到底什么是电流源?


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从电流源的定义中我了解到,无论电路中的其他参数(例如电阻)如何变化,它都是在负载上提供恒定电流的源。我对吗?

如果我是对的,那么实际电路中使用的电流源的例子是什么?

维基百科给出了范德格拉夫发生器作为恒流源的示例。(我没有读过这篇文章,因为有一个注释表明该部分似乎相互矛盾。我不想感到困惑。)

我可以想到电压源,例如,电池两端的电位差恒定,而与所连接电路的变化无关,但我无法想到电流源。我能想到的任何例子都涉及到电阻变化时电流的变化。


电感器是(可变)电流源的一个示例。它将持续推动电流通过电路,直到耗尽能量为止。
avakar 2012年

为了澄清@avakar的评论-在很短的时间间隔内,电感器看起来像电流源,但是从长远来看,它们很快就会耗尽蒸汽。
JustJeff 2012年

Answers:


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电流源是电压源的双重电源。理想的电压源的输出阻抗为零,因此在负载下电压不会下降。不应将其短路,因为理论上会有无限大电流流过。
理想的电流源具有无限的输出阻抗。这意味着负载的阻抗可以忽略不计,并且不会影响电流。就像电压源不应该短路一样,电流源也不应该断开。开路电流源仍将尝试提供设定电流,并且理论电流源将变为无穷大电压。

编辑(跟随您的评论)
在这里您可以将阻抗读取为电阻。如果电流源的电阻有限,那么负载的变化将改变电流,因为总电阻将发生变化。你不要那样 因此,如果电流源的电阻无限大,则可以忽略负载,并且电阻始终保持不变(无限大)。因此,电流也将如此。

实际电流源可构造如下:

在此处输入图片说明
一个二极管的压降与基极-发射极结的压降相同,因此另一个二极管将晶体管的发射极设置为约0.7V。固定电阻两端的固定电压提供固定的发射极电流,如果晶体管的足够高,则该电流与集电极电流大致相同。(严格来说,这是电流吸收器,而不是电流源,但是原理保持不变。) HFE

另一个电流吸收器使用运算放大器作为控制元件:
在此处输入图片说明
在这种配置下,需要了解的关于运算放大器的主要知识是它们将尝试使两个输入端的电压保持相等。因此,假设您将为1V,则运算放大器将尝试使输入也为1V。它是通过将电流插入晶体管的基极来实现的。这将导致流经负载的电流(几乎)等于。而是恒定的,以获得跨越1V,根据欧姆定律: I L O A D I S E T I S E T R S E TVSET-ILOADISETISETRSET

ISET=VSETRSET

由于和是常数,因此将是常数。QED。 R S E T I S E TVSETRSETISET


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真的很抱歉,但您说的话我听不懂。我不知道什么是阻抗。你能把它弄下来吗?您如何向刚刚接触欧姆定律的高中生解释这一点?
Green Noob 2012年

@GreenNoob-我将编辑答案。
stevenvh 2012年

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@GreenNoob,电阻抗(Z)=电阻x电抗。阻抗是电路将“阻止”与电流变化相反的程度。在直流电路中,可能没有电抗,并且可以假设阻抗表示电阻。我的评论很短,可以随时在此处研究或查看相关问题:)
瞬态

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Z=R+jXRX

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阅读您的评论后,我将对这个问题做出一些不同的回答。

到底什么是电流源?没什么,或者说得更好一点,它只是一个数学模型。您所描述的那个不存在,就像一个电压源不存在一样。

我认为这里的主要问题是此语句引起的:for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected to这是不正确的。理想电池的行为是作为理想电流源真实存在的,并且与理想电流源一样不存在。每个实际电池的输出(和内部状态)受其连接的电路影响。

那么为什么我们有电压和电流源呢?好的想法是,工程师的工作是基本上构建一种性能良好的设备,事实证明,这种设备完全不需要了解设备中使用的每个组件。这就是为什么我们拥有理想的电流和电压源之类的原因。

100 kΩ电池电阻。它的电压保持在8.4 V,从中我可以得出结论,因为我将负载连接到电池上,所以电池确实是理想的电压源,但其电压没有变化。然后,我拿起一个电动机,将其连接到电池,然后再次测量电池的电压。这次是8.2V。很明显,电动机会影响电池,即使它与以前的电池相同,它也不再是理想的电压源。因此,我断开了电机的连接,并再次连接了电阻,电池上的电压再次为8.4V。

那么这是怎么回事?电池是否是理想的电压源?好吧,我们知道这不是因为原因,我在回答的开头就这么说了,但是在这里,我将解释为什么有时看起来是这样,有时看起来不是。正如我所说,电压源是一个数学模型。当外部电路对电池的运行影响不大时,我可以使用它;当外部电路对电池的运行影响不大时,我不能使用它。因此,我们使用一个简单的模型来表示实际电路的行为。另一种模型是使用理想电压源,在其输出端串联一个电阻。当我将外部负载连接到该电路时,内部电阻器上的电压会下降,而外部电阻器的输出电压会降低。这使我能够再次使用理想电压源来表示电池,并且由于我将内部电阻器与理想电压源一起使用,因此输出将更接近地代表真实电池的行为。如果需要更高的精度,可以决定使用更复杂的模型并获得更准确的结果。

电气工程的一个重点是要学习何时使用正确的模型来表示极其复杂的实际电路组件(甚至在详细分析时甚至是低电阻也是现代科学的杰作)。但是,为了做到这一点,我们从简单的电路开始,以便我们可以了解最简单的数学模型实际上是如何工作的。

当我们开始分析更复杂的电路组件(例如晶体管或二极管)时,我们会将它们分解为一个简单的电路,其中包括电阻,理想的电流和电压源。如果简单的模型足以满足我们的需求,这将使我们能够简化更复杂组件的行为,并避免对其进行详细分析。

完全相同的故事适用于电流源,但我决定在这里不作介绍,因为从其他答案中可以看出,可以建模为理想电流源的电路目前太复杂了,您无法理解。

总结一下:没有现实的对象可以用来代表理想的电压和电流源,但是有些对象可以(在某些情况下非常接近)用理想的电压和电流源来表示。您现在要做的最好的事情是正确记住理想电压和电流源的定义,而不要将它们与真实物体混淆。这样,如果电池不提供其标称电压,或者标有理想电流源的电路在某一点开始冒烟,尽管它完全不受电路外部变化的影响,您就不会感到惊讶。

作为旁注,请考虑当其输出短路时理想电压源会发生什么,而当其输出断开时理想电流源会发生什么?当您将电池短路时会发生什么?为什么所有电池都发出警告,请不要短路输出引脚?


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+1非常感谢您的回答。我真的很喜欢你的答案。对于像我这样的初学者,它们让很多事情变得更加清晰:)
Green Noob 2012年

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也许这个答案会有所帮助。我说的和AndrejaKo差不多,但是我的帖子会更短。

与电压源非常相似,电流源仅是一种理论构造。电池可以合理地近似于电压源,但这并不精确。

但是,与通过电池近似的电压源不同,没有一种能很好地近似一般电流源的简单组件。但是,这并不意味着该概念没有用,因为可以使用该概念对许多现实世界的电路进行建模。

我看过实验室电源有两个旋钮,一个可以调节电压,另一个可以调节电流。要将这些电源用作电压源,您只需将电流设置为最大,然后输入所需的电压即可。只要电路所需的电流不超过最大电流,电源就会提供您选择的电压。要将其用作电流源,请拨最大电压,然后设置所需的电流。只要电流不超过最大电压,电源便会提供该电流。


也有单分量电流源!
Federico Russo 2012年

据我所知,没有一个不需要像电压源这样的外部组件,也不是逻辑上不是组件的组件(例如电池+ jfet的组合)。
凯文·卡斯卡特

@FedericoRusso您能提及一些您知道的单组件电流源吗?
Green Noob 2012年

μ

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交流发电机的输出很大程度上取决于其驱动因素。如果驱动源是恒定转矩,则交流发电机的确会接近电流源。如果它是恒定的转速,那么它将类似于电压源。据我了解,实际上大多数交流发电机的电源都不提供恒定的功率,转矩和转速根据负载而变化。
凯文·卡斯卡特

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如果这有助于您了解:

电流源有点像电池,它将调节其自身的电压以确保流经它的电流是您选择的值。

例如,如果您有一个1A电流源,并且在其上连接了10欧姆电阻,则该源会将其输出电压调整为10伏,这可确保1 Amp流经该电阻。

这就像在说电压源将提供确保其电压保持恒定所需的任何电流。

因此,电流源将提供确保其电流保持恒定所需的任何电压。

这是一个过于简单的解释,但我认为这很重要。


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电流源是具有理想无限的输出电阻的电路;如您所说,无论连接的是什么,它都会(如果可能)提供相同的电流。

这个概念真的很简单:如果将其放在电路的一个分支中,您将知道电流将是那个。但是,除非推算出其他电源的压降,否则您就无法知道该电源的电压。

查看此模拟以更好地理解该概念。打开和关闭开关,查看从电源流出的电流。

电流源可以用电流镜制成,其中两个BJT晶体管以相同的基极-发射极电压偏置,以提供相同的(很好的,几乎是两个基极电流之差)集电极电流。然后,通过固定负载(通常是电阻器)对镜的一脚施加偏压以设置电流,然后另一根脚将对其进行复制。

可以通过级联连接(使用公共基极晶体管增加输出电阻)或其他技巧(通常使用反馈)来改进此方案。

电流源广泛用于运算放大器,在这些放大器中,增益级必须通过精确的电流进行偏置,以提供平衡且更高的增益。


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这是教科书说“考虑与等串联的当前资源”时所指的当前资源吗?他们很早就在本文中介绍了当前资源,但没有明确说明如何构建实用资源。初学者不会知道晶体管或运算放大器的工作原理。你能澄清一下吗?
Green Noob 2012年

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电流镜本身不是电流源。一条腿中的电流取决于另一条腿中的电流。如果不是恒定的,则说明您没有恒定的电流源。
stevenvh 2012年

@stevenvh对,我正要写有关
偏见的文章

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太阳能电池板在其部分工作区域中充当电流源。看一下这个特性:

光伏面板的IV曲线,来源:www.itacanet.org

如果将36mΩ电阻连接到面板,则2.75A电流将流经该电阻,从而在其上产生0.1V的压降。如果现在将电阻器增加到150mΩ,电流将保持恒定在2.75A,并且电阻器两端的压降将增加到〜0.4V。

如果您继续增加电阻,电流将最终下降。这是因为它不是理想的电流源。它仅在0-0.4V范围内起作用。


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