2.3 电压源与电流源及其等效变换

电源是将其他形式的能量（如化学能、机械能、太阳能、风能等）转换成电能后提供给电路中的设备。

2.3.1 电压源和电流源

这里所讲的电压源和电流源都是理想化的电压源和电流源。

1.电压源

电压源是指理想电压源，即内阻为零，且电源两端的端电压值恒定不变（直流电压），如图2-12所示。

图2-12 电压源

图2-13 直流电压源的伏安特性曲线

它的特点是电压的大小取决于电压源本身的特性，与流过的电流无关。流过电压源的电流大小与电压源外部电路有关，由外部负载电阻决定。因此，它称之为独立电压源。

电压为U_S的直流电压源的伏安特性曲线，是一条平行于横坐标的直线，如图2-13所示，特性方程

U=U_S （2-9）

如果电压源的电压U_S=0，则此时电压源的伏安特性曲线，就是横坐标，也就是电压源相当于短路。

2.电流源

电流源是指理想电流源，即内阻为无限大、输出恒定电流I_S的电源。如图2-14所示。它的特点是电流的大小取决于电流源本身的特性，与电源的端电压无关。端电压的大小与电流源外部电路有关，由外部负载电阻决定。因此，也称之为独立电流源。

电流为I_S的直流电流源的伏安特性曲线，是一条垂直于横坐标的直线，如图2-15所示，特性方程：

I=I_S （2-10）

如果电流源短路，流过短路线路的电流就是I_S，而电流源的端电压为零。

图2-14 电流源

图2-15 直流电流源的伏安特性曲线

2.3.2 实际电源的模型

1.实际电压源

实际电压源可以用一个理想电压源U_S与一个理想电阻r串联组合成一个电路来表示，如图2-16a所示。特征方程：

U=U_S-I·r （2-11）

实际电压源的伏安特性曲线如图2-16b所示，可见电源输出的电压随负载电流的增加而下降。

2.实际电流源

实际电流源可以用一个理想电流源I_S与一个理想电导G并联组合成一个电路来表示，如图2-17a所示，特征方程

I=I_S-UG （2-12）

图2-16 实际电压源模型

a）实际电压源 b）实际电压源的伏安特性曲线

图2-17 实际电流源模型

a）实际电流源 b）实际电流源的伏安特性曲线

实际电流源的伏安特性曲线如图2-17b所示，可见电源输出的电流随负载电压的增加而减少。

【例2.5】在图2-16中，设U_S=20V，r=1Ω，外接电阻R=4Ω，求电阻R上的电流I。

解：根据式（2-11）U=U_S-I·r=IR

则有

【例2.6】在图2-17中，设I_S=5A，r=1Ω，外接电阻R=9Ω，求电阻R上的电压U。解：根据式（2-12）

则有