对口招生考试电子电工类真题·填空题21】如图所示,E1=4V,E2=15V,两个电压源反向串联，内阻均为1Ω，等效变换成电流源后,电流源的大小为 A。 答案：5.5 解析：首先计算等效电压源的总参数：两个电压源反向串联，总等效电压US=15V−4V=11V，总内阻RS=1Ω+1Ω=2Ω；根据等效变换公式，IS=USRS=11V2Ω=5.5A。 【2024年湖南省普通高等学校对口招生考试电子电工类真题·选择题6】有源二端网络如图4所示,端电压U 和端电流I 关系如表1所示。在二端网络两端接入 100Ω 电阻,该电阻获得功率为 U(V) I (A) 100 0 60 0.4 20 0.8 0 1.0 A.1W B.10W C. 25W D. 50W 答案：C 解析：本题考查电压源等效（戴维南定理），是对口高考高频题型。①将有源二端网络等效为电压源模型：开路电压US=I=0时的端电压=100V；内阻RS=ΔUΔI=100V−0V1.0A−0A=100Ω。②接入100Ω电阻后，电路电流I=USRS+RL=100V100Ω+100Ω=0.5A。③电阻获得的功率P=I2RL=0.5A2×100Ω=25W。 【2019年湖南省普通高等学校对口招生考试电子电工类真题·计算题31】如图所示电路中采用测量二端网络的实验方法(虚线方框部分),(1)读图中短路电流I和开路电压U。;(2)应用戴维南定理求解:等效电压源电压和内电阻;(3)画出戴维南等效电路。(图中表1读数122mA,表2读数0V,表3读数0mA,表4读数19.1V) 答案：(1)短路电流I=122mA=0.122A，开路电压U=19.1V；(2)等效电压源电压Us=19.1V，内阻Rs≈156.56Ω；(3)戴维南等效电路为19.1V的理想电压源串联156.56Ω的内阻。 解析：(1)开路电压是二端网络开路时的端电压，即表4读数19.1V；短路电流是二端网络短路时的电流，即表1读数122mA。(2)戴维南等效电路本质是实际电压源模型，等效电压源电压等于开路电压US=19.1V；内阻RS=U开路I短路=19.1V0.122A≈156.56Ω。(3)等效电路为19.1V理想电压源串联156.56Ω的电阻。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $