电源的模型

观察与思考

电路中，电源是向负载提供电能的装置。大多数的电源是以电压的形式向负载供电的，如干电池、蓄电池。但也有一些电源是以输出电流的形式向负载供电的，如稳流电源、光电源等。像这种一电压形式向负载供电的电源称为电压源，而以电流的形式向负载供电的电源称为电流源。电流源和电压源的模型又是怎样的呢？

一、电压源

能为电路提供一定电压的电源称做实际的电压源可以用一个恒定的电动势E和内阻r串联起来的模型表示，如下图3－7－1所示。它的输出电压（即电源的端电压）的大小为

图3－7－1　电压源

二、理想电压源

若电源内阻r＝0，输出电压U＝E，与输出电流I无关，电源始终输出恒定的电压E。把内阻r＝0的电压源叫做理想电压源或恒压源，其电路模型如图3－7－2所示。如果电源的内阻极小，可近似看成理想电压源，如稳压电源。实际上，理想电压源是不存在的，因为电源内部总是存在电阻。

图3－7－2　理想电压

三、电流源

能为电路提供一定电流的电源称做源。实际的电流源可以用一个恒定电流I和内阻r并联起来的模型表示，如图3－7－3（a）所示，它的输出电流I总是小于恒定电流Is。电流源的输出电流大小为

图3－7－3　电流源与理想电流源

四、电压源与电流源等效变换

电压源以输出电压形式向负载供电，电流源以输出电流形式向负载供电。在满足一定条件下，电压源与电流源可以等效变换。等效变换是指对外电路等效，即把它们与相同的负载连接，负载两端的电压、流过负载的电流、负载消耗的功率都相同，如图3－7－4所示。

电压源与电流源等效变换关系式为：

应用式可将电压源等效变换成电流源，内阻r阻值不变，要注意将其改为并联；应用式E＝rIs可将电流源等效变换成电压源，内阻r阻值不变，将其改为串联。

图3－7－4　电压源与电流源等

理想电压源与电流源之间不能进行等效变换。

注意

电压源与电流源等效变换后，电流源的方向必须与电压源的极性保持一致，即电流源中恒定电流的方向总是从电压源中恒定电动势的负极指向正极。

【例3－7－1】　如图3－7－5（a）所示为一个实际的电压源模型，已知E＝6V，r＝2Ω，试通过等效变换的方法将其转换成相应的电流源模型，并标出相应的参数Is和r。

图3－7－5

（a）电压源；（b）电流源

分析　等效变换的关键是求出电流源Is和r。

【解】　电流源的恒定电流

电流源的内阻

r＝2Ω

恒定电流的方向为电动势的负极指向正极，即图中A指向B。则画出其等效电流源为图（b）所示。

实际中，通常运用电压源与电流源等效变换的方法，把多电源复杂电路等效变换成简单电路，然后再进行求解。