有源元件包括獨立電源和受控電源兩大類。獨立電源包括電壓源和電流源,它們在電路中起激勵作用,由它們來引起電路中其他元件的電流或電壓(響應),所以說獨立電源是任何一個完整電路中不可缺少的組成部分,受控電源在電路中則不起激勵作用它們的電流和電壓要受到電路中另外某個支路電流或電壓的控制,受控電源在電路中。尤其是在電子電路中同樣起著十分重要的作用。
一、電壓源
電壓源是實際電壓源的理想化模型。理想情況下,認為內阻為零,端電壓不隨電流變化,這種端電壓不隨通過的電流的變化的電源模型稱為電壓源。
⑴電壓源的電路符號:
⑵特性:
① 電壓 的函數(shù)是固定的,不會因它所聯(lián)結的外電路的不同而改變。如果電壓源沒有接外電路,這時電源處于開路狀態(tài),i為零值,電壓源兩端的電壓就稱為開路電壓。
② 電壓源的電流隨與之相連結的外電路的不同而不同,也就是說電壓源的電流隨負載的大小而變化。
③ 電壓源的內阻為零,一個端電壓為零的電壓源僅相當于一條短路線。
④ 在功率允許的范圍內,相同頻率的電壓源串聯(lián)時可等效為一個同頻率的電壓源。
⑤ 一般情況下,電壓源是不允許并聯(lián)的,尤其是當電壓函數(shù) 不同時更應注意,因為這時可能會引起電壓源之間的短路以致?lián)p壞電壓源。
⑶實際電壓源
嚴格的說理想電壓源并不存在,這是因為各種實際電壓源的內部總是有一定內阻的。如一個實際的直流電壓源再接上外電路后,如圖所示,其端電壓與電流的伏安特性為 。
可以看出,如果實際電壓源的內阻 越小,則電源端電壓u的變化就越小;當 時,就變?yōu)槔硐腚妷涸矗妷褐稻捅3趾阒?,如圖中伏安特性的虛線所示。
二、電流源
電流源是實際電源的另一種理想化模型。即工作時流過的電流基本不隨外接電路的變化。
⑴電流源的符號:
⑵特性:
①輸出電流始終保持定值或者是一定的時間函數(shù),與負載的情況無關。
② 電流源的兩端電壓的大小由負載確定。
③ 電流源的內阻為無窮大,因此,輸出電流為零的電流源就相當于開路。
④ 對于多個電流源的并聯(lián),我們可以用一個等效的電流源來代替;而對于多個電流源一般是不允許串聯(lián)的。另外,我們需要注意的是電流源的外電路不允許開路,否則端電壓u將趨向于無窮大,這當然是不允許的。
⑶實際電流源:
實際電流源在向外電路提供電流的同時也存在一定的內部損耗,這種情況可以用一個電流源 和一個內電阻 的并聯(lián)組合來替代。比如說一個實際的直流電流源如圖所示,
這時它對外提供的電流為
由上式可以看出,i已經不是一個常數(shù),它隨電壓u的加大而減少。很顯然,當實際電流源的內阻越大時其分流作用就越小。如果 ,這時就變成為一個理想電流源,電流i就會保持為恒值,如圖中伏安特性的虛線所示。
實際工作中電壓源隨處可見,而人們對電流源還較為生疏,但是電流源確實是一種客觀存在的電源形式。
三、受控源
受控電壓源和受控電流源的電流都不是給定的時間函數(shù),而是受控電路中某部分的電流或電壓控制的,因此受控源又稱為非獨立電源。
1.類型:
根據控制量的不同,受控源分為以下四種具體的類型:
電壓控制電壓源 vcvs(voltage control voltage source)
電流控制電壓源 ccvs (current control voltage source)
電壓控制電流源 vccs (voltage control current source)
電流控制電流源 cccs (current control current source)
四種受控電源的電路符號分別如圖(a)(b)(c)(d)所示。
為了與獨立電源相區(qū)別,受控源常用菱形符號來表示。
在圖中, 和 都是受控源的控制系數(shù),其中 和 無量綱,而 和 分別具有電阻和電導的量綱。當這些控制系數(shù)為常數(shù)時,受控源的電壓或電流與控制量成正比,這時就稱這些受控源為線性受控源。
2.特征:
關于受控源的基本特征可簡單歸納如下:
① 受控電壓源的電壓或受控電流源的電流是受控電路中其他部分的某個電壓或電流控制的。當控制量發(fā)生大小和方向上的改變時,被控量也相應的發(fā)生大小和方向上的改變。
② 當控制量為零時,受控源的電壓或電流也等于零。此時受控電壓源相當于短路,受控電流源相當于開路。
受控源的應用是十分廣泛的。對于在電子電路中經常用到的晶體管和場效應管等器件,為了要描述它們的物理過程,我們常采用受控電源來表示它們的電路模型。