对于什么是电源，大家都感觉这还不简单吗，市电是220V交流电源，锂电池是4.2V直流电源，干电池是1.5V直流电源。但是，只要是能输出电压的电路就能叫电源吗？此外，我们日常生活中遇到的上述电源其实只是电源中的“电压源”，对于电源的另一种“电流源”却知之甚少。
我们从一个真实的笑话来开启电压源与电流源的学习之旅。一天，一个学生跑来问我，他的5V/1A的电源找不到了，他找到一个5V/2A的，插上去会不会把他的设备给烧了。石化的同时，我意识到有必要讲讲什么是电压什么是电流了。

1 电压源的本质

我们来看图1所示的电位器电路，输入电压V1是5V，电位器P1电阻5kΩ，电位器调整端处于正中间位置。那么UO的输出用电压表就可以测得是2.5V，我们可以认为UO是一个2.5V的电压源吗？

UO显然不能当做2.5V的电压源来使用。如果在UO输出端加上2.5kΩ的负载，UO的电压就会降为1.67V。这个结果计算起来也非常简单，利用电阻分压关系就可得到。
那么什么样的电路可称为电压源呢？就是无论带什么样的负载，输出电压保持不变的电路才是电压源。那么怎么才能做到带什么负载输出电压都保持不变呢？喊口号，电压就是不许变有用吗？在这里，我们将引入一个全新的视角去理解电压和电流的关系：

一个电路想要输出电压不变，那它必须有强有力的输出电流能力，而不仅仅是喊口号就能使输出电压不变。
在2.5kΩ的轻负载下，5V的电压源V1仅需提供2mA电流就可以号称自己是5V的直流电压源。
1mΩ的重负载电路中，5V电压源必须提供5000A的电流，才能是5V直流电压源，这无疑必须是土豪家才有资格拥有的电压源了。

2 电压源的内阻

在一般的教材中，总是把电压源等效为理想电动势与内阻的串联，拥有极小内阻的电源才是电压源。在这种理解下，好像我们舍得花钱买足够粗的铜线去做电源或者发电机，就能得到理想电压源似的。电源的内阻不能想象成就是真实的导线电阻，而是等效电阻的概念。

图2 高内阻电压源的轻负载工作

图3 没有内阻的电压源

图2电压源V1的“导线内阻”r为2.5kΩ，这么大的“内阻”按通常理解就不是电压源了，但是只要负载足够轻，比如1MΩ，从右往左看进去，左边的“黑匣子”的输出电压就是5V。
图3所示，当负载变成2.5kΩ时，我们“偷偷”的把V1电压升高到了10V，但是在外部电路看起来，电源的输出电压仍然是5V，这是一个没有内阻的电源！
我们可以毫无压力的制造出“0Ω内阻”的电源，但2.5kΩ负载上产生5V电压所需2mA电流是骗不了人的。所以，电压源的本质是“电流提供者”。

电压源的等效内阻并不反映真实电源电动势和导线电阻，而是人们约定的一种电路参数描述方式。实际应用中，我们往往是“偷偷”的改变电动势来实现电压源效果，而不是花钱买粗铜线降低电阻。

3 电流源的本质

虽然电压源比电流源常见，但是电流源在理论上的地位却是与电压源平等的。电流源就是无论接什么负载，输出电流是恒定的。
既然电压和电流在理论上是平等的，为什么我们的电网不设计成10A恒流供电呢？正常情况下，我们也买不到任何恒流源电池。
这是由自然界导体与绝缘体获取的难易程度决定的，如果绝缘体比导体贵的多，我们八成用的就该是恒流源了。

（1）自然界的绝缘体到处都是，空气就是性能非常好的绝缘体，同样性能优异的导体则要逼近超导体的性能才行。我们因为经济原因被迫使用的导体铜，导电性能其实和“渣”一样。
（2）电压源不使用时，只要不接负载就行，此时的功耗为UU/R，由于绝缘体的电阻轻松极大，所以功耗几乎为零。
（3）电流源不使用时，不接负载的功耗为II*R，绝缘体的电阻极大，功耗也就极大了。所以电流源不使用时，必须用导体短接，最好是超导体短接，才不消耗功率。

电流源的本质是能够提供足够电压的电路。如果电流源被开路，也就是以空气作为负载，那么理想电流源的唯一选择就是产生极高的电压击穿空气导电，维持恒流。
（1）如图4（A）所示，IS1为1A的电流源，在接1Ω负载R1的情况下，电流源的输出电压是1V。
（2）如图4（B）所示，IS2也为1A的电流源，在接1MΩ负载R2的情况下，电流源的输出电压是1MV。

图4 电流源的输出电压

4 电流源的内阻

一般教材中，总是将电流源的内阻描述为无穷大，这是比电压源内阻无穷小还要难以理解的事情。电流恒定，内阻无穷大，这按照焦耳定律得发多少热，这该是多奇葩的一种电源？与电压源情况类似，电流源的内阻其实也是“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。电压源不可能通过串联无穷大内阻来实现恒流源的功能，只能是如图4所示那样，通过“偷偷”改变电源电压来实现恒流源。

（1）参考图5（A），5mA等效电流源的实际内阻是100Ω，远远达不到电流源无穷大内阻的要求。当负载电阻R1为900Ω时，V1输出电压5V，即可实现输出5mA电流源的效果。
（2）参考图5（B），当负载R3变为9.9kΩ时，等效电流源的内阻还是100Ω，但是V2电压“偷偷”的变成了50V。这样在负载看来，电流仍然是5mA，等效电流源的等效内阻为无穷大。

图5 电流源等效电路

我们回到5V/2A的电源适配器到底代表什么含义上来。由于导体特别是超导体远比绝缘体难以获得，所以现有的电源未加说明都默认是电压源。
5V/2A的电源的含义就是输出电压为5V的恒压电源，额定输出电流为2A。
（1）在轻负载时，实际电源适配器的输出电压会高于5V，达到5.5V都是有可能的，至于输出电流是多大，则取决于负载电阻大小。
（2）在重负载时，比如额定负载2.5Ω时，输出电压应该在5V附近，实际4.8V也算正常。
（3）负载电阻比2.5Ω还要小的时候，电源适配器的表现则可能是处于过流保护状态，也可能输出电压远比5V要低。
（4）既满足一定输出5V电压，又满足一定输出2A电流的电源是不存在的，这就像是“自相矛盾”那个成语一样了。只有2.5Ω负载时，才可能恰好出现这样的情况。所以，完全不用担心5V/2A电源适配器会烧坏设备。

问题1：一个额定电压为5V的电压源，其内阻为100mΩ，如果要在输出电流为1A时保证输出电压为5V，那么空载时输出电压应为多少？
参考答案：输出电流为1A时，电压源内阻上的压降为100mΩ *1A=0.1V。因此空载电压应为 5V+0.1V=5.1V
问题2：用5V/2A的充电器给5V/1A的手机充电，会充坏手机吗？为什么？
参考答案：不会。因为充电器是恒压源，5V/2A指的是最大输出电流为2A，给5V/1A的手机充电时输出电流只有1A。

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