電力來源提供電路所需的能量。有些會保持電壓穩定，有些則保持電流穩定。當負載、溫度或內阻發生變化時，實際源會改變。這些效應會影響輸出的穩定性。本文清楚且詳盡地介紹了來源行為、內部電阻、模型、測試及常見極限。
電源概述
電源是電路中提供一切運作所需能量的部分。它可以供應穩定電壓或穩定電流。知道它給的是什麼，有助於你了解當不同元件連接時，整個電路會如何運作。
電壓源保持電壓不變，而電流源則維持電流。這些想法很簡單，卻塑造了每個電路的運作方式。真正的電源不可能一直保持完美。當負載變重或變輕時，輸出可能會改變，這會影響電路的穩定性。
即使電壓和電流源試圖保持穩定，但每個電壓源都有其結構上的限制。當負載改變時，電源可能不再保持精確的電壓或電流。
有了理想電壓與電流源的基本概念，我們現在可以透過在模型中引入內阻來觀察實際源的差異。
實電壓與電流源的內部電阻
真正的電源行為不完全像最好的電源，因為它們包含內部電阻。這個隱藏電阻會影響負載連接後電源能輸出的電壓或電流。因此，實際來源的輸出會根據負載強度而改變。
電壓源通常串聯時電阻很小，當從中拉取更多電流時，電壓會下降。電流源在並聯時有很大的電阻，當負載電阻改變時，電流會產生偏移。這些內部元件決定了輸出在真實條件下的穩定性。
| 型號類型 | 最佳行為 | 實用形式 | 主要限制 |
|---|---|---|---|
| 電壓源 | 電壓保持不變 | 來源含系列 R | 當負載拉取更多電流時，電壓會下降 |
| 最新來源 | 電流保持不變 | 具有平行 Rp | 的源負載電阻改變時電流變化 |
電壓與電流源的負載行為
電壓源
• 開路：存在電壓;電流幾乎為零
• 短路：電流變得非常高，取決於內阻
當前來源
• 開路：電壓上升，因為電流沒有路徑
• 短路：電流保持在設定值附近;電壓變得非常低
為了簡化對源與負載互動的分析，我們可以將任何真實源轉換為等價形式，這也引出下一節的 Thévenin–Norton 源等價關係。
Thévenin–Norton 來源等價性
Thévenin 與 Norton 模型提供了兩種對應方式來表示同一電源及其內部電阻。一種使用帶有串聯電阻的電壓源，另一種則使用具有並聯電阻的電流源。兩者在輸出端子描述相同行為，因此實際電路操作不會改變。它們只是同一來源的兩種形式。
公式
• 電壓形式中的電流形式：
IN=VTH/RTH
• 電流形式中的電壓形式：
VTH=IN×RN
• 阻力關係：
RN=RTH
受控電源中的電壓-電流行為
電壓控制電壓源（VCVS）
VCVS 就像一個電壓源，其輸出電平依賴於另一個電壓。它反映了反饋控制電路中實際電壓源調整輸出的方式。
電流控制電壓源（CCVS）
CCVS根據感測到的電流產生電壓。這使得它與電壓輸出受負載電流行為影響的電路相符，例如具有電流依賴調節的真實電壓源。
電壓控制電流源（VCCS）
VCCS 的行為就像是由外部電壓控制的電流源。它反映了當控制電壓設定恆定電流時，電流源的反應。
電流控制源（CCCS）
CCCS 鏡像穩定的電流源，但輸出會根據電路中的另一電流進行縮放。此模型說明多級電流驅動器如何維持平衡的電流水平。
交流與直流電壓與電流源
| 特色 | 直流電壓源 | 直流電流源 | 交流電壓源 | 交流電流源 |
|---|---|---|---|---|
| 輸出自然 | 固定電壓 | 固定電流 | 電壓會隨波形 | 電流隨波形 |
| 限制 | 從 Rs | 的電壓降目前從 Rp | 受電抗影響 | 受阻抗幅度影響 |
| 負載交互作用 | 電壓在高電流 | 電流在高電壓 | 必須處理相位/阻抗 | 必須維持電流，儘管相位 |
| 權力行為 | 隨時間不變 | 隨時間不變 | 每個週期變化 | 每個週期變化 |
考慮到直流與交流的行為，我們現在可以專注於大多數人最終關心的重點：一個電源能將多少電力傳送到負載，以及它的效率如何。
電壓與電流：電力輸出與效率比較
| 觀點 | 電壓源 | 最新來源 |
|---|---|---|
| 最大功率條件 | （R~load~ = R~s~） | （R~load~ = R~p~） |
| 損失發生地 | 串聯產生的熱量電阻（R~s~） | 並聯電阻產生的熱量（Rp ~） |
| 典型載荷關係 | 負載大於 （R~s~），提升效率 | 負載通常小於 （R~p~），保持電流 |
| 輸出行為 | 電壓會一直維持在設定值附近，直到負載變得過重 | 電流會保持接近設定值，直到負載變得過輕 |
| 效率趨勢 | 當負載遠大於內部串聯電阻時，會更高 | 當負載遠小於內部並聯電阻時，電壓會更高 |
| 動力流模式 | 功率取決於負載所拉取的電流多少 | 功率取決於負載所需的電壓 |
以電壓或電流源建模的實用裝置
實數元件可透過將其行為與電壓源或電流源模型匹配來評估。這有助於預測它們對不同負載的反應，以及它們與理想源特性的匹配程度。
| 裝置 | 最佳模特兒 | 為什麼適合 | 限制 |
|---|---|---|---|
| 電池 | 電壓源為 （R~S~） | 電壓保持穩定 | 內阻隨時間增加 |
| 直流電源供應器 | 調節電壓源 | 保持電壓不變 | 有限的電流輸出 |
| 太陽能電池 | 電流來源 | 電流取決於陽光 | 重負載下的電壓下降 |
| LED 驅動程式 | 電流來源 | 保持LED電流穩定 | 具有最大電壓範圍 |
一旦我們了解實際元件如何映射到電壓源與電流源模型，下一步就是測試這些裝置，並將其行為與實驗室中的理想模型做比較。
電壓與電流源的測試與比較
• 測量開路電壓以查看電源的真實無負載輸出。
• 僅使用設計用以安全處理高電流的工具檢查短路電流。
• 透過比較兩種不同負載值的讀數來判斷內部電阻。
• 讓測量結果穩定，使光源與儀器穩定，然後再記錄結果。
電壓與電流源的調節與保護
規範
電壓源利用反饋來降低負載下的電壓降。電流源調節輸出，即使電壓上升也能保持電流穩定。
保護
電壓源需要短路保護以限制過量電流。電流源需要開路保護以防止危險的高電壓累積。
關於電壓源與電流源的常見誤解
• 由於內部電阻，理想版本不存在。
• 僅有較高電壓或較高電流並不代表性能更好。
• 開路電流源會產生危險的高電壓。
• 戴維南與諾頓模型不會改變實際行為。
釐清這些誤解讓我們能做出實際的設計選擇，因此下一節將重點介紹如何在特定應用中選擇電壓源與電流源。
選擇電壓源與電流源
• 選擇合適的模型有助於預測負載連接後，當內阻影響電壓或電流輸出時，電源的行為。
• 首先決定裝置應主要作為電壓源還是電流源，視穩定電壓或穩定電流哪個更重要而定。
• 測量或估算內阻或阻抗，因為此值決定了電壓降、電流變化及整體功率承受的極限。
• 考慮溫度如何影響內阻，因為熱量會改變輸出水平並降低穩定性。
• 當電源在不同頻率下運作時，包含交流電行為，因為阻抗隨頻率改變，且可能改變輸出。
• 增加短路、高電流或高電壓保護，以保持電源在安全操作範圍內。
• 必要時準備 Thévenin 與 Norton 表格，以簡化分析、比較行為或匹配計算所需表格。
結論
電壓和電流源永遠不會保持完美，因為內阻、負載變化、熱度和老化都會影響其輸出。了解它們在開路與短路時的行為、戴文片與諾頓型態的匹配，以及交流與直流電源的差異，使得電源行為更容易理解。這些點有助於解釋真實的極限和適當的動力流。
常見問題 [常見問題]
溫度如何影響源的穩定性？
較高溫度改變內阻，導致電壓或電流漂移並變得不穩定。
為什麼有些來源會產生電氣雜訊？
雜訊來自內部元件不完全穩定，會稍微干擾聲源的輸出。
為什麼來源無法立即回應負載變更？
每個電源都有內建的響應速度，因此電壓或電流可能會暫時上升或下降，然後才會穩定下來。
老化如何改變來源的表現？
內部電阻隨時間增加，降低輸出穩定性，使來源精度降低。
為什麼測量工具有時會顯示不同的讀數？
每個電表都有自己的內部電阻，這會影響源頭所偵測到的負載並改變讀數。
當負載變化非常快時會發生什麼？
快速的負載變化可能導致短暫的電壓下降、尖峰或振盪，因為訊號源需要時間調整。