電壓源是一種產(chǎn)生精確輸出電壓的器件，理論上，無(wú)論負(fù)載電流如何都不會(huì)改變。

我們已經(jīng)看到了Basic Electronics Tutorials網(wǎng)站在電氣或電子電路中有兩種類(lèi)型的元素：無(wú)源元件和有源元件。有源元件是能夠連續(xù)地向電路供電的元件，例如電池，發(fā)電機(jī)，運(yùn)算放大器等。另一方面，無(wú)源元件是諸如電阻器，電容器，電感器等的物理元件，它本身不能產(chǎn)生電能但只消耗電能。

對(duì)我們來(lái)說(shuō)最重要的有源電路元件類(lèi)型是那些為電路或連接到它們的網(wǎng)絡(luò)提供電能的元件。這些被稱(chēng)為“電源”，兩種類(lèi)型的電源是電壓源和電流源。電路中的電流源通常不如電壓源那么常見(jiàn)，但兩者都被使用并且可以視為彼此的補(bǔ)充。

電源或簡(jiǎn)稱(chēng)“源”是一種設(shè)備，以電壓源或電流源的形式向電路提供電力。兩種類(lèi)型的電源可以被分類(lèi)為直接（DC）或交流（AC）源，其中恒定電壓被稱(chēng)為DC電壓，并且隨時(shí)間正弦變化的電壓被稱(chēng)為AC電壓。因此，例如，電池是直流電源，家中的230V墻壁插座或電源插座是交流電源。

我們之前說(shuō)過(guò)，電源提供能量，但是電源的一個(gè)有趣的特性，他們也能夠?qū)⒎请娔苻D(zhuǎn)換成電能，反之亦然。例如，電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，而直流發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)等電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

可再生技術(shù)可以轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能，風(fēng)能，并揮動(dòng)成電能或熱能。但是，除了將能量從一個(gè)源轉(zhuǎn)換為另一個(gè)源外，電源還可以傳遞或吸收能量，使其能夠在兩個(gè)方向上流動(dòng)。

電源的另一個(gè)重要特性和定義其操作的特性是它的IV特征。電源的IV特性可以為我們提供非常好的圖像描述，如圖所示作為電壓源和電流源。

電源

電源，無(wú)論是電壓源還是電流源都可歸類(lèi)為獨(dú)立（理想）或依賴(lài)，（受控制），其值取決于電路中其他地方的電壓或電流，其本身可以是恒定的或隨時(shí)間變化的。

當(dāng)處理電路定律時(shí)在分析中，電源通常被認(rèn)為是“理想的”，即源是理想的，因?yàn)樗碚撋峡梢詿o(wú)損失地提供無(wú)限量的能量，從而具有由直線(xiàn)表示的特性。但是，在實(shí)際或?qū)嶋H的電源中，總是有一個(gè)電阻并聯(lián)連接電流源，或者與電源相關(guān)的電壓源串聯(lián)影響其輸出。

電壓源

電壓源，例如電池或發(fā)電機(jī)，在電路內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)之間提供電勢(shì)差（電壓），允許電流在其周?chē)鲃?dòng)。請(qǐng)記住，電壓可以無(wú)電流存在。電池是電路中最常見(jiàn)的電壓源，電源的正極和負(fù)極兩端出現(xiàn)的電壓稱(chēng)為端電壓。

理想電壓源

理想的電壓源定義為兩端有源元件，能夠提供和維持相同的電壓，（v）在其端子上，無(wú)論電流如何，（i）流過(guò)它。換句話(huà)說(shuō)，理想的電壓源將始終提供恒定電壓，而不管所提供的電流值是否產(chǎn)生由直線(xiàn)表示的IV特性。

然后理想的電壓源被稱(chēng)為獨(dú)立電壓源，因?yàn)槠潆妷翰灰蕾?lài)于流過(guò)源或其方向的電流值，而是僅由源的值單獨(dú)確定。因此，例如，汽車(chē)電池的12V端電壓只要通過(guò)它的電流不會(huì)變高，就會(huì)保持恒定，在一個(gè)方向上向汽車(chē)供電，在充電時(shí)向另一個(gè)方向吸收功率。

另一方面，相關(guān)電壓源或受控電壓源提供的電壓源的大小取決于流經(jīng)某些其他電路元件的電壓或電流。依賴(lài)電壓源用菱形表示，用作許多電子設(shè)備的等效電源，如晶體管和運(yùn)算放大器。

連接電壓源

理想電壓源可以與任何電路元件并聯(lián)或串聯(lián)連接在一起。串聯(lián)電壓加在一起，而并聯(lián)電壓具有相同的值。請(qǐng)注意，不等的理想電壓源不能并聯(lián)直接連接在一起。

并聯(lián)電壓源

雖然不是最好的在電路分析的實(shí)踐中，理想的電壓源可以并聯(lián)連接，只要它們具有相同的電壓值即可。在這個(gè)例子中，兩個(gè)10伏電壓源組合在端子A和B之間產(chǎn)生10伏電壓。理想情況下，在端子A和B之間只有一個(gè)10伏特的電壓源。

是不允許或不是最佳做法，將所有具有不同電壓值的理想電壓源連接在一起，或者通過(guò)外部閉環(huán)或支路短路。

連接不良的電壓源

然而，在處理電路分析時(shí)，可以使用不同值的電壓源，前提是其間有其他電路元件它們符合Kirchoff的電壓定律KVL。

與并聯(lián)電壓源不同，不同值的理想電壓源可以串聯(lián)在一起形成單個(gè)電壓源，其輸出將是代數(shù)加法或減法使用的電壓。它們的連接可以是：串聯(lián)輔助或串聯(lián)反電壓，如圖所示。

串聯(lián)電壓源

串聯(lián)輔助電壓源是串聯(lián)連接的源極，其極性連接在一起，使得一端的正端子連接到下一個(gè)的負(fù)端子，允許電流以相同的方向流動(dòng)。在上面的示例中，對(duì)于10 + 5 = 15V的V S ，可以添加第一電路的10V和5V的兩個(gè)電壓。因此，端子A和B兩端的電壓為15伏。

串聯(lián)反向電壓源是串聯(lián)連接的源極，其極性連接在一起，使正端子或負(fù)極端子連接在一起，如第二電路所示以上。最終結(jié)果是電壓相互減去。然后減去第二電路的10V和5V的兩個(gè)電壓，從較大電壓中減去較小的電壓。導(dǎo)致V S 10-5 = 5V。

端子A和B兩端的極性由電壓源的較大極性確定，在該示例中，端子A為正，端子B為負(fù)，從而產(chǎn)生+5伏。如果串聯(lián)相反的電壓相等，則A和B兩端的凈電壓將為零，因?yàn)橐粋€(gè)電壓平衡另一個(gè)電壓。此外，任何電流（I）也將為零，因?yàn)闆](méi)有任何電壓源，電流不能流動(dòng)。

電壓源示例No1

兩個(gè)系列輔助6伏的理想電壓源和9伏電壓分別連接在一起，提供100歐姆的負(fù)載電阻。計(jì)算：源電壓，V S ，通過(guò)電阻的負(fù)載電流，I R 和電阻消耗的總功率P.繪制電路。

因此，V S = 15V，I R = 150mA或0.15A，P R = 2.25W。

實(shí)際電壓源

我們已經(jīng)看到理想的電壓源可以提供一個(gè)電壓源與流過(guò)它的電流無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，它始終保持相同的電壓值。這個(gè)想法可能適用于電路分析技術(shù)，但在現(xiàn)實(shí)世界中，電壓源的表現(xiàn)與實(shí)際電壓源略有不同，其端電壓實(shí)際上會(huì)隨著負(fù)載電流的增加而降低。

理想電壓源的端電壓不隨負(fù)載電流的增加而變化，這意味著理想的電壓源具有零內(nèi)阻，R S = 0。換句話(huà)說(shuō)，它是無(wú)電阻器電壓源。實(shí)際上，所有電壓源都具有非常小的內(nèi)部電阻，當(dāng)它們提供更高的負(fù)載電流時(shí)會(huì)降低它們的端電壓。

對(duì)于非理想或?qū)嶋H的電壓源，如電池，它們的內(nèi)部電阻（R S ）產(chǎn)生與與理想電壓源串聯(lián)的電阻相同的效果，因?yàn)檫@兩個(gè)串聯(lián)元件承載的電流與所示相同。

理想和實(shí)用的電壓源

您可能已經(jīng)注意到，實(shí)際的電壓源非常類(lèi)似于戴維寧的等效電路，因?yàn)榇骶S寧定理指出“任何線(xiàn)性包含電阻和電動(dòng)勢(shì)和電流源的網(wǎng)絡(luò)可以由單個(gè)電壓源代替，V S 與單個(gè)電阻串聯(lián)，R S “。請(qǐng)注意，如果串聯(lián)電源電阻較低，則電壓源是理想的。當(dāng)源電阻為無(wú)窮大時(shí)，電壓源開(kāi)路。

在所有實(shí)際或?qū)嶋H電壓源的情況下，這個(gè)內(nèi)部電阻R S 無(wú)論多小隨著負(fù)載電流的增加，端子電壓下降，對(duì)源的IV特性產(chǎn)生影響。這是因?yàn)橄嗤呢?fù)載電流流過(guò)R S 。

歐姆定律告訴我們，當(dāng)電流（i）流過(guò)電阻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓降。同樣的阻力。該電壓降的值以i * R S 給出。然后V OUT 將等于理想電壓源V S 減去電阻兩端的i * R S 電壓降。請(qǐng)記住，在理想的源電壓情況下，R S 等于零，因?yàn)闆](méi)有內(nèi)部電阻，因此端子電壓與V S 相同。

然后由Kirchoff電壓定律KVL給出的環(huán)路周?chē)碾妷汉蜑椋篤 OUT = V S -i * R S 。可以繪制該等式以給出實(shí)際輸出電壓的I-V特性。如圖所示，當(dāng)電流i = 0時(shí)，它將給出具有斜率-R S 的直線(xiàn)，該斜率與垂直電壓軸在與V S 相同的點(diǎn)處相交。

實(shí)際電壓源特性

因此，所有理想電壓源都具有直線(xiàn)IV特性，但非理想或?qū)嶋H的實(shí)際電壓源不會(huì)，而是具有一個(gè)IV特性，其略微向下傾斜一個(gè)等于i * R S 的量，其中R S 是內(nèi)部源電阻（或阻抗）。由于源電阻R S 通常非常小，因此實(shí)際電池的IV特性提供了非常接近的理想電壓源。

斜率角度的減小當(dāng)電流增加時(shí)，IV特性被稱(chēng)為調(diào)節(jié)。電壓調(diào)節(jié)是衡量實(shí)際電壓源質(zhì)量的重要指標(biāo)，因?yàn)樗鼫y(cè)量空載之間的端電壓變化，即當(dāng)I L = 0時(shí)，（開(kāi)路）和滿(mǎn)載，即當(dāng) L 處于最大值時(shí)（短路）。

電壓源示例No2

電池電源由理想電壓組成源內(nèi)部電阻串聯(lián)。發(fā)現(xiàn)在電池的端子處測(cè)量的電壓和電流在10A處為V OUT1 = 130V，并且在25A處V OUT2 = 100V。計(jì)算理想電壓源的額定電壓及其內(nèi)阻值。繪制IV特性。

首先讓我們用簡(jiǎn)單的“聯(lián)立方程式”來(lái)定義，電池電壓的兩個(gè)電壓和電流輸出如下：V OUT1 和V OUT2 。

與電壓和電流一樣一個(gè)聯(lián)立方程形式，為了找到V S ，我們首先將V OUT1 乘以5，將（5）和V OUT2 乘以2，（2 ）如圖所示，使兩個(gè)電流的值，（i）兩個(gè)方程相同。

通過(guò)乘以先前的常數(shù)使得R S 的系數(shù)相同，我們現(xiàn)在將第二個(gè)等式V OUT2 乘以-1，（-1）到允許減去這兩個(gè)方程，以便我們可以求解V S ，如圖所示。

知道理想電壓源，V S 等于150伏，我們可以將此值用于公式V OUT1 （或V OUT2 如果愿意）并解決以找到串聯(lián)電阻，R S 。

然后，對(duì)于我們的簡(jiǎn)單示例，電池內(nèi)部電壓源計(jì)算如下：V S = 150伏，其內(nèi)部電阻為：R S =2Ω。電池的IV特性如下：

電池IV特性

相關(guān)電壓源

與在其端子上產(chǎn)生恒定電壓的理想電壓源不同，無(wú)論連接到它的是什么，受控或相關(guān)的電壓源都會(huì)根據(jù)連接到其上的電壓或電流來(lái)改變其端電壓。電路，因此有時(shí)難以指定相關(guān)電壓源的值，除非您知道它所依賴(lài)的電壓或電流的實(shí)際值。

相關(guān)電壓源的行為與電氣相似到目前為止我們已經(jīng)看過(guò)的實(shí)際和理想（獨(dú)立）的差異，這次的差異是依賴(lài)電壓源可以由輸入電流或電壓控制。取決于電壓輸入的電壓源通常被稱(chēng)為壓控電壓源或VCVS。依賴(lài)于電流輸入的電壓源也稱(chēng)為電流控制電壓源或CCVS。

理想的相關(guān)源通常用于分析輸入/輸出特性或電路元件的增益，例如運(yùn)算放大器，晶體管和集成電路。通常，理想的電壓相關(guān)源（電壓或電流控制）由菱形符號(hào)表示，如圖所示。

相關(guān)電壓源符號(hào)

理想的相關(guān)電壓控制電壓源VCVS保持輸出電壓等于某個(gè)乘法常數(shù)（基本上是放大系數(shù)）乘以電路中其他位置的控制電壓。由于乘法常數(shù)是常數(shù)，控制電壓V IN 將決定輸出電壓的大小V OUT 。換句話(huà)說(shuō)，輸出電壓“取決于”輸入電壓的值使其成為相關(guān)的電壓源，并且在許多方面，理想的變壓器可以被認(rèn)為是VCVS器件，其放大系數(shù)是其匝數(shù)比。

然后VCVS輸出電壓由以下公式確定：V OUT =μV IN 。請(qǐng)注意，乘法常數(shù)μ是無(wú)量綱的，因?yàn)樗兇馐且粋€(gè)比例因子，因?yàn)棣? V OUT / V IN ，因此它的單位將是理想的相關(guān)電流控制電壓源CCVS保持輸出電壓等于連接電路中其他地方產(chǎn)生的控制電流輸入的乘法常數(shù)（rho）。然后輸出電壓“取決于”輸入電流的值，再次使其成為相關(guān)電壓源。

作為控制電流，I IN 決定輸出的幅度電壓，V OUT 乘以放大常數(shù)ρ（rho），這使我們可以將電流控制電壓源建模為跨阻放大器作為乘法常數(shù)，ρ給出了以下等式：V <子> OUT =ρI<子> IN 。這個(gè)乘法常數(shù)ρ（rho）的單位為歐姆，因?yàn)棣? V OUT / I IN ，因此其單位為伏特/安培。

電壓源匯總

我們?cè)谶@里看到電壓源可以是理想的獨(dú)立電壓源，也可以是受控的相關(guān)電壓源。獨(dú)立電壓源提供的恒定電壓不依賴(lài)于電路中的任何其他數(shù)量。理想的獨(dú)立電源可以是電池，直流發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)的時(shí)變交流電壓。

獨(dú)立電壓源可以建模為理想電壓源，（R S = 0）其中輸出對(duì)于所有負(fù)載電流是恒定的，或者是非理想的或?qū)嶋H的，例如具有與電路串聯(lián)連接的電阻的電池，以表示電源的內(nèi)部電阻。理想的電壓源只有在具有相同的電壓值時(shí)才能并聯(lián)連接在一起。串聯(lián)輔助或串聯(lián)反向連接將影響輸出值。

同樣，為了解決電路分析和復(fù)雜定理，電壓源變?yōu)槎搪吩矗蛊潆妷旱扔诹悖詭椭鉀Q網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。另請(qǐng)注意，電壓源能夠提供或吸收功率。

由菱形符號(hào)表示的理想相關(guān)電壓源依賴(lài)于外部控制電壓或電流，并且與外部控制電壓或電流成比例。 VCVS的乘法常數(shù)μ沒(méi)有單位，而CCVS的乘法常數(shù)ρ具有歐姆單位。依賴(lài)電壓源對(duì)電子設(shè)備或有源器件（如運(yùn)算放大器和有增益的晶體管）的建模非常重要。

在下一個(gè)關(guān)于電源的教程中，我們將看一下電壓源的補(bǔ)充情況。 ，這是當(dāng)前的來(lái)源，并看到當(dāng)前的來(lái)源也可以被歸類(lèi)為依賴(lài)或獨(dú)立的電源。