独立电源元件：功能强大的电力后盾

能向电路独立地提供电压、电流的装置称为独立电源。如发电机、干电池、蓄电池、稳压电源、稳流电源等。我们先介绍两个理想电源元件——恒压源、恒流源，然后说明如何建立实际电源的模型。

1.恒压源和恒流源

恒压源和恒流源都是理想的电源元件，它们的外特性V=ƒ（I）和图形符号分别如图3-1（a）、（b）和图3-2（a）、（b）所示。

恒压源能提供一个恒定值的电压VS。当外接负载电阻RL变化时，流过恒压源的电流将发生变化，但电压VS不变。因此恒压源有两个特点，其一是任何时刻输出电压都和流过的电流大小无关；其二是输出电流取决于外电路，由外部负载电阻决定恒流源能提供一个恒定值的电流IS。当外接负载电阻RL变化时，恒流源两端的电压将发生变化，但电流IS不变。因此恒流源有两个特点，其一是任何时刻输出电流都和它的端电压大小无关；其二是输出电压取决于外电路，由外部负载电阻决定。

图3-1　恒压源外特性与符号

（a）外特性 （b）恒压源

图3-2　恒流源外特性与符号

（a）外特性 （b）恒流源

2.实际电源的模型

在对电路进行分析时，使用的实际电源通常可以用两种不同的模型来表示，这两种模型分别称为电源的电压源模型（简称电压源）和电流源模型（简称电流源），它们用理想电源元件和理想电阻元件的组合来表征实际电源的特性。图3-3（a）、（b）和图3-4（a）、（b）分别所示了它们的外特性及电路模型。

电压源输出电压与电流之间的关系式为

式中V为电压源的输出电压；VS为恒压源的电压；I为电压源的输出电流；Ro为电压源的内阻。电压源的内阻愈小，输出电压就愈接近恒压源的电压VS，当内阻Ro=0时电压源就是恒压源。

图3-3　电压源外特性和模型

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图3-4　电流源外特性和模型

电流源输出电流与电压之间的关系式为

式中I为电流源的输出电流；IS为恒流源的电流；V为电流源的输出电压；Ro为电流源的内阻。电流源的内阻愈大，输出电流就愈接近恒流源的电流IS，当内阻Ro=∞时电流源就是恒流源。

3.电压源与电流源的等效变换

电压源、电流源都是一个实际电源的电路模型，无论采用哪一种模型，在相同外接负载电阻的情况下，其输出电压、电流均和实际电源输出的电压、电流相等（外特性相同）。即两种电源对负载（或外电路）而言，相互间是等效的，可以等效变换（图3-5）。其中

变换时应注意极性，IS的流出端要对应VS的“+”极。一般不限于内阻Ro，只要一个电压为VS的恒压源和一个电阻R串联的电路，都可以化为一个电流为IS的恒流源和这个电阻R并联的电路。

图3-5　电压源和电流源的等效变换

必须注意，两种电源的等效关系仅对外电路而言的，至于电源内部，一般是不等效的（两种电源内阻的电压降及功率损耗一般不相等）。恒压源和恒流源之间没有等效关系，因为二者内阻不相等。

采用两种电源等效变换的方法，可将较复杂电路简化为简单电路，给电路分析带来方便。

例3-1 试用电压源与电流源的等效变换的方法，计算下（a）中1Ω电阻上的电流I。

图3-5

解：将图（a）中2A 和2Ω的电流源化为图（b）中4V和2Ω的电压源后，可得