实验过程中对“独立电源”教学的一点探讨

实验过程中对“独立电源”教学的一点探讨

王伟平 ,王旭红 ,周腊吾

长沙理工大学电气与信息工程学院   湖南  长沙   410114

摘要：实验过程“独立电源”应用非常广泛。如何正确、全面、深刻地理解这一概念，对于电路理论和电类实验的教学有着十分积极的意义。

关键词： 独立电源；教学；探讨

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一、引言

在各类尤其是电类实验课中，电源有着广泛的应用。电源是指向电路供给能量或提供信号的设备，又可分为独立电源和受控源两大类。这里介绍实验中的独立电源(以下简称独立源)。对于一个完整的电类实验电路，作为元件、独立源是不可缺少的。独立源是相对受控源而言的，可分为电压源和电流源两种。正确、全面、深刻地理解独立源这一概念，对电路的基本原理的理解和掌握、电路的分析和计算、实验过程的正确操作是有十分积极的意义。

二、对概念的理解
1、独立源是理想元件
理想元件，是指忽略不计实际元件的一些次要因素，而取其主要的、本质的内涵而抽象出来的不受外界因素影响的元件。电类课程中，电路理论分析的对象是理想电路，而非实际电路，独立源当然亦不例外。无论是电压源还是电流源均为理想元件，对这一点必须有十分清醒的认识。元件理想化之后，对电压源而言，像发电机、电池这样的电源，其电压基本上是定值，或几乎是一定的时间函数，向电路输入的是近乎不变的电压信号。它是一个二端元件，与通过它的电流无关，不因其外部电路的变化而变化，永为确定的量。它的电流以及功率由与之相连的外部电路决定；对电流源而言，像光电池，在一定照度的光线照射下，将要激发近乎不变的电流。电流互感器，其一侧的电流差不多是一定的时间函数。这些信号源向电路输入的是近乎不变的电流信号，是一个二端元件，与所加的电压无关。不因其外部电路的变化而变化，永为确定的值。它的电压以及功率由与之相连的外部电路决定。显然，理想电源在现实生活中是不存在的，实际电源毕竟存在内阻抗，其电压或电流总是会随其外部所连的电路的变化而变化的。
当然，由实际元件抽象出来的理想元件，对理想元件进行理论推证分析得出结论，又去解决实际问题，这是电路理论研究的必经之路。对实际电源而言，它完全可由若干个理想元件经一定的组合来模拟。如此一来，既不妨碍理论研究，又可以用于指导实践。实际电源就是用电压源与电阻抗串联模型或用电流源与电阻抗并联来模拟的。像电池、发电机这类电源，使用中由于电阻比外部电阻小得多，它的电压接近开路电压而变化不大，常用电压源电阻串联模型，且在一定范围内，可近似看成电压源。像光电池这样的电源，由于内电阻比外部电阻大得多，它的电流接近短路电流而变化不大，所以常用电流源电阻并联模型，且在一定电压范围内可以近似看成电流源。
2、独立电源的电压或电流的恒定是指其规律的恒定
电压源的电压恒定是指其规律恒定，并不意味着电压一定不随时间变化，而是说其规律性是明显且确定的；同样，电流源的电流恒定是指其变化规律恒定，并不意味着电流一定不随时间变化，而是说其规律也是明显且确定的。当然，对直流电压源或直流电流源，其中电压或电流的大小和方向都不随时间的变化而变化。而对正弦交流电源，其电压或电流的大小和方向均随时间按正弦规律变化。
3、电压源的电流，电流源的电压由其外部电路决定

电压源的电压确定之后，.其流过的电流就由其外部电路决定。道理很简单，因为这意味着外部电路所加电压不变，根据欧姆定律，只要外部电路不变，其电流就不变，外部电路发生变化时则电流亦变，而此电流正好流过电压源。相应地，电流源的电流确定之后，其所加电压就由其外部电路确定。
众所周知，电源是用来发出功率的。但这只是一般情况，通常情况，还需认识到，在特殊情况下，电源还会发出负功率即不仅不发出功率，反而会接受功率。当然，这种情况不会太多，只可能出现在多电源的场合。
4、参考方向问题
作为电源、电压和电流的参考方向通常取非关联参考方向。即电压、电流选不一致的参考方向。因为电源通常是发生功率的。当然，选关联参考方向也不是不可以。但无论怎样选，一旦参考方向确定下来，则在整个分析计算电路的过程中，就不允许随意改动。因为这往往会引起标准的不一致和各物理量相互关系的改变。
5、几种无意义的情况
既然电压源的电压Us(t)是恒定的，而将Us(t)不相等的电压源并联或将Us(t)≠0的电压源短路均是没有意义的，因为这显然与电压源的内含相矛盾，到底电压以谁为准就无从谈起；相应地，既然电流源的电流Is(t)是恒定的，而将Is(t)不相等的电流源串联或将1s(t)≠0的电流开路也都是毫无意义的。对学生来讲，易于陷入上述困惑之中，其实这是不必的。既然定义了电压源和电流源，上述无意义的情况就不会出现或根本不存在。当然，将电压源串联或电流源并联则是完全允许的。[1]
三、基本传授方法
   要想在教学中要得到好的效果，首先必须不断地钻研教材，包括教学大纲、教材和

相关参考资料；其次是认真地编写教案；最后就是课堂上的讲课。教学中应注意：
1、循序渐进
学生初次接触独立源的概念，可能只会形成一个比较肤浅的认识，这往往要求教师遵循教学规律，由浅入深，由简到繁地展开教学。循序渐进地教学会事半功倍，否则事倍功半。
2、循环住复
电源问题是贯穿课程始终的大问题，学生不可能对此一下子理解透彻、深刻。教师需要反复地提及有关问题，即要经过多次循环。当然，这种循环并不是机械地重复，而应是一次比一次更全面、更深刻。
3、理论联系实际
关于独立源的实验不太好进行，因为独立源毕竟是理想元件。但实际设备中呈现独立源性质的电源还是不少的，应多注意这些实际电源，并用电路理论加以必要的分析，使学生易于接受。
4、应用举例
学生如果只是在课堂上听一听理论讲授，课后复习复习，那印象毕竟是较为淡薄的，单纯的发挥想象力进行思维，也极有可能出现思维偏差或错误。这就要求教师应列举大量的典型有代表性的例子，并注意归纳总结.给出解决问题的一般方法步骤，并让学生亲自做题，多动手，多动脑，这样才会使学生有较大收获。[2][3]

四、结束语

教学是一门艺术，永无止境，需要我们付出辛勤的劳动，才能悟其要领；教学过程是一项复杂的系统工程，需要多方面的协调合作，才能日臻完美。伴随时代的发展，学校教学改革的不断深入、课程教学手段的不断更新、理论和实践的不断结合，教学也应与时俱进。丰富教学内容，激发学生的学习兴趣，为祖国培养高质量的建设人才。

                 参考文献

[1] 邱关源. 电路（第五版）[M]，北京：高等教育出版社，2006.

[2]龚绍文.关于如何讲好一堂课的十个问题[J]，电气电子教学学报，2004，26（6）：1-7.

[3]朱娟娟.实验教学的改革建议与见解[J]，中国现代教育装备2008（6）：89-90.