【直流电源】电压源和电流源

转自：https://www.zhihu.com/question/35921760/answer/224407660

我们看图1：

图1的左图中，我们看到电源部分由电源电动势E和电源内阻r0构成。

当电源向负载电阻输出电流时，按串联电路的原则—电流处处相等，我们很容易知道，一定有  成立。我们把U=IR叫做路端电压。

图1的右图叫做电源的伏安特性曲线。我们看到，这条曲线其实是一条斜线。左边的A点对应于电流为零的状态，此时路端电压U=E；右边的B点对应于某电流I下的路端电压Ux，我们看到它与E相比，下降了一定的高度，这个下降值其实就是电源内阻上的压降。

这就是电压源。

如果电压源的内阻等于零，那么它就叫做理想电压源。理想电压源输出的路端电压值恒等于电源电动势，且与输出电流的大小无关。

我们看图2：

图2的左图是电流源电路，右图是电流源的伏安特性曲线。注意到电流源的内阻很大，并且与电流源电流并联。

如果电流源的内阻为无穷大，则此电流源被称为理想电流源。

明白了电压源与电流源后，我们来看看实际电源是怎么回事。

我们看图3：

图3中，如果我们能把电阻Rk变成自动可调，并且把调节量与路端电压U的改变量关联起来，我们就能设计出真正的电压源。

我们来看图4，看一款最简单的稳压电源是如何工作的：

我们先看图4的电源部分：变压器的次级交流电压是U2，经过整流滤波后，电容C1两端以及晶体管集电极电压Uc为1.2U2。

我们知道，整流后得到的电压不是很稳定，它既会受到交流电源电压的影响，也会受到输出负载变化的影响。

图4中我们看到了稳压二极管Dw，它产生的电压Ub是稳定电压。

现在，我们把着眼点放在晶体管T上。

我们知道，晶体管发射极到基极之间是正向二极管，二极管正向导通时的电压为0.6V，因此晶体管发射极电压 。由于Ub是稳定的，因此Ue当然也是稳定的。Ue其实就是输出电压，可见负载电阻Rfz两端的电压当然也是稳定的。

现在我们来看电源电压Uc、晶体管集射电压Uce和负载电压Ufz之间的关系：  。

我们发现，这里的Uce就相当于电阻Rk上的电压：当输出电流Ie加大时，负载电阻Rfz上的电压有上升的趋势，则Uce也呈现上升趋势，于是把Rfz上的电压给降下来；反过来，如果输出电流Ie减小时，Uce也呈现减小的趋势，继而把Rfz上的电压给升起来。见图5：

图5的左侧是晶体管的特性曲线。注意到每一条曲线分支，集电极电流Ic与集射电压Uce的关系是单调递增的。又因为发射极电流Ie近似等于集电极电流Ic，由此我们就可以得到上述的判断。

其实，从原理就能看出，只要稳压二极管的电压是稳定的，则晶体管基极电压Ub也是稳定的，晶体管的发射极电压Ue当然也是稳定的。

熟悉模电的人肯定一眼就能看出，这个电路就是晶体管共集电极电路，也叫做射极跟随器。它的输入端在基极与集电极之间，输出在发射极与集电极之间。它不具有电压放大功能，但具有电流放大功能。在实用中，一般用作阻抗变换，以及稳压电源的调整管。

我们已经知道，电流源输出的是电流，而普通电源是电压源，显见两者不是一回事。因此，我们可以先下结论：电流源与普通电源毫无关系。

电流源的电路结构是利用晶体管共基极电路来实现的。

 

 图7中，右侧我们看到了晶体管电路。注意到晶体管的基极电压是恒定的。

例如图中稳压二极管的稳定电压是6V，于是晶体管基极电压为：

，可见基极电压是常数。

我们知道晶体管基极到发射极的电压为0.6V，于是晶体管发射极的电压为：

，也是常数。

我们知道晶体管的集电极电流约等于发射极电流，因此此恒流源的电流Is为：

 ，看得出来，此电流是恒定的。

那么恒流源会存在什么问题？很简单，如果负载电阻Rc加大，则 当然也加大。一旦此电压接近电源电压，则恒流源将失效。

可见，恒流源从本质上来讲是由电压源转换来的。这一点，我们可以通过电路分析中的电源转换计算看得很清楚。

我们看图8：

恒流源中的晶体管是按共基极电路接线的，它的特点是曲线非常平坦，正好满足恒流源的特性。