可编程直流电源是一种电子设备,能够提供稳定和可调节的直流电流和电压。它利用非静电力的作用,使正电荷从电位较低的负极流向电位较高的正极,从而维持两个电极之间的电位差,形成稳定的电流。
可编程直流电源中的非静电力的作用是在电源内部将负极的电荷牵引到正极,从而维持电位差。当可编程直流电源与外电路接通时,电流通过负载电阻,向外电路提供电能。在电源外部,电场力的作用形成电流,而在电源内部,非静电力的作用则是使电流从负极流向正极。
电源的一个重要特征量是它的电动势,它等于单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时非静电力所作的功。当电源给电路提供能量时,所供给的功率等于电源的电动势与电流的乘积。电源的另一个特征量是它的内电阻(简称内阻),当通过电源的电流为一定值时,电源内部会损耗一部分功率,这部分功率以热的形式散失,称为焦耳热。
当把负载电阻接到电源的两极上以构成闭合回路时,通过电源内部的电流从负极流到正极,这时,电源所提供的功率等于输送到外电路的功率与内电阻中损耗的热功率之和。因此,当电源向负载电阻提供功率时,电源两极间的电位差等于电源电动势减去内阻乘电流的值。
当用另一个电动势较大的电源接到电动势较小的电源上以增加电压时,在电动势较小的电源内部,电流是从它的正极流到负极的,这时,外界向电源输入的功率等于电源中单位时间内储存的能量与内电阻中损耗的热功率之和。因此,当外界向电源输入功率时,加到电源两极之间的电压等于电动势与内阻乘电流之和。
为了取得较高的直流电压,可将可编程直流电源串联使用。这时总电动势为各电源的电动势之和,总内阻也为各电源内电阻之和。这种串联使用方式一般只用于所需电流强度较小的电路。为了取得较大的电流强度,可以将等电动势的可编程直流电源并联使用。这时总电动势即为单个电源的电动势,总内阻为各电源内电阻的并联值。
不同类型的可编程直流电源中,非静电力的性质不同,能量转换的过程也不同。例如,在化学电池(例如干电池、蓄电池等)中,非静电力是与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用;在温差电源(例如金属温差电偶、半导体温差电偶)中,非静电力是与温度差和电子的浓度差相联系的扩散作用;在直流发电机中,非静电力是电磁感应作用。