1.1.2电流源

我们这节课来讲解电流源

位于书本的2.1.3和2.1.4两个内容

先来看电流源的本质

2.1.3节

虽然电压源比电流源常见

但是从纯理论上来讲

它们两的地位是平等的

电流源就是无论接什么负载

输出电流都是恒定的

那么既然它们理论上平等

那么为什么我们电网不设计成10A恒流供电呢？

正常情况下

我们也买不到任何恒流源电池

为什么电流源罕见

这其实呢是由于自然界导体和绝缘体

获取的难易程度决定的

如果绝缘体比导体还贵

我们肯定就会用恒流源了

那么当电压源不用的时候

我们不接负载就行了

这时候的功耗为U^2/R

由于空气就是很好的绝缘体

R非常大，所以功耗几乎为0

如果我们造一个电流源出来

它不接负载的时候

功耗I^2*R

绝缘体的电阻无穷大

功耗就很大

所以一个电流源不使用的时候

是必须用导线进行短接

而且最好是超导体短接

才不会消耗功率

因此我们一般不会去造电流源出来

那么电流源的本质呢

是能够提供足够电压的电路

我们看图A

IS1是一个1A的电流源

那么在接1欧负载的情况下

电流源只需要产生1V的电压

就可以对负载上实现1A

那么我们看图B

它也是一个1A电流源

但这时候负载是1兆欧

那么你要在1兆欧电阻上产生1A电流

要多少电压呢？

要一百万V

所以电流源的本质

你要号称自己电流永远不变

不管接什么负载

那么你得拿得出电压出来

电流源的内阻

位于书本的2.1.4节

那么一般教材中呢

总是将电流源的内阻描述为无穷大

这个概念其实比电压源的内阻无穷小

还要难理解

我们想象一下

电流恒定，内阻还无穷大

那么依据焦耳定律I^2*R

你这个电源本身就得发多少热量

所以不能这么理解

与电压源的情况类似

电流源的内阻其实也是我们捏造出来的

现实中的电流源总是由电压源经过处理得来的

我们是不可能给电压源

去串联无穷大的内阻

来实现恒流功能的

我们只能是偷偷地改变电源电压

来实现恒流

我们参考图A

一个5毫安的恒流源

它的内部实际上是由

一个5V电压和一个100欧的内阻构成

这个实际内阻是100欧

远远达不到想象中无穷大内阻的样子

但是呢

当带的负载是900欧的时候

我现在输出的就是5mA的恒流效果

参考图B

当我的负载变了

变成9.9千欧的时候

我的等效内阻还是100欧

但是我这个时候

我偷偷地把我的电压上升到了50V

现在你一算

电流还是5mA

在负载看来

我并不知道里面发生了什么事情

我仍然是当成它是一个恒流源

好，我们本课小结

电流源在实际生活中例子非常少

我们用得很少

电焊机就是属于我们能够见得到的

为数不多的一个例子

我们看电焊机的条形面板上

是一个A

是调节焊接电流有多大

但是我说一句

我把它定义为电流源

实际上它是一个切换

它并不是说永远工作在恒流状态

比如说你还没有焊接的时候

这是它的两个输出

一正一负输出

如果它一直是电流源的话

无论电流多大

空气不导电，没有电流

那么它就会产生高压

把空气击穿导电

事实上它不是这个样子的

你没有形成导电，没有形成电弧

没有接上负载，没有接通

焊接电路没有形成之前

它实际上就是个电压源

输出几十V的电压

当这个导电沟道

它这个整个焊接回路形成以后

产生电流了

它切换到电流模式

而且切换的模式也是像我说的那样

偷偷地改变电压

电流小了，我升点电压

电流大了，我降点电压

来以此维持以达到恒定电流来焊接的目的

就说我们现实中用的电流源

也都是所谓的切换模式的

空载的时候，什么负载也不接的时候

它肯定还是个电压源

接上负载以后

通过偷偷调节电压

来反馈实现电流恒定

电压源与电流源理论上完全平等

数学上，物理上都是平等的

但是因为现实生活中材料价格不一样不平等

现实生活中绝缘体非常容易得到

空气,大量的物质都是绝缘的，导体难得

我们想象一下，如果反过来

绝缘体非常难得，而导体好得

其实是更可怕的事情

我们想象一下

一根导线需要绝缘

需要用导体把它包起来才能绝缘

而我们现在，空气就可以绝缘

哪个更危险呢？

那么，电压源开路就是零功耗

而电流源几乎要接超导体

才是零功耗

所以我们真正用的电流源

也不会是接超导体

而是不接负载的时候

实际上是电压源模式

接上负载再切换到电流源模式工作

那么任何电路，带电

放电压表就可以测到电压

放电流表就可以测到电流

那么它到底是哪种电源呢

它甚至可能不是电源

怎么办？我们改变负载

改变负载以后

看是电压几乎不变，它就是电压源

电流几乎不变，它就是电流源

那么电压电流都改变的这种

它就根本不是电源，只是个电路

那么电压源的本质

是足量电流的提供者

因为你想要在负载R两端实现恒定电压U

就必须给U/R的电流I

你拿得出这些电流才有可能

而输出电压怎么稳定

这个是可以偷偷，其实是个反馈

去改变电动势来实现的

那么电流源是足量电压的提供者

因为你要想在负载R上实现恒定电流I

你就必须提供I*R的电压

这些电压你必须要能提供

而且内阻无穷大的电流源根本就造不出来

如果内阻真是无穷大还是个电流源

I^2*R,焦耳定律,发热就受不了

我们现实中的电流源

都是靠电压偷偷调压得来的

你电流大了，我就降电压

你电流小了，我就升电压

总之我让你电流看起来负载上是稳定的

好，这节课就到这里

我们这节课来讲解电流源

位于书本的2.1.3和2.1.4两个内容

先来看电流源的本质

2.1.3节

虽然电压源比电流源常见

但是从纯理论上来讲

它们两的地位是平等的

电流源就是无论接什么负载

输出电流都是恒定的

那么既然它们理论上平等

那么为什么我们电网不设计成10A恒流供电呢？

正常情况下

我们也买不到任何恒流源电池

为什么电流源罕见

这其实呢是由于自然界导体和绝缘体

获取的难易程度决定的

如果绝缘体比导体还贵

我们肯定就会用恒流源了

那么当电压源不用的时候

我们不接负载就行了

这时候的功耗为U^2/R

由于空气就是很好的绝缘体

R非常大，所以功耗几乎为0

如果我们造一个电流源出来

它不接负载的时候

功耗I^2*R

绝缘体的电阻无穷大

功耗就很大

所以一个电流源不使用的时候

是必须用导线进行短接

而且最好是超导体短接

才不会消耗功率

因此我们一般不会去造电流源出来

那么电流源的本质呢

是能够提供足够电压的电路

我们看图A

IS1是一个1A的电流源

那么在接1欧负载的情况下

电流源只需要产生1V的电压

就可以对负载上实现1A

那么我们看图B

它也是一个1A电流源

但这时候负载是1兆欧

那么你要在1兆欧电阻上产生1A电流

要多少电压呢？

要一百万V

所以电流源的本质

你要号称自己电流永远不变

不管接什么负载

那么你得拿得出电压出来

电流源的内阻

位于书本的2.1.4节

那么一般教材中呢

总是将电流源的内阻描述为无穷大

这个概念其实比电压源的内阻无穷小

还要难理解

我们想象一下

电流恒定，内阻还无穷大

那么依据焦耳定律I^2*R

你这个电源本身就得发多少热量

所以不能这么理解

与电压源的情况类似

电流源的内阻其实也是我们捏造出来的

现实中的电流源总是由电压源经过处理得来的

我们是不可能给电压源

去串联无穷大的内阻

来实现恒流功能的

我们只能是偷偷地改变电源电压

来实现恒流

我们参考图A

一个5毫安的恒流源

它的内部实际上是由

一个5V电压和一个100欧的内阻构成

这个实际内阻是100欧

远远达不到想象中无穷大内阻的样子

但是呢

当带的负载是900欧的时候

我现在输出的就是5mA的恒流效果

参考图B

当我的负载变了

变成9.9千欧的时候

我的等效内阻还是100欧

但是我这个时候

我偷偷地把我的电压上升到了50V

现在你一算

电流还是5mA

在负载看来

我并不知道里面发生了什么事情

我仍然是当成它是一个恒流源

好，我们本课小结

电流源在实际生活中例子非常少

我们用得很少

电焊机就是属于我们能够见得到的

为数不多的一个例子

我们看电焊机的条形面板上

是一个A

是调节焊接电流有多大

但是我说一句

我把它定义为电流源

实际上它是一个切换

它并不是说永远工作在恒流状态

比如说你还没有焊接的时候

这是它的两个输出

一正一负输出

如果它一直是电流源的话

无论电流多大

空气不导电，没有电流

那么它就会产生高压

把空气击穿导电

事实上它不是这个样子的

你没有形成导电，没有形成电弧

没有接上负载，没有接通

焊接电路没有形成之前

它实际上就是个电压源

输出几十V的电压

当这个导电沟道

它这个整个焊接回路形成以后

产生电流了

它切换到电流模式

而且切换的模式也是像我说的那样

偷偷地改变电压

电流小了，我升点电压

电流大了，我降点电压

来以此维持以达到恒定电流来焊接的目的

就说我们现实中用的电流源

也都是所谓的切换模式的

空载的时候，什么负载也不接的时候

它肯定还是个电压源

接上负载以后

通过偷偷调节电压

来反馈实现电流恒定

电压源与电流源理论上完全平等

数学上，物理上都是平等的

但是因为现实生活中材料价格不一样不平等

现实生活中绝缘体非常容易得到

空气,大量的物质都是绝缘的，导体难得

我们想象一下，如果反过来

绝缘体非常难得，而导体好得

其实是更可怕的事情

我们想象一下

一根导线需要绝缘

需要用导体把它包起来才能绝缘

而我们现在，空气就可以绝缘

哪个更危险呢？

那么，电压源开路就是零功耗

而电流源几乎要接超导体

才是零功耗

所以我们真正用的电流源

也不会是接超导体

而是不接负载的时候

实际上是电压源模式

接上负载再切换到电流源模式工作

那么任何电路，带电

放电压表就可以测到电压

放电流表就可以测到电流

那么它到底是哪种电源呢

它甚至可能不是电源

怎么办？我们改变负载

改变负载以后

看是电压几乎不变，它就是电压源

电流几乎不变，它就是电流源

那么电压电流都改变的这种

它就根本不是电源，只是个电路

那么电压源的本质

是足量电流的提供者

因为你想要在负载R两端实现恒定电压U

就必须给U/R的电流I

你拿得出这些电流才有可能

而输出电压怎么稳定

这个是可以偷偷，其实是个反馈

去改变电动势来实现的

那么电流源是足量电压的提供者

因为你要想在负载R上实现恒定电流I

你就必须提供I*R的电压

这些电压你必须要能提供

而且内阻无穷大的电流源根本就造不出来

如果内阻真是无穷大还是个电流源

I^2*R,焦耳定律,发热就受不了

我们现实中的电流源

都是靠电压偷偷调压得来的

你电流大了，我就降电压

你电流小了，我就升电压

总之我让你电流看起来负载上是稳定的

好，这节课就到这里