电源是将其他形式的能量(如化学能、机械能、太阳能、风能等)转换成电能后提供给电路中的设备。
这里所讲的电压源和电流源都是理想化的电压源和电流源。
1.电压源
电压源是指理想电压源,即内阻为零,且电源两端的端电压值恒定不变(直流电压),如图2-12所示。
图2-12 电压源
图2-13 直流电压源的伏安特性曲线
它的特点是电压的大小取决于电压源本身的特性,与流过的电流无关。流过电压源的电流大小与电压源外部电路有关,由外部负载电阻决定。因此,它称之为独立电压源。
电压为 U S 的直流电压源的伏安特性曲线,是一条平行于横坐标的直线,如图2-13所示,特性方程
U = U S (2-9)
如果电压源的电压 U S =0,则此时电压源的伏安特性曲线,就是横坐标,也就是电压源相当于短路。
2.电流源
电流源是指理想电流源,即内阻为无限大、输出恒定电流 I S 的电源。如图2-14所示。它的特点是电流的大小取决于电流源本身的特性,与电源的端电压无关。端电压的大小与电流源外部电路有关,由外部负载电阻决定。因此,也称之为独立电流源。
电流为 I S 的直流电流源的伏安特性曲线,是一条垂直于横坐标的直线,如图2-15所示,特性方程:
I = I S (2-10)
如果电流源短路,流过短路线路的电流就是 I S ,而电流源的端电压为零。
图2-14 电流源
图2-15 直流电流源的伏安特性曲线
1.实际电压源
实际电压源可以用一个理想电压源 U S 与一个理想电阻 r 串联组合成一个电路来表示,如图2-16a所示。特征方程:
U = U S - I · r (2-11)
实际电压源的伏安特性曲线如图2-16b所示,可见电源输出的电压随负载电流的增加而下降。
2.实际电流源
实际电流源可以用一个理想电流源 I S 与一个理想电导 G 并联组合成一个电路来表示,如图2-17a所示,特征方程
I = I S - UG (2-12)
图2-16 实际电压源模型
a)实际电压源 b)实际电压源的伏安特性曲线
图2-17 实际电流源模型
a)实际电流源 b)实际电流源的伏安特性曲线
实际电流源的伏安特性曲线如图2-17b所示,可见电源输出的电流随负载电压的增加而减少。
【例2.5】 在图2-16中,设 U S =20V, r =1Ω,外接电阻 R =4Ω,求电阻 R 上的电流 I 。
解: 根据式(2-11) U = U S - I · r = IR
则有
【例2.6】 在图2-17中,设 I S =5A, r =1Ω,外接电阻 R =9Ω,求电阻 R 上的电压 U 。 解: 根据式(2-12)
则有