1.4 电压源和电流源

学习目标

熟悉理想电压源和理想电流源的外特性；理解实际电源的两种电路模型——电压源模型和电流源模型的概念，能够区别两种理想电源和实际电源模型之间的不同之处。

1.4.1 理想电压源

电压源和电流源

能向电路供出一定电压的设备称为电压源。工程实际中对电压源的要求是：当负载发生变化时，电压源向负载供出的电压值应尽量保持或接近不变。事实上电压源设备总是存在内阻的，因此当负载变动时，电源的端电压总随之发生变化。为了使供电设备较为稳定地运行，尽量满足工程实际的要求，制作电压源设备时总是希望电源的内阻越小越好，如果实际电压源设备的内阻等于零时，就成为人们心中的理想电压源。

理想电压源具有两个显著特点：

（1）它对外供出的电压US是恒定值（或是一定的时间函数），与流过它的电流无关，即与接入电路的方式无关；

（2）流过理想电压源的电流由它本身与外电路共同来决定，即与它相连接的外电路有关。

理想电压源的外特性如图1.11所示。

可见，理想电压源恒压不恒流。

理想电压源可以通过串联形式提高供出的电压，但它们串联时必须注意它们输出的电流值相等这一特点。理想电压源如果并联可以提高向负载供出的电流，但只有数值相同的理想电压源才能并联运行，否则将会在并联电压源内部出现环流而致使电压源烧坏。

1.4.2 理想电流源

如果负载要求提供较为稳定的电流时，就需要用到电流源。实际电流源同样存在内阻，当电流源向负载供电时，其内阻上必定产生分流，在负载发生变动时，电流源由于其分流作用会造成输出电流的不稳定。因此，要求实际电流源的内阻越大越好。

例如，一个60V的蓄电池串联一个60k?的大电阻，就构成了一个最简单的高内阻电源。这个电源如果向一个低阻负载供电，基本上就可具有恒定的电流输出。譬如，低阻负载在1～10?范围变化时，这个高内阻电源供出的电流

电流基本维持在1mA不变。这是因为只有几欧或十几欧的负载电阻，与几十千欧的电源内阻相加时是可以忽略不计的。

通过此例可知，实际电流源的内阻越高，它对负载供出的电流就越稳定。假设实际电流源的内阻为无穷大时，它供出的电流就是恒定值，我们把无穷大内阻的电流源称为理想电流源。

理想电流源同样具有两个显著特点：

（1）它对外供出的电流IS是恒定值（或是一定的时间函数），与它两端的电压无关，即与接入电路的方式无关；

（2）加在理想电流源两端的电压由它本身与外电路共同来决定，即与它相连接的外电路有关。

理想电流源的外特性如图1.12所示。

显然，理想电流源恒流不恒压。

理想电流源可以并联以提高向负载供出的电流，但并联时需注意并联电流源的端电压相等这一特点。不同数值的理想电流源是不能串联后向负载供电的，因为理想电流源供出的电流值恒定，这样连接会造成不定态，应禁止！

1.4.3 实际电源的两种电路模型

上述两种理想电源显然在现实中不存在，因为实际电源总是存在内阻或内阻为有限值。因此，理想电源只能是在一定的适用范围内，作为实际电源的理想化和近似。

1.实际电压源模型

实际电压源内阻虽然很小，但一般不能忽略其影响。考虑到实际电压源内阻的影响，可把一个理想电压源US和一个电阻元件Ru的串联组合作为其电路模型，如图1.13（a）所示。

当实际电压源的内阻可视为恒定不变时，电源内部和外电路的消耗主要取决于外电路负载的大小。因为，实际电压源的内阻总是很小的，在电压源形式的电路模型中，电压源对内阻和负载电阻的能量分配比例是以分压形式给出的。显然，电源提供的电压基本上被负载的接收。实际电压源模型的外特性如图1.14（a）所示。

2.实际电流源模型

当实际电源供出的电流值变化不大时，通常可用一个理想电流源IS与一个电阻元件Ri的并联组合作为它的电路模型，实际电流源模型如图1.13（b）所示。

同理，若把实际电流源的内阻视为恒定不变时，在电流源形式的电路模型中，电源供出的能量则是以分流形式给出的比例分配。通常实际电流源的内阻总是很大的，因此分流作用极小，电源的绝大部分能量都提供给了负载。实际电流源的外特性曲线与理想电流源的外特性也很接近，如图1.14（b）所示。

检验学习结果

1.4.1 理想电压源和理想电流源各有何特点？它们与实际电源的区别主要在哪里？

1.4.2 碳精送话器的电阻随声音的强弱变化，当电阻阻值由300?变至200?时，假设由3V的理想电压源对它供电，电流变化多少？

1.4.3 实际电源的电路模型如图1.13（a）所示，已知US=20V，负载电阻RL=50?，当电源内阻分别为0.2?和30?时，流过负载的电流各为多少？由计算结果可说明什么问题？

1.4.4 当电流源内阻较小时，对电路有何影响？