電流源和電阻、電壓源串聯組成一個電路,電流源會分壓嗎?
會。
電流源上的電壓可以是任意值,到底是多少由外電路決定。
可以看下圖所示,在將電流源和電壓源串聯後,電流源的電壓已經是電壓源的電壓了,此時電流源的內阻無窮大,電壓源不起作用。但從實際上來說,電流源也會分壓,只是分壓阻抗較大,因此分到的電壓非常接近電壓源電壓US而已。
這個問題很有意思!
我們看下圖:
圖1:電壓源與電流源串聯的電路,Rfz是負載電阻
圖1中,我們看到電壓源Us與電流源Is是串聯關係。
電壓源,指的是電源兩端的電壓恆定,所以圖1中A、C兩點之間的電壓U是恆定的。並且,電壓源兩端的電壓U與線路中的負載大小無關,與通電時間也無關。
既然A、C兩點間的電壓是恆定的,那麼多了一個支路Rc,並不會影響到電壓源電壓的穩定性。
電流源,指的是電源輸出的電流是恆定的,也即電流源Is所在的支路電流是恆定的。
我們按基爾霍夫電壓定律KVL對圖中電壓源Us、電流源Is和負載電阻Rfz所在的迴路列寫回路電壓方程,如下:
,式1
也就是說,電流源的電壓,等於電壓源的電壓與負載電壓之差。
由式1我們看到,如果IsRfz的值較大,使得電流源上的電壓小到難以維持,則電流源是無法維持工作的。
我們來看一個例項:
圖2:一個例項
圖2中,左側是電壓源Us,它由電源變壓器、橋式整流器D1~D4、濾波電容C1、穩壓二極體電路R1+DW1構成,它的輸出電壓就是穩壓二極體DW1的穩定電壓,我們不妨就把此穩定電壓定義為電壓源Us,即:
,式1
再看恆流源部分。恆流源部分由穩壓二極體DW2、限流電阻R2、電晶體T1和發射極電阻R3構成。
電晶體T1為共基極接法,它的基極與發射極之間的電壓就是DW2產生的穩定電壓
,電晶體T1的發射極與基極之間的電壓是0。6V,於是流過電阻R3的電流就是
。電晶體T1的集電極輸出電流
近似等於它的發射極電流,偏差只是很小的基極電流。我們定義集電極電流為恆流源電流Is,即:
,式2
我們再看電容C2的充電電流。按道理,電容C2的充電電流是按指數規律增長的,但由於電晶體T1輸出的電流是恆定電流Is,因此電容C2的充電電壓是按斜坡增長的。
電晶體T2是單結電晶體,它的發射極與第1基極之間是二極體,而第1基極與第2基極之間的體電阻分壓比
。當電容C2上的電壓充電達到
時,發射極與第1基極之間的二極體導通,此點電壓就是峰值點電壓。
當T2導通後,電壓迅速下降到谷點,只有電阻R5上的電壓要上升,而電容也要充電,單結電晶體會利用隧道效應切換到電容充電,由此形成鋸齒波,並迴圈往復,見下圖:
圖3:單結電晶體輸出的鋸齒波波形
圖3中的振盪週期T的主要部分是上升沿,它就是電流源Is在電容C2上產生的充電波形。注意哦,為何電容的充電波形是斜坡上升而不是指數曲線?若沒弄懂,請再次看前面的內容。事實上,這正是圖2電路中採用電流源輸出電流的主要原因。
另外,電晶體的共基極電路,它的諸電流曲線非常平坦,所以電晶體的共基極電路常常用來構建恆流源。PNP管的共基極電路輸出特性見下圖,此圖來自百度:
圖4:共基極接法的輸出特性曲線非常平坦,適合作為恆流源
回到我們的主題上。
我們看到,電源的輸出電壓是Us,恆流源輸出的電流是Is,而恆流源本身的壓降就是電阻R3與電晶體T1射集電壓降之和。可見,電流源會分壓這個結論是正確的。
不過請注意:雖然這裡的負載是由電容C2和單結電晶體等效電阻構成,與題主的負載電阻有點區別,但其本質是一樣的,都是恆流源供電。
提個問題:
如果我們設法提高峰點電壓,使其超出電壓源Ua的電壓,會怎樣?我把這個問題留給題主吧。
問題回答完畢。
還記得理想電流源和電壓源是可以互相等效的嗎?等效過去再看看你的問題吧
我們先假定一個前提:你所提到的都是理想電路元件。
這樣,根據基爾霍夫電壓定律,電流源兩端電壓
和電阻電壓
和電壓源電壓
的關係如下(電流源電壓和電阻電壓取關聯電流參考方向):
所以,電流源會有分壓(理論上,可能為零)。