电压源和电流源及电路基本器件R、C、L

    电源是任何电路中都不可缺少的重要组成部分，它是电路中电能的来源。实际电源有电池、发电机、信号源等。电压源和电流源是从实际电源抽象得到的电路模型。电路元件是电路中最基本的组成单元。电阻元件、电容元件、电感元件都是组成电路模型的理想元件。电阻、电容和电感这三个名词即代表了三种理想的电路元件，又是表征它们量值大小的参数。
一、电压源

    任何一个电源，都含有电动势E和内阻R₀。在分析与计算电路时，往往把它们分开，组成由E和R串联的电源的电路模型，即电压源。图1-8中a、b左边部分所示。图中U为电源的端电压，当接上负载电阻R形成回路后，电路中将有电流I流过，则电源的端电压为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                                                                     U =E－R₀(1-3)
    式中，E和R 值为常数，U和I的关系称为电源的外特性，如图1-9所示 。

              

图1-8 电压源电路                              图1-9 电压源和理想电压源的外特性曲线

    当I=0(即电压源开路)时，U=Uo=E(开路电压等于电源的电动势)。
    当U=0(即电压源短路)时，I=I_S= (I_S称为短路电流)。
    当R=0时，电压U恒等于电动势E，是一定值，而其中的电流I则是任意值，由负载电阻R 及电压U本身确定。这样的电压源称为理想电压源或恒压源。理想电压源如图1-10所示。

图1-10 理想电压源电路

    常见实际电源(如发电机、蓄电池等)的工作机理比较接近电压源，其电路模型是E和R 的串联组合。理想电压源实际上是不存在的。但在电流源内阻R 远小于负载电阻R ，内阻上的压降IR 将远小于U，则可认为U≈E，基本上恒定，这时可将此电压源看成是理想电压源。通常用的稳压电源可认为是一个理想电压源。

二、电流源

    电源除用电动势E和内阻R 串联的电路模型表示外，还可以用另一种电路并联模型来表示。
    如将式(1-3)两端除以R ，得
                              

    即                       

                      （1-4）

    这样，我们就可以用一个电流源I_S=和一个内阻R并联的电路模型去表示一个电源，此即电流源。如图1-11中a、b左边部分所示，图中U为电流源的端电压，若接上负载电阻R构成回路后，其中将有电流I流过。

    

 图1-11  电流源电路

    式(1-4)中IS和R均为常数，U和I的关系称为电流源的外特性，我们可以作出外特性图，如图1-12所示。当电流源开路时，I=0，U=U_O=I_SR；当其短路时，U=0，I=I_S。内阻R越大，则直线越陡，R支路对Is的影响就越小。
    当R=∞(相当于R支路断开)时，电流I将恒等于I_S，是一定值，而其两端的电压U则是任意值，由负载电阻RL及电流I_S本身确定。这样的电源称为理想电流源或恒流源。理想电流源如图1-13所示电工电子技术是面向高等工科院校非电专业学生的一门技术基础课。

    

　　　　　　　　　　　　　　　

  

　　　　图1-12 电流源和理想电流源的外特性曲线    　　　　 　　　　　　 　　　　图1-13 理想电流源电路

    通过本课程的学习使学生获得电工与电子技术的基本理论、基本知识和基本技能。 像光电池一类的器件，工作时的特性比较接近电流源，其电路模型是电流源与电阻的并联。
    理想电流源是不存在的，但是在电源内阻R 远大于负载电阻R ，即R>>R 时，R 支路的分流作用很小，则可认为I≈IS基本恒定，这时可将此电流源看成是理想电流源。

三、电压源与电流源的等效转换

    一个电源可用电压源和电流源两种电路模型来表示，且电压源与电流源的外部特性相同。因此，电源的这两种电路模型之间是相互等效的，可以进行等效转换。两者之间进行等效变化的方法如下。
    ① 将如图1-14所示左边的电压源等效变化为电流源时，电流源的电流 IS= (即电压源的短路电流)。IS流出的方向与E的正极相对应，与IS并联的内阻R 就等于与E串联的内阻R ，等效变换所得的电流源如图1-14(a)所示。
    ② 将图1-14右边所示的电流源等效变换为电压源时，电压源的电动势E=ISR (即电流源的开路电压)，E的正极与IS流出的方向相对应；与E串联的内阻R 就等于与IS并联的内阻R ，等效变换所得的电压源如图1-14(b)左边所示。

图1-14 电压源与电流源的等效变换

    但是，电压源和电流源的等效关系只是对外电路而言的，对电源内部是不等效的。例如图1-14中，当电流源开路时，电源内部有损耗，IS流过R 产生损耗，而当电流源短路时，电源内部无损耗，R 无电流流过。而将其等效变换为图1-14左边所示的电压源后，情况就不同了。当电压源开路时，R 无电流通过，电源内部无损耗，而当电压源短路时，R 中有电流IS= 流过，在电源内部产生损耗。
    理想电压源和理想电流源之间没有等效的关系。因为对理想电压源(R =0)来讲，其短路电流IS为无穷大，对理想电流源(R = ∞)讲，其开路电路Uo为无穷大，都不能得到有限的数值，故这两者之间不存在等效变换的条件。
    【例1-2】 求图1-15(a)所示电路的电流I。
    解：图1-15(a)的电路可简化为图1-15(d)所示的单回路电路，简化过程如图1-15 (b)、图1-15(c)、图1-15(d)所示，由简化后的电路可求得

图1-15 例1-2的图