1.5 电路的有源元件——电压源与电流源

电源是电路中能量的来源，它将其他形式的能转换为电能。实际使用的电源种类繁多，经过分析、归纳及科学抽象，可以得到两种电源模型，即电压源和电流源。

1.5.1 电压源

1.理想电压源（恒压源）

理想电压源是从实际电源中抽象出来的一种理想电路元件，以电压方式对外电路供电，它两端的电压是一定时间的函数或是一个定值US。干电池、蓄电池、直流发电机、交流发电机、电子稳压器等实际电压源，当输出电压基本不随外电路变化时可抽象为电压源元件。

（1）理想直流电压源的特点。理想直流电压源输出的电压恒定，与流经它的电流大小、方向无关，总保持为给定的值，即U=US。

电压源输出的电流由它和外电路的情况共同决定。当外电路断开时，电流的大小为零；当外电路短路时，电流为无穷大。理论上，电流的大小可以是零和无穷大之间的任意值，但无穷大的电流使电源输出功率为无穷大，这是不可能的（将造成外电路的烧毁）。因此，理想电压源的外电路绝不允许短路。

（2）理想直流电压源及其伏安特性曲线。理想直流电压源及其伏安特性曲线如图1-25所示，其端电压与电流的大小和方向无关。根据电压源所连接电路的不同，电流的实际方向既可以从它的负极流向正极，也可以从它的正极流向负极，前者起电源的作用，发出功率；后者起负载的作用，吸收功率（如给蓄电池充电）。

当电压源的电压值为零时，其伏安特性曲线与横轴重合，电压源不起作用（电源两端相当于一条短路线）。

图1-26给出了两个电压源串联电路的等效电压源。

2.实际电压源

（1）实际直流电压源的电路模型。恒压源是一种理想情况。实际电压源随着输出电流的加大，其端电压有所下降，这说明电源内部存在一定的内阻。当接上负载时，电源中就有电流通过，在电源内阻上必将产生电压降IR0，则电源两端的实际输出电压必将下降，电流越大，电源端电压下降越多。因此，干电池、蓄电池及直流发电机等实际直流电压源，可以用一个理想电压源E（恒压源）与内阻串联的电路模型表示，如图1-27（a）所示。

（2）实际直流电压源的伏安关系。如图1-27（a）所示的实际直流电压源模型的伏安关系为

U=E-IR0

（3）实际直流电压源的伏安特性。如图1-27（a）所示的实际直流电压源模型的伏安特性曲线如图1-27（b）所示。其端电压U是随电流I的增加呈下降变化趋势的直线。内阻越小，U越接近理想情况，当时，其就是恒压源。

1.5.2 电流源

1.理想电流源（恒流源）

理想电流源是从实际电路中抽象出来的一种理想电路元件，以电流方式对外电路供电，其输出电流是一定时间的函数Si或是一个定值SI。光电池、电子稳流器等实际电流源，当输出电流基本不随外电路变化时可抽象为电流源元件。

（1）理想直流电流源的特点。理想直流电流源输出的电流恒定，与其两端电压的大小、方向无关，总保持为给定的值，即I=IS。

电流源两端的电压由它和外电路的情况共同决定。当外电路短路时电阻R=0，电压的大小为零，即U=0；当外电路断路时电阻R=∞，电压U=∞。理论上电压的大小可以是零和无穷大之间的任意值，但无穷大的电压使电源输出功率为无穷大，这是不可能的（将造成外电路的烧毁）。因此，理想电流源的外电路绝不允许断路。

（2）理想直流电流源的伏安特性。理想直流电流源及其伏安特性曲线如图1-28所示，其输出电流与其两端电压的大小和方向无关。根据电流源所连接电路的不同，电流的实际方向既可以是电流流出端为正极，也可以是电流流入端为正极，前者起电源的作用，发出功率；后者起负载的作用，吸收功率。

当电流源的电流值为零时，其伏安特性曲线与横轴重合，电流源不起作用（电流源两端相当于断路）。

图1-29给出了两个电流源并联电路的等效电流源。

2.实际电流源

（1）实际直流电流源的电路模型。恒流源是一种理想情况。实际电流源随着输出电压的增加，其输出电流不是恒定不变的，而是有所下降。因为任何电流源的内阻不可能为无限大，当输出电压增加时，内阻上流过的电流也增加，造成输出电流下降。电池、电子稳流器等实际直流电流源，可以用恒流源SI与内阻并联的电路模型来表示。图1-30（a）所示为实际直流电流源模型。

（2）实际直流电流源的伏安关系。实际直流电流源模型的伏安关系为

（3）实际直流电流源的伏安特性。实际直流电流源的伏安特性曲线如图1-30（b）所示。其输出电流I是随着负载电压的增加呈下降变化趋势的直线。内阻越大，曲线下降就越小，越接近理想情况，当=∞时，就是恒流源。

实际使用的电源种类繁多，但都可以用电压源和电流源两种电源模型来表示。