關于目前在實驗中的幾類電源

摘 要：針對目前學生在試驗中出現的對電源分類不清的問題進行分析和探討研究，對學生在實驗時所接觸到的電源給予重新系統的分類，使學生能夠對電源有一個全面的認識。

關鍵詞：電源；獨立電源；非獨立電源；交流電源；直流電源；信號源

目前在學生進行實驗時，遇到各種各樣的電源，由于現在市場上生產的電源種類很多，形式也多種多樣，很多學生對一些電源了解的不夠全面，缺乏對電源的認識，所以在使用電源時不能夠對電源進行正確的使用，導致這些電源設備不僅對學生產生危害，而且對于電源來說也有不同程度的損害。針對以上情況下面對學生在實驗中遇到的電源進行重新分類。

1 電源分為獨立電源和非獨立電源兩種

電源是指能夠向電路供給能量或提供信號的設備。電源分為獨立電源和非獨立電源兩種。獨立電源是不受電路中其他部分的電壓或電流的控制，而且能獨立地向網絡提供能量和信號并產生相應的響應。非獨立電源是指在電路中其電壓和電流不能獨立存在，要受其他支路的控制，非獨立電源雖然也能提供能量和功率，但其提供的能量和功率不但決定于受控支路的情況，而且還受到控制支路的影響。獨立電源與非獨立電源在性質上是不同的。

1.1 獨立電源分為交流電源和直流電源兩種

目前獨立電源主要有交流電源和直流電源兩種。其中交流電源一般是指220V的照明電源和380V的動力電源，而直流電源則主要有電壓源和電流源兩種。其中交流電源（英文AlternatingCurrent，簡寫AC）是指大小和方向都隨時間發生周期性變化的電流，因為周期電流在一個周期內的運行平均值為零，稱為交變電流或簡稱交流電。英文簡寫為AC。不同直流電，其方向都是一樣。通常波形為正弦曲線。交流電可以有效傳輸電力。但實際上還有應用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電。直流電源（Direct Current，縮寫：DC）是指大小和方向都不隨時間發生改變的電流，但電流大小可能不固定，而產生波形。直流電的電荷在一個電路中沿著單一方向流動。日常生活中，電池，熱電偶，太陽能電池和整流子類型的電機，能提供的電流就是直流電。

1.1.1 直流電源分為電壓源和電流源兩種

在這里我們主要討論一下直流電源，直流電源主要有電壓源和電流源兩種。電壓源是一個二端元件，它的電壓總保持為給定的值或給定的時間函數，與通過它的電流無關；它的電流由電壓源本身和與它相連接的外電路共同決定。電流源也是一個二端元件，它的電流總保持為給定的值或給定的時間函數，與它兩端的電壓無關；它兩端的電壓由電流源本身和與它相連接的外電路共同決定。在實際應用當中，電壓源與電流源是可以等效變換的，當電壓源的電壓Us，電流源的電流Is，他們的內阻Rs1、Rs2，滿足：Us/Is=Rs且Rs1=Rs2時，二者是等效的。由于電壓源Us與內阻Rs1是串聯關系，所以電壓源的內阻Rs1越小，則內阻Rs1上產生的電壓降就越小，電源向外輸送的電壓就越高，電源的利用率就越高。而電流源Is與內阻Rs2是并聯關系，則電流源的內阻Rs2越大，內電導就越小，內部的分流就越小，向外輸送的電流就越多，電源的利用率也就越高。而在學生實驗中，電路的連接不外乎并聯、串聯和混聯。就這兩種直流電源來說，在實際應用當中仍以電壓源為主，因為電壓源在使用時既安全又易于理解。由于電壓源實際上是有一個電壓源和一個小內阻串聯組成的，所以電壓源的外電路不得短路，否則電路中電流為無窮大。而電流源則剛好與電壓源相反，電流源實際上是由一個電流源和一個大內阻并聯組成的，所以電流源的外電路不得開路，否則兩端的電壓為無窮大。

1.2 非獨立電源

非獨立電源主要是指受控源，例如擴音機內部的放大電路，對于它所帶的揚聲器來說放大電路就是電源，要對外提供電功率，但放大器這一類電源與前面的獨立電源有所不同，它的輸出電壓或電流受話筒產生的電信號的控制。所以這一類電源的輸出電壓電流受另一支路電壓或電流的控制，即稱之為非獨立電源。

1.2.1 非獨立電源的四種基本形式

目前根據控制量是電壓還是電流，受控的是電壓源還是電流源，受控源主要有以下四種基本形式：

⑴電壓控制電壓源（簡稱VCVS），其特性為：

U2=μU1

式中μ是電壓控制電壓源的電壓轉移比。μ是一純實數，沒有單位。

⑵電流控制電壓源（簡稱CCVS），其特性為：

I2=rI1

式中r是電流控制電流源的轉移電阻，單位為Ω。

⑶電壓控制電流源（簡稱VCCS），其特性為：

I2=gU1

式中g是電壓控制電流源的電導，單位為S。

⑷電流控制電流源（簡稱CCCS），其特性為：

I2=βI1

式中β是電流控制電流源的轉移電流比。β是一純實數，沒有單位。

受控源是實際器件的一種抽象。很多電子器件或電子電路可以用受控源來表征，即用受控源來作為它們的電路模型，描述它們的輸入輸出關系。不少的電子電路，在一定的條件下可以化為含有受控源的抽象了的電路來分析。

2 其它電源

除上述電源外還有一種電源就是信號源，信號源也是一種電源。信號源是指收音頭、高頻頭、錄音卡座、錄像卡座等器件。微機及輔助設備完成信號的提取、數模轉換、數字信號處理等功能。信號源是雷達系統的重要組成部分。雷達系統常常要求信號源穩定、可靠、易于實現、具有預失真功能，信號的產生及信號參數的改變簡單、靈活。信號發生器又稱信號源或振蕩器，是用來產生各種電子信號的儀器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。

2.1 信號源的四大類

按信號波形可分為正弦信號、函數（波形）信號、脈沖信號和隨機信號四大類。

例如我們日常中的正弦交流電為正弦周期性的信號。關于正弦交流電前面我們已討論過，在這我們只討論非正弦周期性信號。各種波形曲線均可以用三角函數方程式來表示。能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數信號發生器。這些三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）均為非正弦周期性信號。我們把含有周期性非正弦電流或電壓的電路稱為非正弦周期電路。非正弦周期信號是當在同一電路中有各種不同頻率的正弦電源信號同時作用時，那么電路中的綜合響應就不是正弦的；如果電路中含有非線性元件，如半導體二極管、三極管等，即使作用于電路的電源都是正弦的，頻率也相同，也不可能得到正弦響應。當然，如果電源本身是非正弦周期信號，電路中的響應也會是非正弦的。所以任何一個非正弦周期性信號都可以分解成一系列不同頻率的正弦分量，這些分量在電路中單獨作用可以求出每一頻率的正弦波單獨作用時的響應，然后利用疊加原理將所有這些響應疊加起來，就可以得到非正弦周期信號作用下的電路的實際響應。如果以電壓源作為電源，信號發生器是指產生所需參數的電測試信號的儀器。信號發生器又稱信號源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。

3 總結

綜上所述電源可分為獨立電源和非獨立電源兩種，獨立電源與非獨立電源在性質上是不同的。獨立電源是能獨立地向網絡提供能量和信號并產生相應的響應。非獨立電源是不能獨立存在，要受其他支路的控制。其中對于獨立電源分為交流電源和直流電源兩種，交流電是指大小和方向都隨時間發生周期性變化的電，直流電是指大小和方向都不隨時間發生改變的電。而直流電源分為電壓源和電流源兩種，電壓源實際上是有一個電壓源和一個小內阻串聯組成的，電流源實際上是由一個電流源和一個大內阻并聯組成的。對于非獨立電源主要是指受控源，它有四種基本形式，分別為電壓控制電壓源、電流控制電壓源、電壓控制電流源、電流控制電流源。對于其它電源還有一種是信號源，信號源按波形的形狀可分為四大類，它們分別是正弦信號、函數（波形）信號、脈沖信號和隨機信號。而這些信號有分為周期和非周期的。我們日常中的正弦交流電為正弦周期性的信號，其中三角波、鋸齒波、矩形波均為非正弦周期性信號。

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