1.4.2 受控电源

1.受控源的符号和特性

受控电源简称受控源，从结构上看，受控源有两个端口，一个叫作输入端口，另一个叫作输出端口；每个端口都需要两个外接端子，以便与电路其他部分实现电信号的耦合。输入端口上的电压叫作输入电压，用u₁表示；输入端口上的电流叫作输入电流，用i₁表示。输出端口上的电压叫作输出电压，用u₂表示；输出端口上的电流叫作输出电流，用i₂表示。受控源的电路符号，是具有两个外接端口（4个外接端子）的电路元件，如图1-19所示，其中虚线框代表受控源的物理结构边界。

从功能上看，受控源具有如下特征：输出电压（或电流）与输入电压（或电流）成比例，或者说，受控源输出端口上的电压（或电流）“受控”于输入端口上的电压（或电流），在输入端口上，用于控制的信号或为电压，或为电流；在输出端口上，被控制的信号也是或为电压，或为电流。根据控制信号和被控制信号所对应的电路变量类型的不同，受控源可以分为以下4种。

1）电压控制电压源（VCVS）：如图1-19a所示，元件的输出电压u₂受输入电压u₁控制，且有关系式u₂=k_uu₁，k_u称为电压增益，它是无量纲的数，没有物理单位。

2）电压控制电流源（VCCS）：如图1-19b所示，元件的输出电流i₂受输入电压u₁控制，且有关系式i₂=gu₁，g称为转移导纳，它具有以S为单位的系数。

3）电流控制电压源（CCVS）：如图1-19c所示，元件的输出电压u₂受输入电流i₁控制，且有关系式u₂=γi₁，γ称为转移阻抗，它具有以Ω为单位的系数。

4）电流控制电流源（CCCS）：如图1-19d所示，元件的输出电流i₂受输入电流i₁控制，且有关系式i₂=k_ii₁，k_i称为电流增益，它是无量纲的数，没有物理单位。

图1-19 4种典型的受控源

电路理论中，用菱形符号代表受控源。菱形内部的直线段，如果与菱形外部导线重合，就代表受控电压源；如果与菱形外部导线垂直，就代表受控电流源。

受控源左边的两个端子构成受控源的一个外接电路端口，代表受控源的控制端（也称为输入端），外部电压或电流通过控制端输入到控制源；控制端口的电压和电流设定为关联参考方向，如图1-19所示，控制端（由左侧两个外接端子构成）电压u₁参考方向为上正下负，控制端电流i₁参考方向为从控制电压正端（点画线框左侧上端子）流入，从控制电压负端（点画线框左侧下端子）流出。右边的两个端子构成受控源的输出端（受控端），受控源所产生的电压或电流从该端口输出到外部电路；受控源输出端口的电压和电流同样设定为关联参考方向，输出端如图1-19所示，受控端（由右侧两个外接端子构成）电压u₂参考方向为上正下负，输出端电流i₂从输出端电压正端（虚线框右侧上端子）流入，从输出端电压负端（虚线框右侧下端子）流出。

下面以图1-19a为例来深入理解受控源这个概念。菱形符号代表受控源，据图可知，u₂=ku₁，该表达式可以解释为：在图示参考方向下，输出电压u₂等于输入电压u₁的k倍，说明输出电压u₂的大小和方向都受输入电压u₁的控制，此时，控制量是电压，被控制量也是电压，所以叫作电压控制电压源，缩写为VCVS。理想电压控制电压源的控制端口只需输入控制电压，无须输入控制电流，所以图1-19a中的控制电流i₁=0，表示没有控制电流输入。

受控源有时也称为相关源，经常用于建立某些电子元件的等效模型，用来表示元件不同端口上电压电流的控制与被控制关系。在实际使用受控源时，需要将受控源输入端口的两个端子连接到电路某两点，输出端口的两个端子连接到电路中另外两点，此时受控源输出端口所产生的信号在大小和方向均受控于输入端口的信号，从而可以实现用电路中一个地方的电压或电流去控制另一个地方的电压和电流的目的。

2.受控源在电路图上的表示

受控源从根本上要表明的是“电路中某个地方的电压或电流，受另一个地方的电压或电流控制”，所以受控源应该是个四端元件，两个输入端负责接收控制信号（电压或电流），两个输出端负责输出受控信号（电压或电流）。而在电路原理图中，为了简单起见，通常不把受控源画成四端元件，而是画成二端元件，同时借助数学表达式，表示这种控制关系。图1-20分别是4类受控源的常见表示法。

图1-20 受控源在电路图中的表示