关于目前在实验中的几类电源

李新雪

摘 要：针对目前学生在试验中出现的对电源分类不清的问题进行分析和探讨研究，对学生在实验时所接触到的电源给予重新系统的分类，使学生能够对电源有一个全面的认识。

关键词：电源；独立电源；非独立电源；交流电源；直流电源；信号源

目前在学生进行实验时，遇到各种各样的电源，由于现在市场上生产的电源种类很多，形式也多种多样，很多学生对一些电源了解的不够全面，缺乏对电源的认识，所以在使用电源时不能够对电源进行正确的使用，导致这些电源设备不仅对学生产生危害，而且对于电源来说也有不同程度的损害。针对以上情况下面对学生在实验中遇到的电源进行重新分类。

1 电源分为独立电源和非独立电源两种

电源是指能够向电路供给能量或提供信号的设备。电源分为独立电源和非独立电源两种。独立电源是不受电路中其他部分的电压或电流的控制，而且能独立地向网络提供能量和信号并产生相应的响应。非独立电源是指在电路中其电压和电流不能独立存在，要受其他支路的控制，非独立电源虽然也能提供能量和功率，但其提供的能量和功率不但决定于受控支路的情况，而且还受到控制支路的影响。独立电源与非独立电源在性质上是不同的。

1.1 独立电源分为交流电源和直流电源两种

目前独立电源主要有交流电源和直流电源两种。其中交流电源一般是指220V的照明电源和380V的动力电源，而直流电源则主要有电压源和电流源两种。其中交流电源（英文AlternatingCurrent，简写AC）是指大小和方向都随时间发生周期性变化的电流，因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零，称为交变电流或简称交流电。英文简写为AC。不同直流电，其方向都是一样。通常波形为正弦曲线。交流电可以有效传输电力。但实际上还有应用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。直流电源（Direct Current，缩写：DC）是指大小和方向都不随时间发生改变的电流，但电流大小可能不固定，而产生波形。直流电的电荷在一个电路中沿着单一方向流动。日常生活中，电池，热电偶，太阳能电池和整流子类型的电机，能提供的电流就是直流电。

1.1.1 直流电源分为电压源和电流源两种

在这里我们主要讨论一下直流电源，直流电源主要有电压源和电流源两种。电压源是一个二端元件，它的电压总保持为给定的值或给定的时间函数，与通过它的电流无关；它的电流由电压源本身和与它相连接的外电路共同决定。电流源也是一个二端元件，它的电流总保持为给定的值或给定的时间函数，与它两端的电压无关；它两端的电压由电流源本身和与它相连接的外电路共同决定。在实际应用当中，电压源与电流源是可以等效变换的，当电压源的电压Us，电流源的电流Is，他们的内阻Rs1、Rs2，满足：Us/Is=Rs且Rs1=Rs2时，二者是等效的。由于电压源Us与内阻Rs1是串联关系，所以电压源的内阻Rs1越小，则内阻Rs1上产生的电压降就越小，电源向外输送的电压就越高，电源的利用率就越高。而电流源Is与内阻Rs2是并联关系，则电流源的内阻Rs2越大，内电导就越小，内部的分流就越小，向外输送的电流就越多，电源的利用率也就越高。而在学生实验中，电路的连接不外乎并联、串联和混联。就这两种直流电源来说，在实际应用当中仍以电压源为主，因为电压源在使用时既安全又易于理解。由于电压源实际上是有一个电压源和一个小内阻串联组成的，所以电压源的外电路不得短路，否则电路中电流为无穷大。而电流源则刚好与电压源相反，电流源实际上是由一个电流源和一个大内阻并联组成的，所以电流源的外电路不得开路，否则两端的电压为无穷大。

1.2 非独立电源

非独立电源主要是指受控源，例如扩音机内部的放大电路，对于它所带的扬声器来说放大电路就是电源，要对外提供电功率，但放大器这一类电源与前面的独立电源有所不同，它的输出电压或电流受话筒产生的电信号的控制。所以这一类电源的输出电压电流受另一支路电压或电流的控制，即称之为非独立电源。

1.2.1 非独立电源的四种基本形式

目前根据控制量是电压还是电流，受控的是电压源还是电流源，受控源主要有以下四种基本形式：

⑴电压控制电压源（简称VCVS），其特性为：

U2=μU1

式中μ是电压控制电压源的电压转移比。μ是一纯实数，没有单位。

⑵电流控制电压源（简称CCVS），其特性为：

I2=rI1

式中r是电流控制电流源的转移电阻，单位为Ω。

⑶电压控制电流源（简称VCCS），其特性为：

I2=gU1

式中g是电压控制电流源的电导，单位为S。

⑷电流控制电流源（简称CCCS），其特性为：

I2=βI1

式中β是电流控制电流源的转移电流比。β是一纯实数，没有单位。

受控源是实际器件的一种抽象。很多电子器件或电子电路可以用受控源来表征，即用受控源来作为它们的电路模型，描述它们的输入输出关系。不少的电子电路，在一定的条件下可以化为含有受控源的抽象了的电路来分析。

2 其它电源

除上述电源外还有一种电源就是信号源，信号源也是一种电源。信号源是指收音头、高频头、录音卡座、录像卡座等器件。微机及辅助设备完成信号的提取、数模转换、数字信号处理等功能。信号源是雷达系统的重要组成部分。雷达系统常常要求信号源稳定、可靠、易于实现、具有预失真功能，信号的产生及信号参数的改变简单、灵活。信号发生器又称信号源或振荡器，是用来产生各种电子信号的仪器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

2.1 信号源的四大类

按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号四大类。

例如我们日常中的正弦交流电为正弦周期性的信号。关于正弦交流电前面我们已讨论过，在这我们只讨论非正弦周期性信号。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。这些三角波、锯齿波、矩形波（含方波）均为非正弦周期性信号。我们把含有周期性非正弦电流或电压的电路称为非正弦周期电路。非正弦周期信号是当在同一电路中有各种不同频率的正弦电源信号同时作用时，那么电路中的综合响应就不是正弦的；如果电路中含有非线性元件，如半导体二极管、三极管等，即使作用于电路的电源都是正弦的，频率也相同，也不可能得到正弦响应。当然，如果电源本身是非正弦周期信号，电路中的响应也会是非正弦的。所以任何一个非正弦周期性信号都可以分解成一系列不同频率的正弦分量，这些分量在电路中单独作用可以求出每一频率的正弦波单独作用时的响应，然后利用叠加原理将所有这些响应叠加起来，就可以得到非正弦周期信号作用下的电路的实际响应。如果以电压源作为电源，信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

3 总结

综上所述电源可分为独立电源和非独立电源两种，独立电源与非独立电源在性质上是不同的。独立电源是能独立地向网络提供能量和信号并产生相应的响应。非独立电源是不能独立存在，要受其他支路的控制。其中对于独立电源分为交流电源和直流电源两种，交流电是指大小和方向都随时间发生周期性变化的电，直流电是指大小和方向都不随时间发生改变的电。而直流电源分为电压源和电流源两种，电压源实际上是有一个电压源和一个小内阻串联组成的，电流源实际上是由一个电流源和一个大内阻并联组成的。对于非独立电源主要是指受控源，它有四种基本形式，分别为电压控制电压源、电流控制电压源、电压控制电流源、电流控制电流源。对于其它电源还有一种是信号源，信号源按波形的形状可分为四大类，它们分别是正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号。而这些信号有分为周期和非周期的。我们日常中的正弦交流电为正弦周期性的信号，其中三角波、锯齿波、矩形波均为非正弦周期性信号。

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