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1、电压源
什么事电压源,首先看下图,5V直流电压由R1,R2分压接到负载R_load上,此时Vout为2V,那么我们可以把它看成是2V的电压源吗?
当然是不可以的,因为一旦负载R_load变化比如从1kOhm变成2kohm,由于分压关系,电压就会变化。那么什么样的电路可以称为电压源呢?就是无论带什么样的负载,输出电压保持不变的电路才是电压源。
那么怎么才能做到带的负载输出电压保持不变呢?其实很简单:就一句话,电源的等效内阻和负载比非常小(注意这里说的是等效内阻而不是真实内阻)。
2、等效内阻
如上图,如果我们需要一个5V电压源(等效为蓝色框内的黑匣子)为负载供电,负载为1kohm到10kohm变化,有两种方法可以使5V电源的等效内阻降低到比负载小很多:
①舍得花钱买足够粗的铜线去做电源或发电机,就可以使内阻变小。
②内阻不变,根据负载的变化适当改变黑匣子内输入电压的大小,那么负载端仍然是5V,负载不知道黑匣子内做了什么,但是它感觉到的是一个有很小内阻的5V电压源。(当然,实际内阻和电压同时调整也可以)
实际应用中,我们往往是实用第二种方法,偷偷的改变电动势来实现电压稳定的效果,而不是花钱买粗铜线降低电阻。
3、电流源
理论上电流源和电压源的地位是平等的,就是无论接什么负载,输出的电流是恒定的,它的等效内阻和负载比要非常大才行,和电压源一样有两种方法实现,这里就不再过多解释。
4、为什么是电压源,而不是电流源
这里有一个很有意思的问题,电压源和电流源既然理论上地位平等,为什么实际生活中我们见到的大多都是电压源而不是电流源呢?V市电,5V南孚电池,做成10A的电流源安在墙上不行吗?正常情况下我们为什么也买不到任何的电流源电池?why?
这其实是由于目前在地球上导体与绝缘体获取的难易程度决定的,如果在另一个世界绝缘体比导体贵,八成我们就要用电流源了。
自然界中绝缘体到处都是,空气就是性能非常好的绝缘体,同样性能优异的导体则要逼近超导体的性能才行。我们用的铜线的导电性能和空气的绝缘性能比就是“渣渣”。
当电压源不用的时候,只要不接负载就可以了,此时功耗为U^2/R,由于空气的绝缘性非常好,使得电阻极大,所以功耗几乎为零。
但是当电流源不使用时,不接负载的功耗为I^2*R,空气的电阻极大,所以功耗也是极大的,必须用超导体端接,才不消耗功率。(可以想象一下,如果不用导体端接,墙上的电流源就会产生极大的电压U=IR,击穿空气,形成电弧发光,应该挺好看的,哈哈)
好吧,由于金钱的原因,大多数情况下我们选择了电压源,而放弃了电流源。