正确把握“电路和电子技术”中“源”的丰富内涵

正确把握电路与电子技术中“源”的丰富内涵

丁国臣 姜玉红 纪明霞

（海军航空工程学院青岛分院电子系 青岛 266041）

【摘 要】电路与电子技术课程中含有“源”的名词非常多，如电源、激励源、理想电源、实际电源、独立源、受控源、有源网络、无源网络、有源器件、无源器件等诸多名词都含有“源”这个字。只有正确的把握好这些“源”的丰富内涵，才能学习好电路与电子技术课程及其应用。

【关键词】电源 有源网络 无源网络 有源器（元）件 无源器（元）件

电路与电子技术课程中含有“源”的名词非常多，譬如，电源、激励源、理想电源、实际电源、独立源、受控源、有（含）源网络、无源网络、有源器件、无源器件等诸多名词都含有“源”这个字。如果不能正确把握这些概念的准确含义，无疑会给我们学习电路与电子技术课程带来很大的麻烦，因此我们有必要对这些概念进行一次集中梳理。本文以线性元器件为例进行讨论。

一、电源及其分类

电能或电信号的发生器称为电源。由于电路中的电压、电流是在电源的作用下产生的，因此电源又称为激励源或激励。

根据电源结构的不同可以将其分为实际电源和理想电源两种。理想电源又称为独立（电）源，是由实际电源抽象得到的电路模型；而实际电源可由理想电源与电阻的串联组合来模拟。实际电源又可以进一步分为实际电压源和实际电流源，而理想电源又可以进一步分为理想电压源（也称为独立电压源）和理想电流源（也称为独立电流源）。

根据电源供电方式的不同可以将其分为独立源与受控源两种类型。独立源是一种能向外电路输出一定数值的电压或电流的电路元件。所谓“独立”是指电源的输出不受电路中其它支路电压和电流的影响。独立源有两种，即独立电压源和独立电流源。受控源也是一种能输出电压或电流的元件，只不过它的输出受其它支路电压和电流的控制，这便是“受控”的含义。受控源又称为非独立电源，它是一种耦合元件。受控源又可以分为受控电压源和受控电流源，如果根据控制量和被控制量来划分，则受控源还可以进一步分为电压控制的电压源、电压控制的电流源、电流控制的电压源和电流控制的电流源四种。

电源的分类如图1所示。

图1 电源的分类电源独立源受控源受控电压源

受控电流源独立电压源

独立电流源

理想电压源

理想电流源

实际电压源

实际电流源

图2 电源、负载判别用图

2V 2V

对于电路中的一个元件到底是起“电源”作用，还是起“负载”作用，如何进行判断呢？这可以采用计算元件功率的方法来进行判别。即不论元件的电压和电流是关联还是非关联，

只要计算得到其功率大于零，则为负载，是耗能元件；计算得到其功率小于零，则为电源，是非耗能元件。

如图2所示，试判别各元件是起电源作用，还是起负载作用。根据图2所示参考方向可算得各元件的功率分别为：P Us 1=-6W ；P R 1=9W ；P Is 1=-3W ；P Us 2=6W ；P R 2=9W ；P Is 2=-15W 。由此可以得出结论：U s 1，I s 1，I s 2是电源；R 1，U s 2，R 2是负载。可以看出电源在电路中并不总是起“电源”作用，如果它吸收功率则起负载作用，这一点尤其应引起大家的注意。

二、有源网络与无源网络

有源网络与无源网络中的“源”指“独立源”，而非“受控源”。有源网络（又称含源网络）是指网络内部至少含有一个独立源的网络；无源网络是指网络内部不含任何独立源的网络。需要注意的是，如果一个网络内部含有受控源，但不含独立源时，此网络是无源网络而非有源网络。

根据网络端子的个数可将其分为有源二端网络、有源四端网络与无源二端网络、无源四端网络或多端网络等。如图3所示，（a ）是有源二端网络，（b ）是无源二端网络。

图3 有源与无源二端网络(a)(b)

其典型的应用主要有①无源二端网络最终等效为一个电阻；②有源二端网络最终等效为一个实际电压源或实际电流源模型（即戴维南定理和诺顿定理）③二端口的等效等。

三、有源元件与无源元件

若元件在任何时刻从外部吸收的能量满足关系式

⎰⎰∞

-∞-≥==t t d i u d p W 0)()()(ξξξξξ 称之为无源元件，否则为有源元件。上式u 、i 取关联参考方向，并对u 、i 取所有可能的组合。

若是电阻元件可直观的根据其特性曲线在u -i 平面上的位置判断它的有源性或无源性。u 、i 取关联参考方向时，若特性曲线总位于第一、三象限，则为无源电阻元件。若特性曲线只要有一小段处于二、四象限，则是有源电阻元件。

线性（正）电阻元件、电容元件、电感元件、理想回转器和理想变压器均为无源元件；线性负电阻元件、负电容元件、负电感元件和理想负阻抗变换器均为有源元件。

还要注意区别元件的“有源性和无源性”与元件的“耗能和非耗能”是不同的概念。在电路中无源元件不一定是耗能元件。而有源元件也不一定是非耗能元件，这取决于电路的工作点。例如电感、电容元件是无源元件，但它们都是非耗能元件；而独立源是有源元件，但若它们在电路中从外部吸收能量，则表现为“耗能元件”，即“负载”特性。

四、有源器件与无源器件

（一）有源器件

如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。有源器件一般用来信号的放大、转换等。从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：①自身也消耗电能；

②除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。

有源器件是电子电路的主要器件，从物理结构、电路功能和工程参数上，有源器件可以分为分立器件和集成电路器件两大类。而集成电路器件又可以分为模拟集成电路器件和数字集成电路器件两类。

常用的分立器件主要有①双极型晶体三极管，一般简称三极管；②场效应晶体管③晶闸管（thyristor），也叫可控硅④半导体电阻与电容——用集成技术制造的电阻和电容，用于集成电路中。

模拟集成电路器件是用来处理随时间连续变化的模拟电压或电流信号的集成电路器件。基本模拟集成电路器件一般包括①集成运算放大器，简称集成运放；②比较器；③对数和指数放大器；④模拟乘/除法器；⑤模拟开关电路；⑥PLL电路，即锁相环电路；⑦集成稳压器；⑧参考电源；⑨波形发生器；⑩功率放大器等。

数字集成电路器件是用来处理在时间上和数量上都是离散的数字电压或电流信号的集成电路器件。基本数字集成电路器件一般包括①基本逻辑门；②触发器；③寄存器；④译码器；⑤数据比较器；⑥驱动器；⑦计数器；⑧整形电路；⑨可编程逻辑器件（PLD）；⑩微处理器（MPU）；○11单片机（MCU）；○12DSP器件；○13DDS器件等。

（二）无源器件

不依靠外加电源的存在（即使是使用了电压或电流来描述其关系）就能独立表现出其外特性的器件就是无源器件。所谓“外特性”就是描述器件的某种关系量，比如伏安特性或伏安关系等。

无源器件的外特性与它们是否作为策动源而存在没有关系。如电阻、电感、电容等都是无源器件，它们的共同特点是在电路中无需加电源即可在有信号时工作。

五、结束语

电路与电子技术课程中的“源”虽然意义丰富，但只要概念清晰，加以实用，理解它们并不难。充分利用这些概念的特点——对偶性，掌握它们更是一种简单而有趣的事情。

另外，也只有学好了这些概念，才能深刻领会叠加定理、戴维南定理等重要内容的含义，从而加以正确的利用这些定理解决实际问题。

参考文献：

[1]《电路》第五版，邱关源，高等教育出版社，2006.05；

[2]《电路理论基础》，汪建，华中科技大学出版社，2002.05；

[3]《电工学》第六版，邱关源，高等教育出版社，2007.05；

[4]《模拟电子技术基础》，童诗白、华成英，高等教育出版社，2003.02；

[5]《现代电路理论》邱关源，高等教育出版社，2005.01。