什么是电压源 详解电压源

介绍这些电能中的每一种：光、压力、摩擦、化学物质、热和磁。

电池可以用与电池内阻串联的理想电压源来表示。因为假设理想电压源的电压不变，所以它被称为恒压源。

无论负载电阻如何，理想的电压源都能保持恒定的输出电压。例如，假设图 1a 中的电压源是理想电压源。如图所示，源极开路端子两端的电压为10V。该“开端”电压被称为空载输出电压（V NL）。当图 1b 中所示的各种负载电阻连接到电源时，它保持相同的 10 V 输出。因此，对于理想电压源，无论负载电阻值如何，我们都有： 

V NL = V RL

其中 V RL表示负载电阻两端的电压。

图 1. 理想电压源的输出电压在 (a) 空载和 (b) 负载条件下不会改变。

对于任何实际的电压源，负载电阻的降低都会导致源输出电压的降低。这是因为每个电压源都有一定量的内部源电阻，如图 2a 中的电阻器 (R S ) 所示。当负载连接到电源时，如图 2b 所示，它与电源的内阻形成一个分压器。这会导致 V RL低于空载输出电压 (V NL)，如示例 1 所示。

图 2. 一个实用的电压源

示例 1：计算 V RL

图 3 中源的空载输出电压为 12V。计算R L = 100Ω 和 R L =20Ω的 V RL值

图 3. 电压源 (E) 与负载电阻 (R 

L 

)

 

解决方案

负载电阻与电源的内阻 (R S )形成分压器。当 R L =100 Ω 时，VR L 为：

当 R L  = 20 Ω 时，VR L 为：

如您所见，负载电阻的降低导致 V RL急剧下降。

大多数直流电压源的内阻为 50Ω 或更小。因此，它不会对 kΩ 范围或更高的负载造成重大问题。但是，当存在低电阻负载时，它会导致输出电压显着下降。这就是为什么认为直流电压源需要低内阻的原因。

并联和串联操作

电压源可以毫无困难地串联操作。图 4a 显示了两个串联连接的电压源，图 4b 显示了等效电路。等效电路的空载电压是各个电源的空载电压之和，等效电路的电阻是各个电源的电阻之和。

图 4. (a) 电压源可以毫无困难地串联工作，(b) 等效输出电压是各个电源的空载电压的空载电压之和，等效源电阻是单个源电阻的总和。

只有当电源电压相等时，电压源才能并联运行。如图 5a 和 5b 所示，等效电路电阻的阻值是各个源电阻的并联组合，等效电路的空载电压当然等于原并联的空载电压——连接的电压源。图 5c 显示，当具有不等电压的电源并联时，电压较低的电源往往会使电压较高的电源放电。

图 5. (a) 电压相等的电压源可以并联工作，(b) 电压源并联的等效电路，(c) 电压不相等的电压源不能并联。

独立电压源

不依赖于电路中任何其他量（如电压或电流）的源称为独立源。下图显示了一些代表独立电压源的常用符号：

图 6. (a) 直流电压源；(b) 电池符号；(c) 交流电压源符号

如果将理想的独立电压源连接到电阻电路或包含电阻器、电感器和电容器的任意组合的电路，则源的输出电压不会改变。即使将这些组件的值加倍，独立电压源的值仍将保持不变。

图 7. 独立的理想电压源在连接到不同电路元件的任意组合时表现出恒定的输出电压

相关电压源

顾名思义，从属（或受控）电压源是其输出电压取决于电路中其他电压或电流的电压源。以下符号用于表示从属电压源：

图 8. 相关电压源符号

现在，让我们通过一个例子来了解相关电压源。

图 9. 相关电压源示例

在上面的电路中，我们有一个从属电压源。该源的值由表达式 2Ix 给出；其中 Ix 是流经 2 欧姆电阻的电流。因此，当流过这个 2 欧姆电阻的电流发生变化时，电压源的值也会发生变化。因此，我们可以得出结论，电流 Ix 正在控制该电压源的电压。 

有两种类型的从属电压源。第一个是电流控制电压源（CCVS），第二个是电压控制电压源（VCVS）。 

电流控制电压源 (CCVS)

下图表示电流控制电压源：

图 10. 电流控制电压源表示

在这里，您可以看到电流 Iin 正在控制相关电压源的输出电压。输出电压可写为：

其中 Iin 是控制相关电压源值的电流，r 是具有电阻单位的系数。有时，这个 r 也称为跨电阻。 

示例 2：CCVS

配置为跨导模式的运算放大器（下图 11）充当 CCVS。运算放大器的输出电压取决于输入电流。随着输入电流 Ii 的变化，输出电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。

压控电压源 (VCVS)

下图表示压控电压源：

图 12. 压控电压源表示。

此处，电压量 Vin 控制相关电压源的值。输出电压 Vout 可写为：

其中 Vin 是控制该电压源电压的输入电压，μ 是无单位系数。系数 μ 也称为电压传输比。

示例 3：VCVS

当我们在反相或非反相配置中配置运算放大器时，它充当 VCVS。一旦我们调整了增益，输出电压 Vo 取决于输入电压 Vi。当我们改变 Vi 时，输出电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；一个 VCVS 的例子。

底线

理想的电压源提供恒定的输出，而不管其负载电阻 R L的值如何。另一方面，实用的电压源具有随 R L变化的输出电压。这意味着负载电阻的变化会导致负载电压的变化。图 14 总结了理想和实际电压源的特性。

图 14. 理想电压源与实际电压源

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