什么是電壓源？

2021-04-08

理想的電壓源不管其負載電阻如何都保持恒定的輸出電壓。例如，假設圖1a中的電壓源是理想的電壓源。如圖所示，電源的開路端子兩端的電壓為10V。該“開路端子”電壓稱為空載輸出電壓（V NL）。當圖1b所示的各種負載電阻連接到電源時，它保持相同的10 V輸出。因此，對于理想的電壓源，無論負載電阻的值如何，我們都有： 

V NL = V RL

其中，V RL表示負載電阻兩端的電壓。

圖1.理想電壓源的輸出電壓在（a）空載和（b）負載條件下不變。 

對于任何實際的電壓源，負載電阻的減小都會導致電源輸出電壓的減小。這是因為每個電壓源都有一定量的內部源電阻，如圖2a中的電阻（R S）所示。如圖2b所示，當負載連接到電源時，它與電源的內部電阻形成一個分壓器。如示例1所示，這導致V RL低于空載輸出電壓（V NL）。

圖2.實用的電壓源

示例1：計算V RL

圖3中電源的空載輸出電壓為12V。計算R L =100Ω和R L =20Ω時的V RL值 

圖3.電壓源（E）與所述負載電阻（R大號）

解決方案

負載電阻與電源的內部電阻（R S）構成分壓器。當R L = 100Ω時，VR L 為：

當R L  = 20Ω時，VR L 為：

如您所見，負載電阻的降低導致V RL的急劇降低。

大多數直流電壓源的內部電阻為50Ω或更小。因此，對于kΩ范圍或更高的負載，它不會帶來主要問題。但是，當存在低電阻負載時，這可能會導致輸出電壓顯著下降。這就是為什么低內阻被認為是DC電壓源所需要的原因。

并聯和串聯操作

電壓源可以毫不費力地串聯操作。圖4a顯示了兩個串聯的電壓源，圖4b顯示了等效電路。等效電路的空載電壓是各個電源的空載電壓之和，等效電路的電阻是各個電源的電阻之和。 

圖4.（a）電壓源可以毫不費力地串聯工作，（b）等效輸出電壓是各個電源的空載電壓的空載電壓之和，而等效電源電阻是各個源電阻的總和。

僅當電源電壓相等時，電壓源才能并聯運行。如圖5a和5b所示，等效電路的電阻是各個源電阻的并聯組合，等效電路的空載電壓當然等于原始并聯電阻的空載電壓。連接的電壓源。圖5c顯示，當并聯連接具有不相等電壓的電源時，低壓電源將趨向于將高壓電源放電。 

圖5.（a）具有相等電壓的電壓源可以并聯運行，（b）并聯電壓源的等效電路，（c）電壓不相等的電壓源不應并聯連接。

獨立電壓源

不依賴于電路中任何其他量（例如電壓或電流）的電源稱為獨立電源。下圖顯示了代表獨立電壓源的一些常用符號：

圖6.（a）直流電壓源；（b）電池符號；（c）交流電壓源符號

如果將理想的獨立電壓源連接到電阻電路或包含電阻，電感器和電容器的任意組合的電路，則該源的輸出電壓不會改變。即使將這些組件的值加倍，獨立電壓源的值仍將保持恒定。 

圖7.當連接到不同電路元件的任意組合時，獨立的理想電壓源將顯示恒定的輸出電壓 

相關電壓源

顧名思義，從屬（或受控）電壓源是其輸出電壓取決于電路中其他電壓或電流的電壓源。以下符號用于表示從屬電壓源： 

圖8.相關電壓源符號

現在，讓我們通過一個示例來了解相關的電壓源。

圖9.相關電壓源示例

在上面的電路中，我們有一個相關的電壓源。該源的值由表達式2Ix給出；其中Ix是流過2歐姆電阻器的電流。因此，當流過該2歐姆電阻器的電流改變時，電壓源的值也會改變。因此，我們可以得出結論，電流Ix控制著該電壓源的電壓。 

有兩種類型的從屬電壓源。第一個是電流控制電壓源（CCVS），第二個是電壓控制電壓源（VCVS）。  

電流控制電壓源（CCVS）

下圖表示電流控制的電壓源： 

圖10.電流控制電壓源表示

在這里，您可以看到電流Iin正在控制相關電壓源的輸出電壓。輸出電壓可以寫成：

其中，Iin是控制從屬電壓源值的電流，r是具有電阻單位的系數。有時，此r也稱為跨阻。 

示例2：CCVS

配置為跨導模式的運算放大器（下面的圖11）充當CCVS。運算放大器的輸出電壓取決于輸入電流。隨著輸入電流Ii的變化，輸出電壓按以下表達式變化：  

Vo = Li R L 

圖11.跨導模式的運算放大器；CCVS的一個例子。 

壓控電壓源（VCVS）

下圖表示壓控電壓源： 

圖12.電壓控制電壓源表示。 

在此，電壓量Vin控制從屬電壓源的值。輸出電壓Vout可以寫成：

其中Vin是控制該電壓源電壓的輸入電壓，μ是無單位系數。系數μ也稱為電壓傳遞比。 

示例3：VCVS

當我們以反相或同相配置配置運算放大器時，它起著VCVS的作用。一旦我們調整了增益，輸出電壓Vo就取決于輸入電壓Vi。當我們改變Vi時，輸出電壓通過以下表達式相應地改變： 

圖13.反相配置的運算放大器；VCVS的示例。