電壓源是一種產(chǎn)生精確輸出電壓的器件，理論上，無論負載電流如何都不會改變。

我們已經(jīng)看到了Basic Electronics Tutorials網(wǎng)站在電氣或電子電路中有兩種類型的元素：無源元件和有源元件。有源元件是能夠連續(xù)地向電路供電的元件，例如電池，發(fā)電機，運算放大器等。另一方面，無源元件是諸如電阻器，電容器，電感器等的物理元件，它本身不能產(chǎn)生電能但只消耗電能。

對我們來說最重要的有源電路元件類型是那些為電路或連接到它們的網(wǎng)絡提供電能的元件。這些被稱為“電源”，兩種類型的電源是電壓源和電流源。電路中的電流源通常不如電壓源那么常見，但兩者都被使用并且可以視為彼此的補充。

電源或簡稱“源”是一種設備，以電壓源或電流源的形式向電路提供電力。兩種類型的電源可以被分類為直接（DC）或交流（AC）源，其中恒定電壓被稱為DC電壓，并且隨時間正弦變化的電壓被稱為AC電壓。因此，例如，電池是直流電源，家中的230V墻壁插座或電源插座是交流電源。

我們之前說過，電源提供能量，但是電源的一個有趣的特性，他們也能夠將非電能轉換成電能，反之亦然。例如，電池將化學能轉換為電能，而直流發(fā)電機或交流發(fā)電機等電機將機械能轉換為電能。

可再生技術可以轉換太陽能，風能，并揮動成電能或熱能。但是，除了將能量從一個源轉換為另一個源外，電源還可以傳遞或吸收能量，使其能夠在兩個方向上流動。

電源的另一個重要特性和定義其操作的特性是它的IV特征。電源的IV特性可以為我們提供非常好的圖像描述，如圖所示作為電壓源和電流源。

電源

電源，無論是電壓源還是電流源都可歸類為獨立（理想）或依賴，（受控制），其值取決于電路中其他地方的電壓或電流，其本身可以是恒定的或隨時間變化的。

當處理電路定律時在分析中，電源通常被認為是“理想的”，即源是理想的，因為它理論上可以無損失地提供無限量的能量，從而具有由直線表示的特性。但是，在實際或實際的電源中，總是有一個電阻并聯(lián)連接電流源，或者與電源相關的電壓源串聯(lián)影響其輸出。

電壓源

電壓源，例如電池或發(fā)電機，在電路內的兩個點之間提供電勢差（電壓），允許電流在其周圍流動。請記住，電壓可以無電流存在。電池是電路中最常見的電壓源，電源的正極和負極兩端出現(xiàn)的電壓稱為端電壓。

理想電壓源

理想的電壓源定義為兩端有源元件，能夠提供和維持相同的電壓，（v）在其端子上，無論電流如何，（i）流過它。換句話說，理想的電壓源將始終提供恒定電壓，而不管所提供的電流值是否產(chǎn)生由直線表示的IV特性。

然后理想的電壓源被稱為獨立電壓源，因為其電壓不依賴于流過源或其方向的電流值，而是僅由源的值單獨確定。因此，例如，汽車電池的12V端電壓只要通過它的電流不會變高，就會保持恒定，在一個方向上向汽車供電，在充電時向另一個方向吸收功率。

另一方面，相關電壓源或受控電壓源提供的電壓源的大小取決于流經(jīng)某些其他電路元件的電壓或電流。依賴電壓源用菱形表示，用作許多電子設備的等效電源，如晶體管和運算放大器。

連接電壓源

理想電壓源可以與任何電路元件并聯(lián)或串聯(lián)連接在一起。串聯(lián)電壓加在一起，而并聯(lián)電壓具有相同的值。請注意，不等的理想電壓源不能并聯(lián)直接連接在一起。

并聯(lián)電壓源

雖然不是最好的在電路分析的實踐中，理想的電壓源可以并聯(lián)連接，只要它們具有相同的電壓值即可。在這個例子中，兩個10伏電壓源組合在端子A和B之間產(chǎn)生10伏電壓。理想情況下，在端子A和B之間只有一個10伏特的電壓源。

是不允許或不是最佳做法，將所有具有不同電壓值的理想電壓源連接在一起，或者通過外部閉環(huán)或支路短路。

連接不良的電壓源

然而，在處理電路分析時，可以使用不同值的電壓源，前提是其間有其他電路元件它們符合Kirchoff的電壓定律KVL。

與并聯(lián)電壓源不同，不同值的理想電壓源可以串聯(lián)在一起形成單個電壓源，其輸出將是代數(shù)加法或減法使用的電壓。它們的連接可以是：串聯(lián)輔助或串聯(lián)反電壓，如圖所示。

串聯(lián)電壓源

串聯(lián)輔助電壓源是串聯(lián)連接的源極，其極性連接在一起，使得一端的正端子連接到下一個的負端子，允許電流以相同的方向流動。在上面的示例中，對于10 + 5 = 15V的V S ，可以添加第一電路的10V和5V的兩個電壓。因此，端子A和B兩端的電壓為15伏。

串聯(lián)反向電壓源是串聯(lián)連接的源極，其極性連接在一起，使正端子或負極端子連接在一起，如第二電路所示以上。最終結果是電壓相互減去。然后減去第二電路的10V和5V的兩個電壓，從較大電壓中減去較小的電壓。導致V S 10-5 = 5V。

端子A和B兩端的極性由電壓源的較大極性確定，在該示例中，端子A為正，端子B為負，從而產(chǎn)生+5伏。如果串聯(lián)相反的電壓相等，則A和B兩端的凈電壓將為零，因為一個電壓平衡另一個電壓。此外，任何電流（I）也將為零，因為沒有任何電壓源，電流不能流動。

電壓源示例No1

兩個系列輔助6伏的理想電壓源和9伏電壓分別連接在一起，提供100歐姆的負載電阻。計算：源電壓，V S ，通過電阻的負載電流，I R 和電阻消耗的總功率P.繪制電路。

因此，V S = 15V，I R = 150mA或0.15A，P R = 2.25W。

實際電壓源

我們已經(jīng)看到理想的電壓源可以提供一個電壓源與流過它的電流無關，也就是說，它始終保持相同的電壓值。這個想法可能適用于電路分析技術，但在現(xiàn)實世界中，電壓源的表現(xiàn)與實際電壓源略有不同，其端電壓實際上會隨著負載電流的增加而降低。

理想電壓源的端電壓不隨負載電流的增加而變化，這意味著理想的電壓源具有零內阻，R S = 0。換句話說，它是無電阻器電壓源。實際上，所有電壓源都具有非常小的內部電阻，當它們提供更高的負載電流時會降低它們的端電壓。

對于非理想或實際的電壓源，如電池，它們的內部電阻（R S ）產(chǎn)生與與理想電壓源串聯(lián)的電阻相同的效果，因為這兩個串聯(lián)元件承載的電流與所示相同。

理想和實用的電壓源

您可能已經(jīng)注意到，實際的電壓源非常類似于戴維寧的等效電路，因為戴維寧定理指出“任何線性包含電阻和電動勢和電流源的網(wǎng)絡可以由單個電壓源代替，V S 與單個電阻串聯(lián)，R S “。請注意，如果串聯(lián)電源電阻較低，則電壓源是理想的。當源電阻為無窮大時，電壓源開路。

在所有實際或實際電壓源的情況下，這個內部電阻R S 無論多小隨著負載電流的增加，端子電壓下降，對源的IV特性產(chǎn)生影響。這是因為相同的負載電流流過R S 。

歐姆定律告訴我們，當電流（i）流過電阻時，會產(chǎn)生電壓降。同樣的阻力。該電壓降的值以i * R S 給出。然后V OUT 將等于理想電壓源V S 減去電阻兩端的i * R S 電壓降。請記住，在理想的源電壓情況下，R S 等于零，因為沒有內部電阻，因此端子電壓與V S 相同。

然后由Kirchoff電壓定律KVL給出的環(huán)路周圍的電壓和為：V OUT = V S -i * R S 。可以繪制該等式以給出實際輸出電壓的I-V特性。如圖所示，當電流i = 0時，它將給出具有斜率-R S 的直線，該斜率與垂直電壓軸在與V S 相同的點處相交。

實際電壓源特性

因此，所有理想電壓源都具有直線IV特性，但非理想或實際的實際電壓源不會，而是具有一個IV特性，其略微向下傾斜一個等于i * R S 的量，其中R S 是內部源電阻（或阻抗）。由于源電阻R S 通常非常小，因此實際電池的IV特性提供了非常接近的理想電壓源。

斜率角度的減小當電流增加時，IV特性被稱為調節(jié)。電壓調節(jié)是衡量實際電壓源質量的重要指標，因為它測量空載之間的端電壓變化，即當I L = 0時，（開路）和滿載，即當 L 處于最大值時（短路）。

電壓源示例No2

電池電源由理想電壓組成源內部電阻串聯(lián)。發(fā)現(xiàn)在電池的端子處測量的電壓和電流在10A處為V OUT1 = 130V，并且在25A處V OUT2 = 100V。計算理想電壓源的額定電壓及其內阻值。繪制IV特性。

首先讓我們用簡單的“聯(lián)立方程式”來定義，電池電壓的兩個電壓和電流輸出如下：V OUT1 和V OUT2 。

與電壓和電流一樣一個聯(lián)立方程形式，為了找到V S ，我們首先將V OUT1 乘以5，將（5）和V OUT2 乘以2，（2 ）如圖所示，使兩個電流的值，（i）兩個方程相同。

通過乘以先前的常數(shù)使得R S 的系數(shù)相同，我們現(xiàn)在將第二個等式V OUT2 乘以-1，（-1）到允許減去這兩個方程，以便我們可以求解V S ，如圖所示。

知道理想電壓源，V S 等于150伏，我們可以將此值用于公式V OUT1 （或V OUT2 如果愿意）并解決以找到串聯(lián)電阻，R S 。

然后，對于我們的簡單示例，電池內部電壓源計算如下：V S = 150伏，其內部電阻為：R S =2Ω。電池的IV特性如下：

電池IV特性

相關電壓源

與在其端子上產(chǎn)生恒定電壓的理想電壓源不同，無論連接到它的是什么，受控或相關的電壓源都會根據(jù)連接到其上的電壓或電流來改變其端電壓。電路，因此有時難以指定相關電壓源的值，除非您知道它所依賴的電壓或電流的實際值。

相關電壓源的行為與電氣相似到目前為止我們已經(jīng)看過的實際和理想（獨立）的差異，這次的差異是依賴電壓源可以由輸入電流或電壓控制。取決于電壓輸入的電壓源通常被稱為壓控電壓源或VCVS。依賴于電流輸入的電壓源也稱為電流控制電壓源或CCVS。

理想的相關源通常用于分析輸入/輸出特性或電路元件的增益，例如運算放大器，晶體管和集成電路。通常，理想的電壓相關源（電壓或電流控制）由菱形符號表示，如圖所示。

相關電壓源符號

理想的相關電壓控制電壓源VCVS保持輸出電壓等于某個乘法常數(shù)（基本上是放大系數(shù)）乘以電路中其他位置的控制電壓。由于乘法常數(shù)是常數(shù)，控制電壓V IN 將決定輸出電壓的大小V OUT 。換句話說，輸出電壓“取決于”輸入電壓的值使其成為相關的電壓源，并且在許多方面，理想的變壓器可以被認為是VCVS器件，其放大系數(shù)是其匝數(shù)比。

然后VCVS輸出電壓由以下公式確定：V OUT =μV IN 。請注意，乘法常數(shù)μ是無量綱的，因為它純粹是一個比例因子，因為μ= V OUT / V IN ，因此它的單位將是理想的相關電流控制電壓源CCVS保持輸出電壓等于連接電路中其他地方產(chǎn)生的控制電流輸入的乘法常數(shù)（rho）。然后輸出電壓“取決于”輸入電流的值，再次使其成為相關電壓源。

作為控制電流，I IN 決定輸出的幅度電壓，V OUT 乘以放大常數(shù)ρ（rho），這使我們可以將電流控制電壓源建模為跨阻放大器作為乘法常數(shù)，ρ給出了以下等式：V <子> OUT =ρI<子> IN 。這個乘法常數(shù)ρ（rho）的單位為歐姆，因為ρ= V OUT / I IN ，因此其單位為伏特/安培。

電壓源匯總

我們在這里看到電壓源可以是理想的獨立電壓源，也可以是受控的相關電壓源。獨立電壓源提供的恒定電壓不依賴于電路中的任何其他數(shù)量。理想的獨立電源可以是電池，直流發(fā)電機或交流發(fā)電機的時變交流電壓。

獨立電壓源可以建模為理想電壓源，（R S = 0）其中輸出對于所有負載電流是恒定的，或者是非理想的或實際的，例如具有與電路串聯(lián)連接的電阻的電池，以表示電源的內部電阻。理想的電壓源只有在具有相同的電壓值時才能并聯(lián)連接在一起。串聯(lián)輔助或串聯(lián)反向連接將影響輸出值。

同樣，為了解決電路分析和復雜定理，電壓源變?yōu)槎搪吩矗蛊潆妷旱扔诹悖詭椭鉀Q網(wǎng)絡問題。另請注意，電壓源能夠提供或吸收功率。

由菱形符號表示的理想相關電壓源依賴于外部控制電壓或電流，并且與外部控制電壓或電流成比例。 VCVS的乘法常數(shù)μ沒有單位，而CCVS的乘法常數(shù)ρ具有歐姆單位。依賴電壓源對電子設備或有源器件（如運算放大器和有增益的晶體管）的建模非常重要。

在下一個關于電源的教程中，我們將看一下電壓源的補充情況。 ，這是當前的來源，并看到當前的來源也可以被歸類為依賴或獨立的電源。