直流電源 電壓源和電流源

2022-03-14 19:17:37 字數 2246 閱讀 7329

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我們看圖1:

圖1的左圖中,我們看到電源部分由電源電動勢e和電源內阻r0構成。

當電源向負載電阻輸出電流時,按串聯電路的原則—電流處處相等,我們很容易知道,一定有

成立。我們把u=ir叫做路端電壓。

圖1的右圖叫做電源的伏安特性曲線。我們看到,這條曲線其實是一條斜線。左邊的a點對應於電流為零的狀態,此時路端電壓u=e;右邊的b點對應於某電流i下的路端電壓ux,我們看到它與e相比,下降了一定的高度,這個下降值其實就是電源內阻上的壓降。

這就是電壓源。

如果電壓源的內阻等於零,那麼它就叫做理想電壓源。理想電壓源輸出的路端電壓值恆等於電源電動勢,且與輸出電流的大小無關。

我們看圖2:

圖2的左圖是電流源電路,右圖是電流源的伏安特性曲線。注意到電流源的內阻很大,並且與電流源電流併聯。

如果電流源的內阻為無窮大,則此電流源被稱為理想電流源。

明白了電壓源與電流源後,我們來看看實際電源是怎麼回事。

我們看圖3:

圖3中,如果我們能把電阻rk變成自動可調,並且把調節量與路端電壓u的改變量關聯起來,我們就能設計出真正的電壓源。

我們來看圖4,看一款最簡單的穩壓電源是如何工作的:

我們先看圖4的電源部分:變壓器的次級交流電壓是u2,經過整流濾波後,電容c1兩端以及電晶體集電極電壓uc為1.2u2。

我們知道,整流後得到的電壓不是很穩定,它既會受到交流電源電壓的影響,也會受到輸出負載變化的影響。

圖4中我們看到了穩壓二極體dw,它產生的電壓ub是穩定電壓。

現在,我們把著眼點放在電晶體t上。

我們知道,電晶體發射極到基極之間是正向二極體,二極體正嚮導通時的電壓為0.6v,因此電晶體發射極電壓

。由於ub是穩定的,因此ue當然也是穩定的。ue其實就是輸出電壓,可見負載電阻rfz兩端的電壓當然也是穩定的。

現在我們來看電源電壓uc、電晶體集射電壓uce和負載電壓ufz之間的關係:

。我們發現,這裡的uce就相當於電阻rk上的電壓:當輸出電流ie加大時,負載電阻rfz上的電壓有上公升的趨勢,則uce也呈現上公升趨勢,於是把rfz上的電壓給降下來;反過來,如果輸出電流ie減小時,uce也呈現減小的趨勢,繼而把rfz上的電壓給公升起來。見圖5:

圖5的左側是電晶體的特性曲線。注意到每一條曲線分支,集電極電流ic與集射電壓uce的關係是單調遞增的。又因為發射極電流ie近似等於集電極電流ic,由此我們就可以得到上述的判斷。

其實,從原理就能看出,只要穩壓二極體的電壓是穩定的,則電晶體基極電壓ub也是穩定的,電晶體的發射極電壓ue當然也是穩定的。

熟悉模電的人肯定一眼就能看出,這個電路就是電晶體共集電極電路,也叫做射極跟隨器。它的輸入端在基極與集電極之間,輸出在發射極與集電極之間。它不具有電壓放大功能,但具有電流放大功能。在實用中,一般用作阻抗變換,以及穩壓電源的調整管。

我們已經知道,電流源輸出的是電流,而普通電源是電壓源,顯見兩者不是一回事。因此,我們可以先下結論:電流源與普通電源毫無關係。

電流源的電路結構是利用電晶體共基極電路來實現的。

圖7中,右側我們看到了電晶體電路。注意到電晶體的基極電壓是恆定的。

例如圖中穩壓二極體的穩定電壓是6v,於是電晶體基極電壓為:

,可見基極電壓是常數。

我們知道電晶體基極到發射極的電壓為0.6v,於是電晶體發射極的電壓為:

,也是常數。

我們知道電晶體的集電極電流約等於發射極電流,因此此恆流源的電流is為:

,看得出來,此電流是恆定的。

那麼恆流源會存在什麼問題?很簡單,如果負載電阻rc加大,則

當然也加大。一旦此電壓接近電源電壓,則恆流源將失效。

可見,恆流源從本質上來講是由電壓源轉換來的。這一點,我們可以通過電路分析中的電源轉換計算看得很清楚。

我們看圖8:

恆流源中的電晶體是按共基極電路接線的,它的特點是曲線非常平坦,正好滿足恆流源的特性。

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