电源元件的电流与电压特性及模型分析

实际电路中,使用的电源可用两种电路模型来表示:一种用电压的形式来表示,称为电压源;另一种用电流的形式来表示,称为电流源。电源的端电压与输出电流的关系,称为电源的外特性。

(1)电压源

1)理想电压源

两端的电压总保持为定值或一定的时间的函数,这种电源称为理想电压源。理想电压源只给外电路提供电压而内部没有电能的损耗。因此,理想电压源提供的电压不受流过它的电流的影响,输出的电流由理想电压源和外电路共同决定。其电路模型如图1.3.6(a)所示。

理想电压源有直流和交变两种。直流理想电压源给外电路提供的电压US是恒定的,又称恒压源。实际电子电路中的直流稳压电源,能给外电路提供近似恒定的电压,可视为恒压源。直流理想电压源的外特性如图1.3.6(b)所示。某些电源,其两端的电压(端电压)uS(t)基本不受负载电流的影响,总保持为确定的时间的函数,这些电源为交变理想电压源。

图1.3.6　理想电压源

2)电压源模型

理想电压源是不存在的。实际电压源总有一定的内阻,其端电压略有下降。实际电压源的电路模型可用理想电压源和内阻的串联来表示。直流电压源模型及其外特性如图1.3.7所示。端电压U与输出电流I的关系为

可知,当外接负载不变时,内阻R0越小,端电压降低得越少,外特性越好,实际电压源越接近理想电压源。R0为零时,电源的端电压U=US,就是理想电压源。

图1.3.7　实际电源的电压源模型及其外特性(www.xing528.com)

(2)电流源

1)理想电流源

输出电流总能保持定值或一定的时间的函数,这样的电源称为理想电流源。理想电流源提供的电流不受它两端电压的影响,两端的电压由理想电流源和外电路共同决定。其电路模型如图1.3.8(a)所示。

理想电流源也有直流和交变两种。直流理想电流源能给外电路提供恒定的电流IS,又称恒流源。在实际中,光电池能向外电路提供近似恒定的电流,可视为恒流源。直流理想电流源的外特性如图1.3.8(b)所示。

图1.3.8　理想电流源

2)电流源模型

实际电流源在向外电路提供电流的同时,也有一定的内部损耗,实际电流源的电路模型可用理想电流源和内阻的并联来表示。直流电流源模型及其外特性如图1.3.9所示。输出电流I与端电压U的关系为

图1.3.9　实际电源的电流源模型及其外特性

可知,当外接负载不变时,内阻R0越大,其上分得的电流越小,实际电流源越接近理想电流源。R0为无穷大时,输出电流I=IS,就是理想电流源。

应当说明的是,在实际中,电流源很少被采用,常说的电源多指电压源。