什么是電(diàn)压源？

2021-04-08

理(lǐ)想的電(diàn)压源不管其负载電(diàn)阻如何都保持恒定的输出電(diàn)压。例如，假设图1a中的電(diàn)压源是理(lǐ)想的電(diàn)压源。如图所示，電(diàn)源的开路端子两端的電(diàn)压為(wèi)10V。该“开路端子”電(diàn)压称為(wèi)空载输出電(diàn)压（V NL）。当图1b所示的各种负载電(diàn)阻连接到電(diàn)源时，它保持相同的10 V输出。因此，对于理(lǐ)想的電(diàn)压源，无论负载電(diàn)阻的值如何，我们都有(yǒu)： 

V NL = V RL

其中，V RL表示负载電(diàn)阻两端的電(diàn)压。

图1.理(lǐ)想電(diàn)压源的输出電(diàn)压在（a）空载和（b）负载条件下不变。 

对于任何实际的電(diàn)压源，负载電(diàn)阻的减小(xiǎo)都会导致電(diàn)源输出電(diàn)压的减小(xiǎo)。这是因為(wèi)每个電(diàn)压源都有(yǒu)一定量的内部源電(diàn)阻，如图2a中的電(diàn)阻（R S）所示。如图2b所示，当负载连接到電(diàn)源时，它与電(diàn)源的内部電(diàn)阻形成一个分(fēn)压器。如示例1所示，这导致V RL低于空载输出電(diàn)压（V NL）。

图2.实用(yòng)的電(diàn)压源

示例1：计算V RL

图3中電(diàn)源的空载输出電(diàn)压為(wèi)12V。计算R L =100Ω和R L =20Ω时的V RL值 

图3.電(diàn)压源（E）与所述负载電(diàn)阻（R大号）

解决方案

负载電(diàn)阻与電(diàn)源的内部電(diàn)阻（R S）构成分(fēn)压器。当R L = 100Ω时，VR L 為(wèi)：

当R L  = 20Ω时，VR L 為(wèi)：

如您所见，负载電(diàn)阻的降低导致V RL的急剧降低。

大多(duō)数直流電(diàn)压源的内部電(diàn)阻為(wèi)50Ω或更小(xiǎo)。因此，对于kΩ范围或更高的负载，它不会带来主要问题。但是，当存在低電(diàn)阻负载时，这可(kě)能(néng)会导致输出電(diàn)压显着下降。这就是為(wèi)什么低内阻被认為(wèi)是DC電(diàn)压源所需要的原因。

并联和串联操作

電(diàn)压源可(kě)以毫不费力地串联操作。图4a显示了两个串联的電(diàn)压源，图4b显示了等效電(diàn)路。等效電(diàn)路的空载電(diàn)压是各个電(diàn)源的空载電(diàn)压之和，等效電(diàn)路的電(diàn)阻是各个電(diàn)源的電(diàn)阻之和。 

图4.（a）電(diàn)压源可(kě)以毫不费力地串联工作，（b）等效输出電(diàn)压是各个電(diàn)源的空载電(diàn)压的空载電(diàn)压之和，而等效電(diàn)源電(diàn)阻是各个源電(diàn)阻的总和。

仅当電(diàn)源電(diàn)压相等时，電(diàn)压源才能(néng)并联运行。如图5a和5b所示，等效電(diàn)路的電(diàn)阻是各个源電(diàn)阻的并联组合，等效電(diàn)路的空载電(diàn)压当然等于原始并联電(diàn)阻的空载電(diàn)压。连接的電(diàn)压源。图5c显示，当并联连接具有(yǒu)不相等電(diàn)压的電(diàn)源时，低压電(diàn)源将趋向于将高压電(diàn)源放電(diàn)。 

图5.（a）具有(yǒu)相等電(diàn)压的電(diàn)压源可(kě)以并联运行，（b）并联電(diàn)压源的等效電(diàn)路，（c）電(diàn)压不相等的電(diàn)压源不应并联连接。

独立電(diàn)压源

不依赖于電(diàn)路中任何其他(tā)量（例如電(diàn)压或電(diàn)流）的電(diàn)源称為(wèi)独立電(diàn)源。下图显示了代表独立電(diàn)压源的一些常用(yòng)符号：

图6.（a）直流電(diàn)压源；（b）電(diàn)池符号；（c）交流電(diàn)压源符号

如果将理(lǐ)想的独立電(diàn)压源连接到電(diàn)阻電(diàn)路或包含電(diàn)阻，電(diàn)感器和電(diàn)容器的任意组合的電(diàn)路，则该源的输出電(diàn)压不会改变。即使将这些组件的值加倍，独立電(diàn)压源的值仍将保持恒定。 

图7.当连接到不同電(diàn)路元件的任意组合时，独立的理(lǐ)想電(diàn)压源将显示恒定的输出電(diàn)压 

相关電(diàn)压源

顾名思义，从属（或受控）電(diàn)压源是其输出電(diàn)压取决于電(diàn)路中其他(tā)電(diàn)压或電(diàn)流的電(diàn)压源。以下符号用(yòng)于表示从属電(diàn)压源： 

图8.相关電(diàn)压源符号

现在，让我们通过一个示例来了解相关的電(diàn)压源。

图9.相关電(diàn)压源示例

在上面的電(diàn)路中，我们有(yǒu)一个相关的電(diàn)压源。该源的值由表达式2Ix给出；其中Ix是流过2欧姆電(diàn)阻器的電(diàn)流。因此，当流过该2欧姆電(diàn)阻器的電(diàn)流改变时，電(diàn)压源的值也会改变。因此，我们可(kě)以得出结论，電(diàn)流Ix控制着该電(diàn)压源的電(diàn)压。 

有(yǒu)两种类型的从属電(diàn)压源。第一个是電(diàn)流控制電(diàn)压源（CCVS），第二个是電(diàn)压控制電(diàn)压源（VCVS）。  

電(diàn)流控制電(diàn)压源（CCVS）

下图表示電(diàn)流控制的電(diàn)压源： 

图10.電(diàn)流控制電(diàn)压源表示

在这里，您可(kě)以看到電(diàn)流Iin正在控制相关電(diàn)压源的输出電(diàn)压。输出電(diàn)压可(kě)以写成：

其中，Iin是控制从属電(diàn)压源值的電(diàn)流，r是具有(yǒu)電(diàn)阻单位的系数。有(yǒu)时，此r也称為(wèi)跨阻。 

示例2：CCVS

配置為(wèi)跨导模式的运算放大器（下面的图11）充当CCVS。运算放大器的输出電(diàn)压取决于输入電(diàn)流。随着输入電(diàn)流Ii的变化，输出電(diàn)压按以下表达式变化：  

Vo = Li R L 

图11.跨导模式的运算放大器；CCVS的一个例子。 

压控電(diàn)压源（VCVS）

下图表示压控電(diàn)压源： 

图12.電(diàn)压控制電(diàn)压源表示。 

在此，電(diàn)压量Vin控制从属電(diàn)压源的值。输出電(diàn)压Vout可(kě)以写成：

其中Vin是控制该電(diàn)压源電(diàn)压的输入電(diàn)压，μ是无单位系数。系数μ也称為(wèi)電(diàn)压传递比。 

示例3：VCVS

当我们以反相或同相配置配置运算放大器时，它起着VCVS的作用(yòng)。一旦我们调整了增益，输出電(diàn)压Vo就取决于输入電(diàn)压Vi。当我们改变Vi时，输出電(diàn)压通过以下表达式相应地改变： 

图13.反相配置的运算放大器；VCVS的示例。