1.2 电源与电信号

1.2.1 电源的分类与表示方法

在物理学中，我们把将其他形式的能量转化为电能的设备称为电源，不过对于工程与电路分析而言，所有能向负载电路提供电流或电压的设备和电路都可以称为电源。电源有多种分类方法，按电源提供电量的交/直流类型分为直流电源与交流电源，按照电源提供电量是电流还是电压分为电压源和电流源；按照电源作用时是否受其他变量控制，分为独立电源与受控电源；按照电源的作用又分为能量源与信号源。了解各种不同种类的电源是理解和分析电路必要基础。

1.直流电源与交流电源

直流电源是指输出电压或输出电流保持基本稳定的电源。干电池、蓄电池和硅整流发电机是最常见的直流电压源，一般用于小型直流用电设备、汽车或工程机械中，其功用为提供直流电能，都是能量源，如图1-8所示。直流电流源很少独立存在，一般应用于一些电子电路。

交流电源是指输出电压或输出电流的大小和方向都会发生变化的电源，最为常见的为正弦交流电源，工农业生产及生活中所用的电力电源就是其中一种，见本书3.2节。

2.电压源与电流源

输出电压恒定不变的电压源称为理想电压源，又称为恒压源。理想电压源的图形符号如图1-9a、b所示，其中图1-9a为直流理想电压源，图1-9b为交流理想电压源。由于理想电压源没有内阻，在短路时会产生无穷大的电流，即输出无穷大的功率，在现实中是不存在的。实际的电压源是有内阻的，它可以用理想电压源和内阻R₀串联来表示，如图1-9c、d所示。这种电路称为电压源等效电路。

图1-10是直流电压源与负载电阻连接时输出电压与电流关系图，由图可知实际电压源的端电压U_AB与输出电流I的关系为U_AB=U_s-IR₀，由此可以看出实际电压源输出电流越大输出端电压就下降越多。

输出电流恒定不变的称为理想电流源，又称为恒流源。直流理想电流源电路如图1-11所示。因为理想电流源在负载开路时会产生无穷大的电压，即输出无穷大的功率，所以理想电流源实际上也是不存在的，但如果一个电源的内阻远大于负载电阻时，则虽然外电路负载电阻会变化，但电源输出的电流大小却几乎不变，这种电源就接近于一个理想电流源。如晶体管放大电路中的晶体管，在一定的基极电流下，集电极电流就几乎是恒定值，故其集电极可以近似看成一个理想电流源。

实际中的直流电流源同样具有内阻。一般用一个理想电流源I_s和内阻R₀并联来表示，这种电路称为直流电流源等效电路，如图1-12所示。实际直流电流源的输出电流I与端电压U_AB的关系为I=I_s-U_AB/R₀，由此可知，实际电流源输出端电压越高，其输出电流就越小。

3.独立电源与受控电源

前面介绍的电压源和电流源，它们的电压和电流大小都不受外电路的控制，因此称为独立电源。但在电子电路中还会遇到另一类电源，它们的电压或电流要受到电路中其他支路或元器件上的电压或流过的电流的控制，这种电源称为受控电源。受控电源是许多实际电路元器件的电路模型，如晶体管的集电极电流要受到基极电流的控制，则其集电极就可以看成一个受控电流源。

根据控制量和受控量分别是电压还是电流，受控电源分为四种，即电压控制电压源（VCVS）、电流控制电压源（CCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电流源（CCCS）。这四种受控电源的电路模型如图1-13所示。

受控电源用图1-13中的正菱形符号表示，以便与独立电源的圆形符号相区别，其参考方向的表示方法与独立电源相同。图1-13中u₁、i₁是控制量，它们可以是电路中某两点之间的电压和某条支路的电流；u₂、i₂是受控量，它们是受控电源的电压和电流。在电路图中，控制量所在支路与受控量所在支路可以分开画，只要在控制支路中标明控制量即可。

四种受控电源中，对VCVS，u₂=μu₁，μ为无量纲系数；

对CCVS，u₂=γi₁，γ单位为欧[姆]；

对VCCS，i₂=gu₁，g单位为西[门子]；

对CCCS，i₂=ai₁，a为无量纲系数。

在含有受控电源的线性电路中，受控电源的特性与独立电源是有区别的，在应用分析时应该注意区分含受控电源电路的分析方法，在项目2将举例说明。

4.能量源与信号源

电源根据其功用还可分为能量源与信号源，能量源的主要功用是向电路负载提供电能，而信号源则是向电路负载提供代表各种信息的电压与电流信号。在电路中信号源不一定独立存在，比如多级电路中的前级电路一般就是后级电路的信号源，而后级电路则是前级电路的负载。一般来说，能量源电压高、电流大、功率大且电流与电压基本稳定，而信号源电压低、电流小、功率小且电流或电压代表各种信息会瞬息变化。实际信号源一般都是由直流电源和带有不同频率成份的正弦交流电源共同构成。