1.6　直流电源及其单元电路

直流电源可以采用串联或并联的方式使用，在采用电池供电的电子电器中通常采用直流电源串联的方式，以提高直流工作电压。如需要直流3V的工作电压，可采用两节电池串联的方式连接（通常一节电池的电压只有1.5V）。

1.6.1　直流电源串、并联电路

（1）直流电源串联电路

图1-79所示电路是直流电源的串联电路，图中E1和E2是电池的电动势。直流电源串联后的总电压等于各直流电源电压之和，即总电压E=E1+E2。若多节电池串联，其总电压E=E1+E2+…+En。

对于直流电源串联电路，需要说明以下几点。

①直流电源串联时，直流电源是有极性的，正确的连接方式是一个直流电源的正极与另一个直流电源的负极相连。若接错，则不仅没有正常的直流电压输出，还会造成电源短路，这是非常危险的。

②直流电源串联可提高直流工作电压。

③即使两个直流电源的直流工作电压大小不同，也可进行串联。

（2）直流电源并联电路

图1-80所示电路是直流电源的并联电路。电路中E1和E2是电池的电动势，这两个电动势的大小必须相等才可并联起来。直流电源并联后的总电压等于某一个直流电源的电压。

直流电源的并联电路应用较少，当电池的容量不足不能满足电路需要时，可采用电池并联供电电路。

对于直流电源并联电路，需要说明以下几点。

①直流电源并联时，需要注意两节电池的极性，正极互相连接起来，负极也互相连接起来。

②直流电源并联电路提供的工作电压和某一个直流电源的工作电压相同，但可以增加直流电源的输出电流。

③不同直流电压大小的直流电源不能并联，这在实际应用中需要特别注意。

1.6.2　电源的两种模型

一个电源可以用两种不同的电路模型来表示。一种是用理想电压源与内阻串联的电路模型来表示，称为电源的电压源模型；另一种是用理想电流源与电阻并联的电路模型来表示，称为电源的电流源模型。

（1）电压源模型

任何一个电源，如发动机、电池或各种信号源，都含有电动势E和内阻R0。在分析与计算时，往往把它们分开，组成的电路模型如图1-81所示，此即电压源模型，简称电压源。图中，U是电源端电压，RL是负载电阻，I是负载电流。

根据图1-81所示的电路，可得出

U=E-R0I

由此可得出电压源的外特性曲线，如图1-82所示。当电压源开路时，I=0，U=U0=E；当电压源短路时，U=0，I=IS=E/R0。内阻R0愈小，则直线愈平。

当内阻R0等于零时，电压U恒等于电动势E，这样的电压源称为理想电压源（或称恒压源）。它的外特性曲线是与横轴平行的一条直线，如图1-82所示。

理想电压源是理想的电源。如果一个电源的内阻远小于负载电阻，即R0远小于RL，则可以认为是理想电压源。通常用的稳压电源可认为是一个理想电压源。

理想电压源的符号和电路模型如图1-83所示。

（2）电流源模型

电源除用电动势E和内阻R0串联的电路模型来表示外，还可用另一种电路模型来表示，即电流源模型。

图1-84所示电路为电流源的电路模型，简称电流源。两条支路并联，其中电流分别为IS和U/R0。对负载RL来讲，其上电压U和通过的电流I未有改变。

按图1-84可得出电流源的外特性曲线方程为

电流源的外特性曲线如图1-85所示。

当电流源开路时，I=0，U=U0=R0IS；当短路时，U=0，I=IS。内阻R0愈大，则直线愈陡。

当R0=∞（相当于并联支路R0断开）时，电流I恒等于电流IS，是一定值，这样的电源称为理想电流源（或恒流源），其符号及电路模型如图1-86所示。

理想电流源也是理想的电源。如果一个电源的内阻远大于负载电阻，即R0远大于RL，则I≈IS，基本上恒定，可以认为是理想电流源。三极管也可近似地认为是一个理想电流源。