2.3 電壓源與電流源及其等效變換

電源是將其他形式的能量（如化學(xué)能、機(jī)械能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等）轉(zhuǎn)換成電能后提供給電路中的設(shè)備。

2.3.1 電壓源和電流源

這里所講的電壓源和電流源都是理想化的電壓源和電流源。

1.電壓源

電壓源是指理想電壓源，即內(nèi)阻為零，且電源兩端的端電壓值恒定不變（直流電壓），如圖2-12所示。

圖2-12 電壓源

圖2-13 直流電壓源的伏安特性曲線

它的特點(diǎn)是電壓的大小取決于電壓源本身的特性，與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。流過(guò)電壓源的電流大小與電壓源外部電路有關(guān)，由外部負(fù)載電阻決定。因此，它稱之為獨(dú)立電壓源。

電壓為U_S的直流電壓源的伏安特性曲線，是一條平行于橫坐標(biāo)的直線，如圖2-13所示，特性方程

U=U_S （2-9）

如果電壓源的電壓U_S=0，則此時(shí)電壓源的伏安特性曲線，就是橫坐標(biāo)，也就是電壓源相當(dāng)于短路。

2.電流源

電流源是指理想電流源，即內(nèi)阻為無(wú)限大、輸出恒定電流I_S的電源。如圖2-14所示。它的特點(diǎn)是電流的大小取決于電流源本身的特性，與電源的端電壓無(wú)關(guān)。端電壓的大小與電流源外部電路有關(guān)，由外部負(fù)載電阻決定。因此，也稱之為獨(dú)立電流源。

電流為I_S的直流電流源的伏安特性曲線，是一條垂直于橫坐標(biāo)的直線，如圖2-15所示，特性方程：

I=I_S （2-10）

如果電流源短路，流過(guò)短路線路的電流就是I_S，而電流源的端電壓為零。

圖2-14 電流源

圖2-15 直流電流源的伏安特性曲線

2.3.2 實(shí)際電源的模型

1.實(shí)際電壓源

實(shí)際電壓源可以用一個(gè)理想電壓源U_S與一個(gè)理想電阻r串聯(lián)組合成一個(gè)電路來(lái)表示，如圖2-16a所示。特征方程：

U=U_S-I·r （2-11）

實(shí)際電壓源的伏安特性曲線如圖2-16b所示，可見(jiàn)電源輸出的電壓隨負(fù)載電流的增加而下降。

2.實(shí)際電流源

實(shí)際電流源可以用一個(gè)理想電流源I_S與一個(gè)理想電導(dǎo)G并聯(lián)組合成一個(gè)電路來(lái)表示，如圖2-17a所示，特征方程

I=I_S-UG （2-12）

圖2-16 實(shí)際電壓源模型

a）實(shí)際電壓源 b）實(shí)際電壓源的伏安特性曲線

圖2-17 實(shí)際電流源模型

a）實(shí)際電流源 b）實(shí)際電流源的伏安特性曲線

實(shí)際電流源的伏安特性曲線如圖2-17b所示，可見(jiàn)電源輸出的電流隨負(fù)載電壓的增加而減少。

【例2.5】在圖2-16中，設(shè)U_S=20V，r=1Ω，外接電阻R=4Ω，求電阻R上的電流I。

解：根據(jù)式（2-11）U=U_S-I·r=IR

則有

【例2.6】在圖2-17中，設(shè)I_S=5A，r=1Ω，外接電阻R=9Ω，求電阻R上的電壓U。解：根據(jù)式（2-12）

則有