实际电源的两种模型分析

一个实际电源,其端电压一般会随其供电电流的增大而有所下降。通常把电源电压和电流间的这种关系称为伏安特性或电源的外特性。在I—U坐标平面里,伏安特性通常是一根呈下降趋势的曲线,如图1-12所示。为了简化分析,常常把它近似成一根直线,直线方描述如下:

式中:R0称为电源的内电阻,简称内阻。

当电源开路时,I=0,U=US=E;当短路时,U=0,I=ISC=内阻越小,直线越平。

图1-12　电源的伏安特性曲线

图1-13　电压源表示的实际电源

根据式(1-9)我们可以把实际电源描述成一个电压值为开路电压US(或电源电动势E)的恒定电压和内阻为R0的串联电路,我们称之为电压源模型,如图1-13所示。

当内阻R0=0时,电压U恒等于电源电压US,是一定值,而电流I是由外电路决定的。这样的电源称为理想电压源或恒压源,其电路模型如图1-14(a)所示。它的外特性曲线将是与横轴平行的一条直线,如图1-14(b)所示。

图1-14　理想电压源电路与外特性曲线

实际中,如果一个电源的内阻远小于负载电阻,即RO≪RL时,则内阻压降R0I≪U,于是U≈US,负载端电压基本恒定不变,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。(https://www.xing528.com)

式(1-9)两边除以内阻R0,则得

即

式中:IS=为电源的短路电流;I为负载电流;为引出的另一个电流。用电路图表示如图1-15所示。

图1-15　电流源表示的实际电源

这就是实际电源的电流源模型。两条支路并联,对负载来讲,其上的电压和电流都没有改变。

当电流源开路时,I=0,U=UOC=R0IS;当短路时,U=0,I=IS。内阻越大,直线越陡。

当R0=∞时电流I恒等于电流IS,是一定值,而其两端的电压U是由外电路决定的。这样的电源称为理想电流源或恒流源,其电路模型如图1-16(a)所示。它的外特性曲线是与纵轴平行的一条直线,如图1-16(b)所示。

图1-16　理想电流源电路与外特性曲线

实际中,如果一个电源的内阻远大于负载电阻,即R0≫RL时,则I≈IS,负载电流基本恒定不变,可以认为是理想电流源。例如晶体管可以近似地认为是一个理想电流源。