理想和實(shí)際電流源介紹

A電流源是一種有源電路元件，無論其端子間產(chǎn)生的電壓如何，都能夠?yàn)殡娐诽峁┖愣?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流。

顧名思義，電流源是一種電路元件，無論其端子上產(chǎn)生的電壓如何，都能保持恒定的電流，因?yàn)樵撾妷河?a href="http://www.wenjunhu.com/soft/data/4-19/" target="_blank">其他電路元件決定。也就是說，理想的恒定電流源連續(xù)地提供指定量的電流而不管其驅(qū)動(dòng)的阻抗如何，因此理論上理想的電流源可以提供無限量的能量。因此，正如電壓源可以額定，例如，5伏或10伏等，電流源也將具有額定電流，例如3安培或15安培等。

理想的恒定電流源以與電壓源類似的方式表示，但是這次電流源符號(hào)是具有箭頭的圓圈的符號(hào)，以指示電流的流動(dòng)方向。電流的方向?qū)?duì)應(yīng)于從正端子流出的相應(yīng)電壓的極性。字母“i”用于表示它是如圖所示的電流源。

理想電流源

然后理想的電流源稱為“恒流源”，因?yàn)樗峁┖愣ǖ姆€(wěn)態(tài)電流，與連接到它的負(fù)載無關(guān)，產(chǎn)生由直線表示的IV特性。與電壓源一樣，電流源可以是電路中其他地方的電壓或電流獨(dú)立（理想）或相關(guān)（受控），電壓或電流本身可以是恒定的或隨時(shí)間變化的。

理想的獨(dú)立電流源通常用于求解電路定理和用于包含實(shí)際有源元件的電路的電路分析技術(shù)。最簡(jiǎn)單形式的電流源是與電壓源串聯(lián)的電阻器，產(chǎn)生的電流范圍從幾毫安到幾百安培。請(qǐng)記住，零值電流源是開路，R = 0.

電流源的概念是雙端元件的概念，它允許電流流動(dòng)由箭頭。然后，電流源具有以安培為單位的值i，（A）通常縮寫為安培。網(wǎng)絡(luò)周圍的電流源和電壓變量之間的物理關(guān)系由歐姆定律給出，因?yàn)檫@些電壓和電流變量將具有指定值。

可能難以指定電壓的大小和極性。作為電流函數(shù)的理想電流源，尤其是在連接電路中存在其他電壓或電流源時(shí)。然后我們可以知道電流源提供的電流，但不知道電流源提供的電流，除非給出電流源提供的功率，如P = V * I。

但是，如果電流源是電路中唯一的源，那么源上的電壓極性將更容易建立。但是，如果有多個(gè)源，則端子電壓將取決于連接源的網(wǎng)絡(luò)。

將電流源連接在一起

就像電壓源一樣，理想情況電流源也可以連接在一起以增加（或減少）可用電流。但是有關(guān)于如何連接兩個(gè)或多個(gè)具有不同值的獨(dú)立電流源的規(guī)則，無論是串聯(lián)還是并聯(lián)。

并聯(lián)電流源

并聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)電流源相當(dāng)于一個(gè)電流源，其總電流輸出作為各個(gè)源電流的代數(shù)相加給出。在這個(gè)例子中，兩個(gè)5安培的電流源被組合產(chǎn)生10安培，因?yàn)镮 T = I 1 + I 2 。

不同值的電流源可以并聯(lián)連接在一起。例如，5安培中的一個(gè)和3安培中的一個(gè)將組合以給出8安培的單個(gè)電流源，因?yàn)楸硎倦娏髟吹募^指向相同的方向。然后，當(dāng)兩個(gè)電流加在一起時(shí)，它們的連接被稱為：并聯(lián)輔助。

雖然不是電路分析的最佳實(shí)踐，但并聯(lián)反向連接使用以相反方向連接的電流源形成單電流源，其值是各個(gè)源的代數(shù)減法。

平行反對(duì)電流源

這里，由于兩個(gè)電流源的連接方向相反（用箭頭表示），兩個(gè)電流相互減去，因?yàn)閮蓚€(gè)電流為符合基爾霍夫電流定律的循環(huán)電流提供閉環(huán)路徑，KCL 。因此，例如，每個(gè)5安培的兩個(gè)電流源將導(dǎo)致零輸出，因?yàn)?A-5A = 0A。同樣，如果兩個(gè)電流具有不同的值5A和3A，那么輸出將是減去的值，其中較小的電流從較大的電流中減去。導(dǎo)致I T 為5-3 = 2A。

我們已經(jīng)看到理想的電流源可以并聯(lián)連接在一起，形成并聯(lián)輔助電流源或并聯(lián)電流源。電路分析不允許或不是最佳實(shí)踐，是將串聯(lián)組合的理想電流源連接在一起。

串聯(lián)電流源

不允許將當(dāng)前源串聯(lián)連接在一起，可以是相同的值，也可以是具有不同值的值。在這個(gè)例子中，每個(gè)5安培的兩個(gè)電流源串聯(lián)連接在一起，但結(jié)果電流值是多少。它是等于一個(gè)5安培的光源，還是等于增加兩個(gè)光源，即10安培。然后串聯(lián)電流源在電路分析中增加了一個(gè)未知因素，這是不好的。

此外，串聯(lián)電源不允許用于電路分析技術(shù)的另一個(gè)原因是它們可能不提供相同的電流。同一個(gè)方向。對(duì)于理想電流源，不存在串聯(lián)輔助或串聯(lián)反向電流。

電流源示例No1

分別連接兩個(gè)250毫安和150毫安的電流源在并聯(lián)輔助配置中一起提供20歐姆的連接負(fù)載。計(jì)算負(fù)載兩端的電壓降和功耗。繪制電路。

然后，我 T = 0.4A或400mA，V R = 8V，P R = 3.2W

實(shí)際電流源

我們已經(jīng)看到理想的恒流源可以提供相同的量無論其端子上的電壓如何，它都無限期地流動(dòng)，從而使其成為獨(dú)立的電源。因此，這意味著電流源具有無限內(nèi)阻（R =∞）。這個(gè)想法適用于電路分析技術(shù)，但在現(xiàn)實(shí)世界中，電流源的行為略有不同，因?yàn)閷?shí)際的電流源始終具有內(nèi)部電阻，無論多大（通常在兆歐范圍內(nèi)），都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的電源發(fā)生變化有些負(fù)載。

實(shí)際或非理想的電流源可以表示為一個(gè)理想的電源，內(nèi)部電阻連接在它上面。內(nèi)部電阻（R P ）產(chǎn)生與電流源并聯(lián)（分流）電阻相同的效果，如圖所示。請(qǐng)記住，并聯(lián)的電路元件具有完全相同的電壓降。

理想和實(shí)際電流源

您可能已經(jīng)注意到，實(shí)際的電流源非常類似于Norton的等效電路，因?yàn)镹orton的定理指出“任何線性直流網(wǎng)絡(luò)都可以被一個(gè)由恒流源組成的等效電路取代，I S 與電阻并聯(lián)，R P “。注意，如果該并聯(lián)電阻非常低，R P = 0，則電流源短路。當(dāng)并聯(lián)電阻非常高或無窮大時(shí)，R P ≈∞，電流源可以建模為理想狀態(tài)。

理想電流源在IV特性上繪制一條水平線如上所述。然而，由于實(shí)際電流源具有內(nèi)部源電阻，這需要一些電流，因此該實(shí)際電源的特性不是平坦的和水平的，而是隨著電流現(xiàn)在分成兩部分而減小，其中一部分電流流入并聯(lián)電阻，R P 和電流的另一部分直接流向輸出端。

歐姆定律告訴我們，當(dāng)電流，（i）流過電阻，（R）在相同的電阻上產(chǎn)生電壓降。該電壓降的值將以i * R P 給出。然后V OUT 將等于沒有連接負(fù)載的電阻器兩端的電壓降。我們記得，對(duì)于理想的源電流，R P 是無窮大的，因?yàn)闆]有內(nèi)部電阻，因此端子電壓將為零，因?yàn)闆]有電壓降。

總和根據(jù)基爾霍夫現(xiàn)行定律給出的環(huán)路電流，KCL為：I OUT = I S -V S / R P ?？梢岳L制該等式以給出輸出電流的I-V特性。它是一條斜率-R P 的直線，它與垂直電壓軸在與I S 相同的點(diǎn)處相交，當(dāng)源是理想的時(shí)如圖所示。

實(shí)際電流源特性

因此，所有理想電流源都具有直線IV特性，但非理想或?qū)嶋H實(shí)際電流源的IV特性會(huì)略微向下傾斜等于V OUT / R P 其中R P 是內(nèi)部源電阻。

電流源示例No2

實(shí)際電流源由3A理想電流源組成，其內(nèi)阻為500歐姆。在空載情況下，計(jì)算電流源的開路端電壓和內(nèi)部電阻吸收的空載功率。

1?？蛰d值：

然后是內(nèi)部源電阻和端子A和B兩端的開路電壓（ V AB ）計(jì)算為1500伏。

第2部分：如果250歐姆負(fù)載電阻連接到同一實(shí)際電流源的端子，計(jì)算通過每個(gè)電阻的電流，每個(gè)電阻吸收的功率和負(fù)載電阻兩端的電壓降。畫出電路。

2。連接負(fù)載時(shí)給出的數(shù)據(jù)：I S = 3A，R P =500Ω，R L =250Ω

2a上。為了找到每個(gè)電阻分支中的電流，我們可以使用分流規(guī)則。

2b。每個(gè)電阻吸收的功率如下：

2c。然后，負(fù)載電阻R L 上的壓降如下：

>>

我們可以看到，開路實(shí)際電流源的端電壓可能非常高，它將產(chǎn)生所需的電壓，在本例中為1500伏，以提供指定電流。理論上，當(dāng)源試圖提供額定電流時(shí)，該端電壓可以是無窮大。

將負(fù)載連接到其端子將降低電壓，在此示例中為500伏，因?yàn)楝F(xiàn)在電流已經(jīng)到了某個(gè)地方，對(duì)于恒定電流源，端子電壓與負(fù)載電阻成正比。

對(duì)于每個(gè)都具有內(nèi)部電阻的非理想電流源，總內(nèi)部電阻（或阻抗）將是并聯(lián)組合在一起的結(jié)果，與并聯(lián)電阻完全相同。

相關(guān)電流源

我們現(xiàn)在知道理想的電流源提供的指定電流量完全獨(dú)立于其上的電壓，因此將產(chǎn)生維持所需電流所需的任何電壓。然后，它使其完全獨(dú)立于與其連接的電路，從而將其稱為理想的獨(dú)立電流源。

另一方面，受控或依賴電流源根據(jù)連接到電路的某些其他元件的電壓或電流，改變其可用電流。換句話說，相關(guān)電流源的輸出由另一個(gè)電壓或電流控制。

相關(guān)電流源的行為類似于我們目前所看到的電流源，理想（獨(dú)立）和實(shí)用。這次的不同之處在于依賴電流源可以由輸入電壓或電流控制。依賴于電壓輸入的電流源通常被稱為壓控電流源或VCCS。依賴于電流輸入的電流源通常也稱為電流控制電流源或CCCS。

通常，理想的電流相關(guān)源，電壓或電流控制由菱形符號(hào)表示，其中箭頭表示電流的方向，如圖所示。

依賴電流源符號(hào)

理想的相關(guān)電壓控制電流源VCCS保持與控制輸入成比例的輸出電流I OUT 電壓，V IN 。換句話說，輸出電流“取決于”輸入電壓值，使其成為相關(guān)電流源。

然后VCCS輸出電流由下式定義：I OUT =αV<子> IN 。此乘法常數(shù)α（alpha）具有SI單位mhos，?（反轉(zhuǎn)歐姆符號(hào)），因?yàn)棣? I OUT / V IN 因此，其單位為安培/伏。

理想的相關(guān)電流控制電流源CCCS保持與控制輸入電流成比例的輸出電流。然后輸出電流“取決于”輸入電流的值，再次使其成為相關(guān)的電流源。

作為控制電流，I IN 確定輸出的幅度電流，I OUT 乘以放大常數(shù)β（β），CCCS元件的輸出電流由下式確定：I OUT =βI IN 。請(qǐng)注意，乘法常數(shù)β是無量綱比例因子，如β= I OUT / I IN ，因此其單位為安培/安培。

電流源摘要

我們?cè)诒?a href="http://www.wenjunhu.com/v/" target="_blank">教程中已經(jīng)看到電流源，理想電流源（R =∞）是一個(gè)有源元件由于連接到它的負(fù)載產(chǎn)生由直線表示的IV特性，提供恒定電流完全獨(dú)立于其上的電壓。

理想的獨(dú)立電流源可以并聯(lián)連接在一起用于電路分析技術(shù)的并聯(lián)輔助或并聯(lián) - 反向配置，但它們不能串聯(lián)連接在一起。同樣，為了解決電路分析和定理，電流源變?yōu)殚_路源，使其電流等于零。另請(qǐng)注意，電流源能夠提供或吸收功率。

對(duì)于非理想或?qū)嶋H的電流源，它們可以建模為等效的理想電流源和內(nèi)部并聯(lián)（分流器）連接電阻不是無窮大而是一個(gè)非常高的值，因?yàn)镽≈∞產(chǎn)生的IV特性不是直的，而是隨著負(fù)載的減小而下降。

我們?cè)谶@里也看到電流源可以依賴或獨(dú)立。從屬源是其值取決于某些其他電路變量的源。壓控電流源VCCS和電流控制電流源CCCS是相關(guān)電流源的類型。

具有極高內(nèi)阻的恒流源在電子電路和分析中有很多應(yīng)用，可以使用雙極晶體管，二極管，齊納二極管和FET以及這些固態(tài)器件的組合來構(gòu)建。