理想的电源是什么样？（电压源和电流源）

理想电压源与理想电流源分别定义为零输出阻抗与无限大输出阻抗，前者维持电压恒定，后者保持电流不变。从信号链角度看，理想电源还要求无噪声、无纹波、无瞬态扰动且全频段低阻抗，而实际电源只能通过基准、LDO、滤波与去耦等手段逼近这一目标。

任意一个电路本质上都是电源（不知道谁说的，还挺有道理的）；实际我们在使用过程中都是有一个完美的模型，只是往后看，加入了现实的非理想状态，日常我也写了不少电源，那这篇就不妨从理想电源出发。

理想电源可以理解为：无论外部负载怎么变化，它都能把“该保持的电气量”保持得完全不变，并且不引入任何误差、噪声、纹波、漂移和延迟。

俩种理想源

在电路理论里，最常见有两种理想电源：

理想电压源

理想电压源的定义是：

无论负载电流是多少，输出电压永远等于设定值 。

例如一个理想 5 V 电源：

不管外部接的是 、、，甚至短路，它都能保持 5 V。

如果负载是电阻 ，负载电流为：

当  越小时，电流越大。理想电压源可以输出无限大的电流。

所以理想电压源的核心特性是：

也就是输出阻抗为 0，此点非常重要，点出来了电源分配网络的核心。

它的等效模型是：

对于理想电压源：

所以：

理想电流源

理想电流源的定义是：

无论负载电阻是多少，输出电流永远等于设定值 。

例如一个理想 1 mA 电流源：

如果负载是 ，输出电压为：

如果负载是 ，输出电压为：

理想电流源可以产生无限大的电压来维持电流不变，这是欧姆定理的具象化。

所以理想电流源的核心特性是：

也就是输出阻抗无限大。

负载能力

理想电压源希望输出端像一个刚性电压节点：

负载电流变化时，电压不变。

真实电源会因为内阻产生压降：

例如一个 5 V 电源，输出阻抗 ，负载电流 1 A，则压降为：

输出变成：

但理想电源不会这样，因为它的输出阻抗为 0。

信号链角度的理想电源

对精密信号链来说，理想电源不只是“电压准确”，还应该满足：

也就是任何时间都不变。

真实电源一般是：

其中：

是直流误差；

是随机噪声；

是纹波，比如开关电源的开关频率残留；

是负载突变时产生的瞬态扰动。

理想电源要求这些全部为 0：

所以：

理想电源在频域上的样子

真实电源的输出阻抗不是一个固定数，而是频率相关的：

理想电压源要求：

对所有频率都成立。

也就是说：低频负载变化，电压不掉；中频动态电流变化，电压不抖；高频尖峰电流变化，电压也不出现毛刺。

理想电源对传感器激励

用恒压源激励一个电桥：

理想情况下，电桥输出只由桥臂电阻变化决定：

如果激励电压波动：

那么桥输出也会跟着波动：

所以激励源噪声会直接变成测量误差。

3042 里面有一个应用就是做高精度的激励

对比例式测量系统来说，可以让 ADC 的参考电压和桥激励来自同一个源，这样一部分电源误差会抵消：

如果：

并且：

那么：

这就是比例式测量的优势。

实际电源与理想电源的差别

真实电源一定有这些非理想因素：

所以真实电源只能接近理想，不能等于理想。

我们如何接近理想电源

一般会用这些方法：

使用低噪声基准源，用于 ADC、DAC、传感器激励基准；后级使用LDO 稳压以便降低开关电源纹波和高频噪声；在输入输出处加入RC / LC / 磁珠滤波，以抑制不同频段的电源噪声；PCB 设计时局部多加去耦电容，一般给芯片瞬态电流提供局部低阻抗路径。

还经常给运放缓冲基准源，提高带载能力，降低负载变化对基准的影响。

后记

理想电压源：输出电压永远不变，输出阻抗为 0。

理想电流源：输出电流永远不变，输出阻抗无限大。

对于精密信号链来说，理想电源还意味着：

无噪声、无纹波、无温漂、无瞬态扰动、无限带载能力、全频段低输出阻抗

所以电源这个事情还是处于发展的阶段，真真正正的均衡选手还没有看见。