理想和實際電流源介紹

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，都能夠為電路提供恒定電流。

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，因為該電壓由其他電路元件決定。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是具有箭頭的圓圈的符號，以指示電流的流動方向。電流的方向?qū)?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”，因為它提供恒定的穩(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間變化的。

理想的獨立電流源通常用于求解電路定理和用于包含實際有源元件的電路的電路分析技術(shù)。最簡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，它允許電流流動由箭頭。然后，電流源具有以安培為單位的值i，（A）通?？s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，因為這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。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)于如何連接兩個或多個具有不同值的獨立電流源的規(guī)則，無論是串聯(lián)還是并聯(lián)。

并聯(lián)電流源

并聯(lián)兩個或多個電流源相當(dāng)于一個電流源，其總電流輸出作為各個源電流的代數(shù)相加給出。在這個例子中，兩個5安培的電流源被組合產(chǎn)生10安培，因為I 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安培中的一個和3安培中的一個將組合以給出8安培的單個電流源，因為表示電流源的箭頭指向相同的方向。然后，當(dāng)兩個電流加在一起時，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，其值是各個源的代數(shù)減法。

平行反對電流源

這里，由于兩個電流源的連接方向相反（用箭頭表示），兩個電流相互減去，因為兩個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5安培的兩個電流源將導(dǎo)致零輸出，因為5A-5A = 0A。同樣，如果兩個電流具有不同的值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。在這個例子中，每個5安培的兩個電流源串聯(lián)連接在一起，但結(jié)果電流值是多少。它是等于一個5安培的光源，還是等于增加兩個光源，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)的另一個原因是它們可能不提供相同的電流。同一個方向。對于理想電流源，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，從而使其成為獨立的電源。因此，這意味著電流源具有無限內(nèi)阻（R =∞）。這個想法適用于電路分析技術(shù)，但在現(xiàn)實世界中，電流源的行為略有不同，因為實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)），都會導(dǎo)致產(chǎn)生的電源發(fā)生變化有些負(fù)載。

實際或非理想的電流源可以表示為一個理想的電源，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。請記住，并聯(lián)的電路元件具有完全相同的電壓降。

理想和實際電流源

您可能已經(jīng)注意到，實際的電流源非常類似于Norton的等效電路，因為Norton的定理指出“任何線性直流網(wǎng)絡(luò)都可以被一個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，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，由于實際電流源具有內(nèi)部源電阻，這需要一些電流，因此該實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，對于理想的源電流，R P 是無窮大的，因為沒有內(nèi)部電阻，因此端子電壓將為零，因為沒有電壓降。

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 相同的點處相交，當(dāng)源是理想的時如圖所示。

實際電流源特性

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實際電流源的IV特性會略微向下傾斜等于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 ）計算為1500伏。

第2部分：如果250歐姆負(fù)載電阻連接到同一實際電流源的端子，計算通過每個電阻的電流，每個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)載時給出的數(shù)據(jù)：I S = 3A，R P =500Ω，R L =250Ω

2a上。為了找到每個電阻分支中的電流，我們可以使用分流規(guī)則。

2b。每個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，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，因為現(xiàn)在電流已經(jīng)到了某個地方，對于恒定電流源，端子電壓與負(fù)載電阻成正比。

對于每個都具有內(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，它使其完全獨立于與其連接的電路，從而將其稱為理想的獨立電流源。

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（獨立）和實用。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表示，其中箭頭表示電流的方向，如圖所示。

依賴電流源符號

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），因為α= 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

我們在本教程中已經(jīng)看到電流源，理想電流源（R =∞）是一個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立于其上的電壓。

理想的獨立電流源可以并聯(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。另請注意，電流源能夠提供或吸收功率。

對于非理想或?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非常高的值，因為R≈∞產(chǎn)生的IV特性不是直的，而是隨著負(fù)載的減小而下降。

我們在這里也看到電流源可以依賴或獨立。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。