14. 電圧源と電流源

電源は内部抵抗を含んでおり、電圧源の等価回路は図「電圧源」の端子$a,b$の左側のように表される。$E_0$が起電力、$r$が内部抵抗である。端子$a,b$間に負荷抵抗$R$が接続されると電源および負荷に電流$I$が流れる。このとき、端子間$a,b$の出力電圧$E$は、$$E=E_0 - rI$$となる。つまり、出力電圧$E$は、起電力$E_0$から、内部抵抗$r$による電圧降下$rI$ほど低下することになる。負荷抵抗$R$が接続されていないとき、すなわち開放電圧は、電流が流れないので内部抵抗による電圧降下が$0\; V$で、$E=E_0$となる。また、端子$a,b$を短絡したときの電流、短絡電流$I$は、$$I=\frac$$となる。通常、電圧源の内部の電圧降下を小さくするために内部抵抗$r$は、小さい方が良い（理想的には$r=0$）。しかし、$r=0$とすると短絡電流は、$I \rightarrow \infty$となってしまう。

電流源

電流源の等価回路は図「電流源」の端子$a,b$の左側のように表される。電圧源と等価とするため、電流源の供給電流$I_s$を$$I_s = \frac$$とする。端子$a,b$に負荷を接続すると、電流$I$は、$$I = I_s - I_r = I_s - \frac \\ = \frac - \frac = \frac$$となる。この式は、$$E = E_0 - rI$$と書けるので、電圧源に負荷を接続したときの式と同じである。ちなみに、$I=0$のときの出力電圧は$E_0$、$a,b$間を短絡したときの短絡電流は$I_s=\frac$となる。よって、この電流源の等価回路は、電圧源の等価回路と同じであり、相互に変換可能であることがわかる。

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