1.4.1 理想獨立電源

獨立電源在電路中獨立地提供能量，在特定情況下有時也被稱為信號源或激勵源，不論其稱謂如何，只要一個電路元件能夠在電路中獨立地提供能量，就可以叫作獨立電源。如果不需要特別指明，獨立電源常常簡稱電源。根據電源特性的不同，獨立電源又可分為獨立電壓源和獨立電流源。

1.獨立電壓源

獨立電壓源的特性是在任何時刻，無論通過該電源的電流多大，其端電壓永遠等于電源的電動勢。根據功率的計算公式p=ui，當電流無限增大時，獨立電壓源的輸出功率也將無限增大。顯然在實際電路中不可能存在這樣的電源，因此獨立電壓源只是實際電源在一般條件下的近似。例如，當輸出電流較小時，家用插座的輸出電壓能夠保持不變，此時認為家用插座是獨立電壓源是合理的；嶄新的電池內阻很小，在輸出小電流時，也可以認為是理想電壓源。

如果獨立電壓源的電壓u_S不隨時間變化，即電壓值為常數，則稱為直流獨立電壓源（電池也是直流獨立電壓源的一種）。圖1-17是幾種不同獨立電壓源的電路符號，其中圖1-17a為直流獨立電壓源的符號，圖1-17b是一般的獨立電壓源，它具有更廣泛的代表意義，而圖1-17c為電池符號。其中的符號u_S是通常的寫法，下標S表明了這是一個電源。

獨立電壓源的端電壓完全由自身特性決定，與流經它的電流的方向、大小無關。以圖1-17b為例，符號u表示獨立電壓源兩端的電壓，符號u_S表示獨立電壓源自身的電動勢，在圖1-17b所示的極性之下，獨立電壓源的特性可以表示為

式（1-14）完全描述了獨立電壓源的特性。式（1-14）一方面表明，獨立電壓源可以完全決定自身的端電壓；另一方面也表明，獨立電壓源不能決定自身的電流，因為即使已知獨立電壓源的端電壓u（它永遠等于電動勢u_S），也無法從式（1-14）計算出獨立電壓源的電流。

獨立電壓源的電流必須由它與外接電路共同決定。因通過電流的實際方向不同，獨立電壓源可以對外電路提供電能，真正起電源作用；也可以作為負載從外電路接受能量。

最后，思考一個問題，獨立電壓源的電阻有多大？讀者也許會問，獨立電壓源可以談得上電阻嗎？對于這個問題，我們需要回到最初的概念——電阻是什么？答案是，電阻指的是元件對電流的阻礙作用。所以，我們完全可以問以下問題——獨立電壓源對電流阻礙作用有多大？

顯然，要計算獨立電壓源的電阻，無法用端電壓除以電流來計算，因為電流大小不確定，二者的比值也就不確定。這與非線性電阻的特點類似，用計算非線性電阻阻值的方法試試看，把式（1-14）代入計算過程，并注意u_S與獨立電壓源的電流無關這一事實：

上面的計算表明，獨立電壓源的內阻為0，這說明獨立電壓源對電流沒有任何阻礙作用。這意味著，獨立電壓源的最小電流可以是0，最大電流要看外部電路，只要外界條件允許，通過多大電流都可以。當然，讀者一定要注意，我們這里討論的是理想獨立電壓源，而不是實際電壓源。

2.獨立電流源

獨立電流源也是一種理想電源，它具有流經的電流完全獨立于電源兩端的電壓的特點。對于直流獨立電流源而言，無論電源兩端的電壓多大，輸出電流始終保持恒定。圖1-18所示是獨立電流源的電路符號。

獨立電流源輸出電流i_S僅取決于其自身特性，與其端電壓的大小和方向無關。如果用符號i表示流過獨立電流源的電流，并假設其參考方向與i_S的方向相同，則獨立電流源的特性可以表示為

式（1-15）表明，獨立電流源可以完全決定流過自身的電流；另一方面也表明，獨立電流源不能決定自身的電壓，因為即使已知流過獨立電流源的電流i（它永遠等于i_S），也無法從式（1-15）計算出獨立電流源的端電壓。

獨立電流源的端電壓必須由它與外部電路共同決定。因端電壓實際極性的不同，與電壓源一樣，它可以向外電路提供電能，也可以從外電路接受能量。

獨立電流源同樣也是實際電路元件在常規工作條件下的近似，在現實中，不可能存在輸出電流不受其電壓影響的電流源。獨立電流源主要用于電子電路分析。

我們思考一個假設性的問題，以便加深對獨立電流源的認識：假設我們擁有一個獨立電流源，在不使用時，應該如何保存它？能不能像電池（它可以作為理想獨立電壓源在現實中的對應）那樣，把它兩端開路，然后密封起來保持干燥？答案是不能，因為不論在任何情況下，理想獨立電流都必須流過大小和方向等于i_S的電流，即使我們沒有使用它，也必須流過這個電流。所以如果真要保存或者攜帶一個理想獨立電流源，不僅不能把它開路，反而要把它的兩端短路起來，以便提供一個電流的通路。進一步思考，這樣把兩端短路起來，會不會把獨立電流源的能量耗盡（真正的電池可是絕對不允許這樣短路）而把獨立電流源燒壞？答案是不會，因為此時外部電路沒有消耗任何能量，根據能量守恒原理，獨立電流源也就不可能提供任何能量。請不必對此感到困惑，因為我們現在所討論的是理想化的電源，它們在實際生活中是不存在的。

最后，我們再來討論一下獨立電流源所具有的電阻，由于獨立電流源特性方程式（1-15）沒有電壓符號，所以直接求解電阻值似乎也有些困難，不過我們可以首先根據非線性電導的計算公式來計算獨立電流源的電導：

上面的計算表明，獨立電流源的電導為0，這意味著，獨立電流源的最小電壓可以是0，最大電壓要看外部電路，只要外界條件允許，多大電壓都可以。當然，我們這里討論的依然是理想獨立電流源。

因為電阻與電導互為倒數，所以，獨立電流源的內阻為無窮大，這說明獨立電流源對電流的阻礙作用達到了相當于開路的程度，換句話說，獨立電流源不允許電流流過。讀者一定會對這個結論感到不可思議，獨立電流源不是任何時刻都必須通過大小和方向等于i_S的電流嗎，怎么又說“獨立電流源不允許電流流過”呢？要注意，這句話是從獨立電流源內阻為無窮大這個意義上說的，所以，還是得回到電阻的概念上：電阻指的是元件對與電流的阻礙作用，如果在元件兩端施加電壓，產生的電流越大，說明阻礙作用越小，電阻阻值也越小，反之亦然。根據獨立電流源的特性可知，不論外加的端電壓多大，都不會因該外加電壓而增加或減少任何電流，它只能流過自身確定的電流。外加電壓對通過電流沒有任何影響，所以，對電壓而言，理想獨立電流源相當于開路。

電路理論中，用圓形符號代表獨立源，其內部的直線段用來區分電壓源和電流源。如果圓形符號的內部直線段與外部直線（用來代表導線）重合，則代表獨立電壓源；如果內部直線段與外部導線垂直，則代表獨立電流源。