1.5 電路的有源元件——電壓源與電流源

電源是電路中能量的來源，它將其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。實(shí)際使用的電源種類繁多，經(jīng)過分析、歸納及科學(xué)抽象，可以得到兩種電源模型，即電壓源和電流源。

1.5.1 電壓源

1.理想電壓源（恒壓源）

理想電壓源是從實(shí)際電源中抽象出來的一種理想電路元件，以電壓方式對外電路供電，它兩端的電壓是一定時間的函數(shù)或是一個定值US。干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、電子穩(wěn)壓器等實(shí)際電壓源，當(dāng)輸出電壓基本不隨外電路變化時可抽象為電壓源元件。

（1）理想直流電壓源的特點(diǎn)。理想直流電壓源輸出的電壓恒定，與流經(jīng)它的電流大小、方向無關(guān)，總保持為給定的值，即U=US。

電壓源輸出的電流由它和外電路的情況共同決定。當(dāng)外電路斷開時，電流的大小為零；當(dāng)外電路短路時，電流為無窮大。理論上，電流的大小可以是零和無窮大之間的任意值，但無窮大的電流使電源輸出功率為無窮大，這是不可能的（將造成外電路的燒毀）。因此，理想電壓源的外電路絕不允許短路。

（2）理想直流電壓源及其伏安特性曲線。理想直流電壓源及其伏安特性曲線如圖1-25所示，其端電壓與電流的大小和方向無關(guān)。根據(jù)電壓源所連接電路的不同，電流的實(shí)際方向既可以從它的負(fù)極流向正極，也可以從它的正極流向負(fù)極，前者起電源的作用，發(fā)出功率；后者起負(fù)載的作用，吸收功率（如給蓄電池充電）。

當(dāng)電壓源的電壓值為零時，其伏安特性曲線與橫軸重合，電壓源不起作用（電源兩端相當(dāng)于一條短路線）。

圖1-26給出了兩個電壓源串聯(lián)電路的等效電壓源。

2.實(shí)際電壓源

（1）實(shí)際直流電壓源的電路模型。恒壓源是一種理想情況。實(shí)際電壓源隨著輸出電流的加大，其端電壓有所下降，這說明電源內(nèi)部存在一定的內(nèi)阻。當(dāng)接上負(fù)載時，電源中就有電流通過，在電源內(nèi)阻上必將產(chǎn)生電壓降IR0，則電源兩端的實(shí)際輸出電壓必將下降，電流越大，電源端電壓下降越多。因此，干電池、蓄電池及直流發(fā)電機(jī)等實(shí)際直流電壓源，可以用一個理想電壓源E（恒壓源）與內(nèi)阻串聯(lián)的電路模型表示，如圖1-27（a）所示。

（2）實(shí)際直流電壓源的伏安關(guān)系。如圖1-27（a）所示的實(shí)際直流電壓源模型的伏安關(guān)系為

U=E-IR0

（3）實(shí)際直流電壓源的伏安特性。如圖1-27（a）所示的實(shí)際直流電壓源模型的伏安特性曲線如圖1-27（b）所示。其端電壓U是隨電流I的增加呈下降變化趨勢的直線。內(nèi)阻越小，U越接近理想情況，當(dāng)時，其就是恒壓源。

1.5.2 電流源

1.理想電流源（恒流源）

理想電流源是從實(shí)際電路中抽象出來的一種理想電路元件，以電流方式對外電路供電，其輸出電流是一定時間的函數(shù)Si或是一個定值SI。光電池、電子穩(wěn)流器等實(shí)際電流源，當(dāng)輸出電流基本不隨外電路變化時可抽象為電流源元件。

（1）理想直流電流源的特點(diǎn)。理想直流電流源輸出的電流恒定，與其兩端電壓的大小、方向無關(guān)，總保持為給定的值，即I=IS。

電流源兩端的電壓由它和外電路的情況共同決定。當(dāng)外電路短路時電阻R=0，電壓的大小為零，即U=0；當(dāng)外電路斷路時電阻R=∞，電壓U=∞。理論上電壓的大小可以是零和無窮大之間的任意值，但無窮大的電壓使電源輸出功率為無窮大，這是不可能的（將造成外電路的燒毀）。因此，理想電流源的外電路絕不允許斷路。

（2）理想直流電流源的伏安特性。理想直流電流源及其伏安特性曲線如圖1-28所示，其輸出電流與其兩端電壓的大小和方向無關(guān)。根據(jù)電流源所連接電路的不同，電流的實(shí)際方向既可以是電流流出端為正極，也可以是電流流入端為正極，前者起電源的作用，發(fā)出功率；后者起負(fù)載的作用，吸收功率。

當(dāng)電流源的電流值為零時，其伏安特性曲線與橫軸重合，電流源不起作用（電流源兩端相當(dāng)于斷路）。

圖1-29給出了兩個電流源并聯(lián)電路的等效電流源。

2.實(shí)際電流源

（1）實(shí)際直流電流源的電路模型。恒流源是一種理想情況。實(shí)際電流源隨著輸出電壓的增加，其輸出電流不是恒定不變的，而是有所下降。因?yàn)槿魏坞娏髟吹膬?nèi)阻不可能為無限大，當(dāng)輸出電壓增加時，內(nèi)阻上流過的電流也增加，造成輸出電流下降。電池、電子穩(wěn)流器等實(shí)際直流電流源，可以用恒流源SI與內(nèi)阻并聯(lián)的電路模型來表示。圖1-30（a）所示為實(shí)際直流電流源模型。

（2）實(shí)際直流電流源的伏安關(guān)系。實(shí)際直流電流源模型的伏安關(guān)系為

（3）實(shí)際直流電流源的伏安特性。實(shí)際直流電流源的伏安特性曲線如圖1-30（b）所示。其輸出電流I是隨著負(fù)載電壓的增加呈下降變化趨勢的直線。內(nèi)阻越大，曲線下降就越小，越接近理想情況，當(dāng)=∞時，就是恒流源。

實(shí)際使用的電源種類繁多，但都可以用電壓源和電流源兩種電源模型來表示。