理想和实际电流源介绍

A电流源是一种有源电路元件，无论其端子间产生的电压如何，都能够为电路提供恒定电流。

顾名思义，电流源是一种电路元件，无论其端子上产生的电压如何，都能保持恒定的电流，因为该电压由其他电路元件决定。也就是说，理想的恒定电流源连续地提供指定量的电流而不管其驱动的阻抗如何，因此理论上理想的电流源可以提供无限量的能量。因此，正如电压源可以额定，例如，5伏或10伏等，电流源也将具有额定电流，例如3安培或15安培等。

理想的恒定电流源以与电压源类似的方式表示，但是这次电流源符号是具有箭头的圆圈的符号，以指示电流的流动方向。电流的方向将对应于从正端子流出的相应电压的极性。字母“i”用于表示它是如图所示的电流源。

理想电流源

然后理想的电流源称为“恒流源”，因为它提供恒定的稳态电流，与连接到它的负载无关，产生由直线表示的IV特性。与电压源一样，电流源可以是电路中其他地方的电压或电流独立（理想）或相关（受控），电压或电流本身可以是恒定的或随时间变化的。

理想的独立电流源通常用于求解电路定理和用于包含实际有源元件的电路的电路分析技术。最简单形式的电流源是与电压源串联的电阻器，产生的电流范围从几毫安到几百安培。请记住，零值电流源是开路，R = 0.

电流源的概念是双端元件的概念，它允许电流流动由箭头。然后，电流源具有以安培为单位的值i，（A）通常缩写为安培。网络周围的电流源和电压变量之间的物理关系由欧姆定律给出，因为这些电压和电流变量将具有指定值。

可能难以指定电压的大小和极性。作为电流函数的理想电流源，尤其是在连接电路中存在其他电压或电流源时。然后我们可以知道电流源提供的电流，但不知道电流源提供的电流，除非给出电流源提供的功率，如P = V * I。

但是，如果电流源是电路中唯一的源，那么源上的电压极性将更容易建立。但是，如果有多个源，则端子电压将取决于连接源的网络。

将电流源连接在一起

就像电压源一样，理想情况电流源也可以连接在一起以增加（或减少）可用电流。但是有关于如何连接两个或多个具有不同值的独立电流源的规则，无论是串联还是并联。

并联电流源

并联两个或多个电流源相当于一个电流源，其总电流输出作为各个源电流的代数相加给出。在这个例子中，两个5安培的电流源被组合产生10安培，因为I T = I 1 + I 2 。

不同值的电流源可以并联连接在一起。例如，5安培中的一个和3安培中的一个将组合以给出8安培的单个电流源，因为表示电流源的箭头指向相同的方向。然后，当两个电流加在一起时，它们的连接被称为：并联辅助。

虽然不是电路分析的最佳实践，但并联反向连接使用以相反方向连接的电流源形成单电流源，其值是各个源的代数减法。

平行反对电流源

这里，由于两个电流源的连接方向相反（用箭头表示），两个电流相互减去，因为两个电流为符合基尔霍夫电流定律的循环电流提供闭环路径，KCL 。因此，例如，每个5安培的两个电流源将导致零输出，因为5A-5A = 0A。同样，如果两个电流具有不同的值5A和3A，那么输出将是减去的值，其中较小的电流从较大的电流中减去。导致I T 为5-3 = 2A。

我们已经看到理想的电流源可以并联连接在一起，形成并联辅助电流源或并联电流源。电路分析不允许或不是最佳实践，是将串联组合的理想电流源连接在一起。

串联电流源

不允许将当前源串联连接在一起，可以是相同的值，也可以是具有不同值的值。在这个例子中，每个5安培的两个电流源串联连接在一起，但结果电流值是多少。它是等于一个5安培的光源，还是等于增加两个光源，即10安培。然后串联电流源在电路分析中增加了一个未知因素，这是不好的。

此外，串联电源不允许用于电路分析技术的另一个原因是它们可能不提供相同的电流。同一个方向。对于理想电流源，不存在串联辅助或串联反向电流。

电流源示例No1

分别连接两个250毫安和150毫安的电流源在并联辅助配置中一起提供20欧姆的连接负载。计算负载两端的电压降和功耗。绘制电路。

然后，我 T = 0.4A或400mA，V R = 8V，P R = 3.2W

实际电流源

我们已经看到理想的恒流源可以提供相同的量无论其端子上的电压如何，它都无限期地流动，从而使其成为独立的电源。因此，这意味着电流源具有无限内阻（R =∞）。这个想法适用于电路分析技术，但在现实世界中，电流源的行为略有不同，因为实际的电流源始终具有内部电阻，无论多大（通常在兆欧范围内），都会导致产生的电源发生变化有些负载。

实际或非理想的电流源可以表示为一个理想的电源，内部电阻连接在它上面。内部电阻（R P ）产生与电流源并联（分流）电阻相同的效果，如图所示。请记住，并联的电路元件具有完全相同的电压降。

理想和实际电流源

您可能已经注意到，实际的电流源非常类似于Norton的等效电路，因为Norton的定理指出“任何线性直流网络都可以被一个由恒流源组成的等效电路取代，I S 与电阻并联，R P “。注意，如果该并联电阻非常低，R P = 0，则电流源短路。当并联电阻非常高或无穷大时，R P ≈∞，电流源可以建模为理想状态。

理想电流源在IV特性上绘制一条水平线如上所述。然而，由于实际电流源具有内部源电阻，这需要一些电流，因此该实际电源的特性不是平坦的和水平的，而是随着电流现在分成两部分而减小，其中一部分电流流入并联电阻，R P 和电流的另一部分直接流向输出端。

欧姆定律告诉我们，当电流，（i）流过电阻，（R）在相同的电阻上产生电压降。该电压降的值将以i * R P 给出。然后V OUT 将等于没有连接负载的电阻器两端的电压降。我们记得，对于理想的源电流，R P 是无穷大的，因为没有内部电阻，因此端子电压将为零，因为没有电压降。

总和根据基尔霍夫现行定律给出的环路电流，KCL为：I OUT = I S -V S / R P 。可以绘制该等式以给出输出电流的I-V特性。它是一条斜率-R P 的直线，它与垂直电压轴在与I S 相同的点处相交，当源是理想的时如图所示。

实际电流源特性

因此，所有理想电流源都具有直线IV特性，但非理想或实际实际电流源的IV特性会略微向下倾斜等于V OUT / R P 其中R P 是内部源电阻。

电流源示例No2

实际电流源由3A理想电流源组成，其内阻为500欧姆。在空载情况下，计算电流源的开路端电压和内部电阻吸收的空载功率。

1。空载值：

然后是内部源电阻和端子A和B两端的开路电压（ V AB ）计算为1500伏。

第2部分：如果250欧姆负载电阻连接到同一实际电流源的端子，计算通过每个电阻的电流，每个电阻吸收的功率和负载电阻两端的电压降。画出电路。

2。连接负载时给出的数据：I S = 3A，R P =500Ω，R L =250Ω

2a上。为了找到每个电阻分支中的电流，我们可以使用分流规则。

2b。每个电阻吸收的功率如下：

2c。然后，负载电阻R L 上的压降如下：

>>

我们可以看到，开路实际电流源的端电压可能非常高，它将产生所需的电压，在本例中为1500伏，以提供指定电流。理论上，当源试图提供额定电流时，该端电压可以是无穷大。

将负载连接到其端子将降低电压，在此示例中为500伏，因为现在电流已经到了某个地方，对于恒定电流源，端子电压与负载电阻成正比。

对于每个都具有内部电阻的非理想电流源，总内部电阻（或阻抗）将是并联组合在一起的结果，与并联电阻完全相同。

相关电流源

我们现在知道理想的电流源提供的指定电流量完全独立于其上的电压，因此将产生维持所需电流所需的任何电压。然后，它使其完全独立于与其连接的电路，从而将其称为理想的独立电流源。

另一方面，受控或依赖电流源根据连接到电路的某些其他元件的电压或电流，改变其可用电流。换句话说，相关电流源的输出由另一个电压或电流控制。

相关电流源的行为类似于我们目前所看到的电流源，理想（独立）和实用。这次的不同之处在于依赖电流源可以由输入电压或电流控制。依赖于电压输入的电流源通常被称为压控电流源或VCCS。依赖于电流输入的电流源通常也称为电流控制电流源或CCCS。

通常，理想的电流相关源，电压或电流控制由菱形符号表示，其中箭头表示电流的方向，如图所示。

依赖电流源符号

理想的相关电压控制电流源VCCS保持与控制输入成比例的输出电流I OUT 电压，V IN 。换句话说，输出电流“取决于”输入电压值，使其成为相关电流源。

然后VCCS输出电流由下式定义：I OUT =αV<子> IN 。此乘法常数α（alpha）具有SI单位mhos，℧（反转欧姆符号），因为α= I OUT / V IN 因此，其单位为安培/伏。

理想的相关电流控制电流源CCCS保持与控制输入电流成比例的输出电流。然后输出电流“取决于”输入电流的值，再次使其成为相关的电流源。

作为控制电流，I IN 确定输出的幅度电流，I OUT 乘以放大常数β（β），CCCS元件的输出电流由下式确定：I OUT =βI IN 。请注意，乘法常数β是无量纲比例因子，如β= I OUT / I IN ，因此其单位为安培/安培。

电流源摘要

我们在本教程中已经看到电流源，理想电流源（R =∞）是一个有源元件由于连接到它的负载产生由直线表示的IV特性，提供恒定电流完全独立于其上的电压。

理想的独立电流源可以并联连接在一起用于电路分析技术的并联辅助或并联 - 反向配置，但它们不能串联连接在一起。同样，为了解决电路分析和定理，电流源变为开路源，使其电流等于零。另请注意，电流源能够提供或吸收功率。

对于非理想或实际的电流源，它们可以建模为等效的理想电流源和内部并联（分流器）连接电阻不是无穷大而是一个非常高的值，因为R≈∞产生的IV特性不是直的，而是随着负载的减小而下降。

我们在这里也看到电流源可以依赖或独立。从属源是其值取决于某些其他电路变量的源。压控电流源VCCS和电流控制电流源CCCS是相关电流源的类型。

具有极高内阻的恒流源在电子电路和分析中有很多应用，可以使用双极晶体管，二极管，齐纳二极管和FET以及这些固态器件的组合来构建。