电源提供电路所需的能量。有些保持电压稳定，有些则保持电流稳定。当负载、温度或内阻发生变化时，实源会发生变化。这些效应决定了输出的稳定性。本文清晰详细地介绍了源行为、内部电阻、模型、测试和常见极限。
电源概述
电源是电路中提供一切运行所需能量的部分。它可以提供稳定电压或稳定电流。知道它给出的是哪种，有助于你理解当不同部件连接时整个电路的表现。
电压源保持电压保持不变，而电流源保持电流值不变。这些想法很简单，但它们塑造了每个电路的工作方式。真正的电源不可能一直保持完美。当负载变重或变轻时，它们的输出会变化，这会影响电路的稳定性。
尽管电压和电流源旨在保持其数值稳定，但每个源的制造方式都有其限制。当负载发生变化时，电源可能不再保持完全相同的电压或电流。
有了理想电压和电流源的基本概念，我们现在可以通过在模型中引入内阻来观察真实源的差异。
真实电压和电流源中的内阻
真实的电源表现不完全像最好的电源，因为它们包含内部电阻。这种隐阻影响负载连接后电源能提供的电压或电流。因此，实际源的输出会根据负载强度而变化。
电压源通常串联时电阻较小，当从中拉取更多电流时，电压会下降。电流源并联时电阻较大，当负载电阻变化时电流会发生变化。这些内部部件决定了输出在实际条件下的稳定性。
| 型号类型 | 最佳行为 | 实用形式 | 主要限制 |
|---|---|---|---|
| 电压源 | 电压保持恒定 | 来源：R系列 | 当负载拉取更多电流时，电压下降 |
| 当前来源 | 电流保持恒定 | 具有平行Rp | 当负载电阻变化时电流发生变化 |
电压和电流源中的负载行为
电压源
• 开路：存在电压;电流几乎为零
• 短路：电流变得非常高，取决于内阻
当前源头
• 开路：电压升高，因为电流没有路径
• 短路：电流保持在设定值附近;电压变得非常低
为了简化对源与载荷相互作用的分析，我们可以将任何真实源转换为等价形式，这就引出了下一节的 Thévenin–Norton 源等价。
戴文-诺顿源等价
Thévenin 和 Norton 模型提供了两种匹配方式来表示同一电源及其内部电阻。一种使用带有串联电阻的电压源，另一种使用具有并联电阻的电流源。两者在输出端子描述的行为相同，因此实际电路作不变。它们只是同一源的两种形式。
公式
• 电压形式中的电流形式：
IN=VTH/RTH
• 电流形式中的电压形式：
VTH=IN×RN
• 阻力关系：
RN=RTH
依赖源的电压-电流行为
电压控制电压源（VCVS）
VCVS就像一个输出电平依赖于另一种电压的电压源。它反映了反馈控制电路中真实电压源如何调整输出。
电流控制电压源（CCVS）
CCVS根据感应电流产生电压。这使其与电压输出受负载电流行为影响的电路相匹配，比如具有电流依赖调节的真实电压源。
电压控制电流源（VCCS）
VCCS表现为受外部电压控制的电流源。它反映了当控制电压设定恒定电流时，电流源的响应。
电流控制电流源（CCCS）
CCCS镜像稳定电流源，但输出基于电路中的另一电流进行缩放。该模型解释了多级电流驱动器如何保持电流水平的平衡。
交流与直流电压与电流源
| 特色 | 直流电压源 | 直流电流源 | 交流电压源 | 交流电流源 |
|---|---|---|---|---|
| 输出自然 | 固定电压 | 固定电流 | 电压随波形 | 电流随波形变化 |
| 限制 | 从 Rs | 当前从Rp | 受电抗影响 | 受阻抗幅度影响 |
| 负载交互 | 电压在高电流 | 电流在高电压 | 必须处理相位/阻抗 | 必须在相位 |
| 权力行为 | 随时间恒定 | 随时间恒定 | 每个周期变化 | 每个周期变化 |
考虑到直流和交流的行为，我们现在可以专注于大多数人最终关心的因素：一个电源能向负载输送多少功率，以及其效率如何。
电压与电流：功率输出与效率比较
| 观点 | 电压源 | 当前来源 |
|---|---|---|
| 最大功率条件 | （R~load~ = R~s~） | （R~load~ = R~p~ ） |
| 失落发生地 | 串联电阻产生的热量（R~s~） | 并联电阻产生的热量（Rp ~） |
| 典型负载关系 | 负载大于（R~s~），提高了效率 | 负载通常小于 （R~p~），保持电流 |
| 输出行为 | 电压一直保持在设定值附近，直到负载变得过重 | 电流保持在设定值附近，直到负载变得过轻 |
| 效率趋势 | 当负载远大于内部串联电阻时，电阻更高。当负载远小于内部并联电阻时，电阻 | |
| 动力流模式 | 功率取决于负载电流的大小 | 功率取决于负载所需的电压 |
以电压或电流源建模的实用器件
实部件可以通过将其行为与电压源或电流源模型匹配来评估。这有助于预测它们对不同负载的响应以及与理想源特性的匹配程度。
| 装置 | 最佳模特 | 为什么适合 | 限制 |
|---|---|---|---|
| 电池 | 电压源 （R~S~） | 电压保持稳定 | 内阻随时间增加 |
| 直流电源 | 稳压电压源 | 保持电压恒定 | 有限的电流输出 |
| 太阳能电池 | 电流源 | 电流依赖于阳光 | 重负载下的电压下降 |
| LED驱动 | 电流源 | 保持LED电流稳定 | 具有最大电压范围 |
一旦我们了解了真实元件如何映射到电压源和电流源模型，下一步就是测试这些器件，并将其行为与实验室中的理想模型进行比较。
电压与电流源的测试与比较
• 测量开路电压以查看电源的真实无负载输出。
• 仅使用设计用于安全处理高电流的工具检测短路电流。
• 通过比较两种不同负载值的读数来确定内部电阻。
• 让测量结果稳定，使光源和仪表稳定，然后再记录结果。
电压源和电流源的调节与保护
规章
电压源利用反馈来减少负载下的电压降。电流源调节输出，使电流即使在电压上升时也能保持稳定。
保护
电压源需要短路保护以限制过量电流。电流源需要开路保护以防止危险的高电压积累。
关于电压源与电流源的常见误解
• 由于内部电阻，不存在理想版本。
• 仅仅是更高的电压或更高的电流并不意味着性能更好。
• 开路电流源会产生危险的高电压。
• 戴文宁和诺顿模型不会改变实际行为。
澄清这些误解使我们能够做出实际的设计选择，因此下一节将重点介绍如何在特定应用中选择电压源和电流源。
选择电压源和电流源
• 选择合适的模型有助于预测负载连接后电源的行为，当内阻影响电压或电流输出时。
• 首先决定器件应主要作为电压源还是电流源，取决于稳定电压和稳定电流哪个更重要。
• 测量或估算内部电阻或阻抗，因为该值决定了电压降、电流变化和整体功率承受的极限。
• 考虑温度如何影响内阻，因为热量会改变输出水平并降低稳定性。
• 在电源在不同频率工作时包含交流行为，因为阻抗随频率变化，并可能改变输出。
• 增加短路、高电流或高电压保护，以保持电源在安全工作范围内。
• 必要时准备 Thévenin 和 Norton 表格，以简化分析、比较行为或匹配计算所需的表格。
结论
电压和电流源永远不会保持完美，因为内阻、负载变化、热量和老化都会影响它们的输出。了解它们在开路和短路下的表现、戴维南和诺顿型的匹配，以及交流和直流电源的不同，使得理解电源行为更容易理解。这些点有助于解释真实的动力极限和正确的动力流。
常见问题解答 [常见问题解答]
温度如何影响源的稳定性？
温度升高会改变内阻，导致电压或电流漂移并变得不稳定。
为什么有些信号源会产生电气噪声？
噪声来自内部部件不完全稳定，会稍微干扰声源的输出。
为什么源不能对负载变化做出即时响应？
每个电源都有内置的响应速度，因此电压或电流可能在稳定前短暂升降。
老化如何改变源的性能？
内部电阻随时间增加，降低输出稳定性，使源的准确性降低。
为什么测量工具有时会显示不同的读数？
每个仪表都有自己的内阻，影响源头所见的负载并改变读数。
当负载变化非常快时会发生什么？
快速的负载变化可能导致短暂的下沉、尖峰或振荡，因为源需要时间来调整。