电压源及恒压源的特性曲线和模型

在电路与电子学基础的课程中，将能够向外电路提供电压的器件称为电压源。如电池、发电机等均是电压源。在物理学课程中，电池表示成电动势E和内阻R_o相串联的电路模型，电池是一个典型的电压源，所以，电压源也可表示成电动势和内阻相串联的电路模型。为了便于利用KVL，在对电压源的特性进行标定时，通常不使用电动势E，而改用电压源所能输出的恒压值U_s，如图1-32a所示点画线框内的电路就是电压源电路，图中电压源旁的箭头为U_s的参考方向。

注意，U_s和E是不同性质的两个物理量，U_s用于描述电压源所能输出的恒值电压，该值的大小与E相等，设定的参考方向与E相反。

当电压源与负载电阻R_L相连时，根据KVL可得描述电压源外特性的公式为U=f（I）。描述理想化电压源外特性的公式为

图1-32 电压源模型电路(www.xing528.com)

U=U_s-IR_o （1-57）

由式（1-57）可见，电压源的外特性曲线是直线，如图1-32b所示，图1-32b又称为电压源的伏安特性曲线。图1-32b纵轴上的点为电压源输出电流等于0的情况，相当于电压源处于开路的状态下。当电压源开路时，电压源的输出电压U就等于U_s，所以，U_s通常称为电压源的开路电压。图1-32b横轴上的点为电压源输出电压等于0的情况，相当于电压源处于短路的状态下（实际上这是不允许的），这时电压源输出电流为I_s，所以，I_s称为电压源的短路电流。计算短路电流的表达式为

U=f（I）曲线的斜率为R_o，R_o越小，斜率越小，直线越平坦。当R_o=0时，电压源的外特性曲线是一条平行于I轴的直线，具有这种特性曲线的电压源输出电压保持恒定值U_s，这种电压源称为理想电压源，简称恒压源。将图1-32a点画线框内部电路的电阻R_o去掉，剩下的电路就是恒压源电路的模型。当恒压源的U_s值为0时，该恒压源相当于一个短路元件，在电路中起到导线的作用。