Идеальный источник напряжения: Срок регистрации домена electrophysic.ru истёк — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Файл: Источник Э.Д.С. и источник тока..docx — Страницы №№1-3

Источник ЭДС

Рисунок 1 — Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа)

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в цепи). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.

В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.

Реальные источники напряжения

Рисунок 2

Рисунок 3 — Нагрузочная характеристика

Идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить существование такого устройства, то электрический ток I, протекающий через него, стремился бы к бесконечности при подключении нагрузки,

сопротивление R_H которой стремится к нулю.

Но при этом получается, что мощность источника ЭДС также стремится к бесконечности, так как . Но это невозможно, по той причине, что мощность любого источника энергии конечна.

В реальности, любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением r, которое имеет обратную зависимость от мощности источника. То есть, чем больше мощность, тем меньше сопротивление (при заданном неизменном напряжении источника) и наоборот. Наличие внутреннего сопротивления отличает реальный источник напряжения от идеального. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника энергии. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение источника ЭДС —

Е(идеального источника напряжения) и внутреннего сопротивления — r.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (источника ЭДС) (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

где

— падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

— падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании ( ) , то есть вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток будет максимальным для данного источника ЭДС. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока^[1]

Рисунок 2.1 — Обозначение на схемах источника тока

Рисунок 3 — Генератор тока типа токовое зеркало, собранный на биполярных транзисторах

Исто́чник то́ка (также генератор тока) — двухполюсник

, который создаёт ток , не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе кисточнику ЭДС, чем к источнику тока.

На рисунке 1 представлена схема замещения биполярного транзистора, содержащая источник тока (с указанием S·U_бэ; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока), генерирующий ток S·U

бэ, т. е. ток, зависящий от напряжения на другом участке схемы.

Напряжение на клеммах идеального источника тока зависит только от сопротивления внешней цепи:

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

Так как для источника тока , напряжение и мощность, выделяемая им, неограниченно растут при росте сопротивления..

Реальный источник тока, так же как и источник ЭДС, в линейном приближении может быть описан таким параметром, как внутреннее сопротивление . Отличие состоит в том, что чем больше внутреннее сопротивление, тем ближе источник тока к идеальному (источник ЭДС, наоборот, чем ближе к идеальному, тем меньше его внутреннее сопротивление). Реальный источник тока с внутренним сопротивлением эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление и ЭДС .

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

Сила тока в цепи равна:

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( ) после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) ведёт к

пробою зазора .

Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник тока, только не постоянного, а переменного. Поэтому размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо; вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки без отключения линии эту обмотку предварительно шунтируют.

Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. Например, реальные генераторы тока создают электрический ток только в некотором диапазоне напряжений, верхний порог которого зависит от напряжения питания источника. Таким образом, реальные источники тока имеют ограничения по нагрузке.

Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике, например, для питания измерительных мостов, для питания каскадов дифференциальных усилителей, в частностиоперационных усилителей.

Концепция генератора тока используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Для описания активных элементов для них вводятся эквивалентные схемы, содержащие управляемые генераторы:

Источник тока, управляемый напряжением (сокращенно ИТУН)
Источник тока, управляемый током (сокращенно ИТУТ)

Что такое источник напряжения? — Shunlongwei Co.

Ltd.

В этой серии статей мы рассмотрим каждый из этих электрических источников энергии: свет, давление, трение, химические вещества, тепло и магнетизм.

Аккумуляторы можно представить идеальным напряжение источник последовательно с внутренним сопротивлением батареи. Поскольку предполагается, что идеальный источник напряжения имеет постоянное напряжение, его называют источником постоянного напряжения.

Идеальный источник напряжения поддерживает постоянное выходное напряжение независимо от сопротивления нагрузки. Например, предположим, что источник напряжения на рисунке 1a является идеальным источником напряжения. Как показано на рисунке, напряжение на открытых выводах источника составляет 10 В. Это напряжение «открытого контакта» называется выходным напряжением холостого хода (В_NL). Когда к источнику подключены различные сопротивления нагрузки, показанные на рисунке 1b, он поддерживает то же самое выходное напряжение 10 В. Таким образом, для идеального источника напряжения независимо от величины сопротивления нагрузки имеем:

V_NL=V_RL

где V_RL обозначает напряжение на сопротивлении нагрузки.

Рис. 1. Выходное напряжение идеального источника напряжения не меняется в условиях (а) холостого хода и (б) нагрузки.

Для любого практического источника напряжения уменьшение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению выходного напряжения источника. Это связано с тем, что каждый источник напряжения имеет некоторое внутреннее сопротивление источника, представленное резистор (R_S) на рисунке 2а. Когда нагрузка подключена к источнику, как показано на рисунке 2b, она образует делитель напряжения с внутренним сопротивлением источника. Это приводит к тому, что V_RL быть ниже выходного напряжения холостого хода (В_{Нидерланды)}, как показано в Примере 1.

Рисунок 2. Практический источник напряжения

Пример 1: Расчет V

_RL

Выходное напряжение холостого хода источника на Рисунке 3 составляет 12 В. Рассчитайте значения V_RL для R_L= 100 Ом и R_L= 20 Ом

Рисунок 3. Источник напряжения (E) с сопротивлением нагрузки (R_L)

Решения

Сопротивление нагрузки образует делитель напряжения с внутренним сопротивлением источника (R_S). Когда R_L= 100 Ом, VR_L находится как:

Когда R_L= 20 Ом, VR_L находится как:

Как видите, уменьшение сопротивления нагрузки вызвало резкое уменьшение V_RL.

Внутреннее сопротивление большинства источников постоянного напряжения составляет 50 Ом или меньше. Таким образом, это не представляет серьезной проблемы для нагрузок в диапазоне кОм или выше. Однако это может вызвать значительное падение выходного напряжения при наличии нагрузки с низким сопротивлением. Вот почему низкое внутреннее сопротивление считается желательным для источника постоянного напряжения.

Параллельная и последовательная работа

Источники напряжения могут без проблем работать последовательно. На рис. 4а показаны два последовательно соединенных источника напряжения, а на рис. 4б показана эквивалентная схема. Напряжение холостого хода эквивалентной схемы представляет собой сумму напряжений холостого хода отдельных источников, а сопротивление эквивалентной схемы представляет собой сумму сопротивлений отдельных источников.

Рисунок 4. (a) Источники напряжения могут без проблем работать последовательно, (b) эквивалентное выходное напряжение представляет собой сумму напряжений холостого хода отдельных источников напряжения, а эквивалентное сопротивление источника равно сумма сопротивлений отдельных источников.

Источники напряжения могут работать параллельно, только если напряжения источников равны. Как показано на рисунках 5a и 5b, сопротивление эквивалентной схемы представляет собой параллельную комбинацию сопротивлений отдельных источников, а напряжение холостого хода эквивалентной схемы, конечно, равно напряжению исходной параллельной схемы. подключенные источники напряжения. На рисунке 5c показано, что при параллельном подключении источников с неравными напряжениями источник с более низким напряжением будет стремиться разряжать источник с более высоким напряжением.

Рисунок 5. (a) Источники напряжения с равным напряжением могут работать параллельно, (b) эквивалентная схема параллельно соединенных источников напряжения, (c) источники напряжения с неравными напряжениями не должны подключаться параллельно.

Независимый источник напряжения

Источник, который не зависит от какой-либо другой величины (например, напряжения или тока) в цепи, называется независимым источником. На следующем рисунке показаны некоторые общие символы для обозначения независимых источников напряжения:

Рисунок 6. (а) Источник постоянного напряжения; (б) символ батареи; (c) Обозначение источника переменного напряжения

Если вы подключите идеальный независимый источник напряжения к резистивной цепи или схеме, содержащей произвольную комбинацию резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов, выходное напряжение источника не изменится. Даже если вы удвоите значение этих компонентов, значение независимого источника напряжения все равно останется постоянным.

Рисунок 7. Независимый идеальный источник напряжения демонстрирует постоянное выходное напряжение при подключении к произвольной комбинации различных элементов схемы.

Зависимые источники напряжения

Как следует из названия, зависимые (или контролируемые) источники напряжения — это источники, выходное напряжение которых зависит от какого-либо другого напряжения или тока в цепи. Следующий символ используется для обозначения зависимого источника напряжения:

Рисунок 8. Обозначение зависимого источника напряжения.

Теперь давайте разберемся с зависимыми источниками напряжения на примере.

Рисунок 9. Пример зависимого источника напряжения.

В схеме выше у нас есть один зависимый источник напряжения. Значение этого источника дается выражением 2Ix; где Ix — ток, протекающий через 2-омный резистор. Таким образом, при изменении тока, протекающего через этот резистор сопротивлением 2 Ом, значение источника напряжения также изменяется. Таким образом, мы можем сделать вывод, что ток Ix управляет напряжением этого источника напряжения.

Есть два типа зависимых источников напряжения. Первый — это источник напряжения, управляемый током (CCVS), а второй — источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS).

Источник контролируемого напряжения тока (CCVS)

На следующей схеме представлен источник напряжения с регулируемым током:

Рисунок 10. Представление источника напряжения с управляемым током.

Здесь вы можете видеть, что ток Iin управляет выходным напряжением зависимого источника напряжения. Выходное напряжение можно записать как:

Где Iin — это ток, который контролирует значение зависимого источника напряжения, а r — коэффициент, имеющий единицу сопротивления. Иногда это r также называют транс-резистентностью.

Пример 2: CCVS

Операционный усилитель, настроенный в режиме проводимости (рисунок 11 ниже), действует как CCVS. Выходное напряжение операционного усилителя зависит от входного тока. При изменении входного тока Ii выходное напряжение изменяется следующим выражением:

Во = Ли Р_L

Рисунок 11. Операционный усилитель в режиме проводимости; пример CCVS.

Источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS)

На следующей схеме представлен источник напряжения, управляемый напряжением:

Рис. 12. Изображение источника напряжения, управляемого напряжением.

Здесь величина напряжения Vin управляет значением зависимого источника напряжения. Выходное напряжение Vout можно записать как:

Где Vin — входное напряжение, которое управляет напряжением этого источника напряжения, а µ — безразмерный коэффициент. Коэффициент µ также известен как коэффициент передачи напряжения.

Пример 3: VCVS

Когда мы настраиваем операционный усилитель в инвертирующей или неинвертирующей конфигурации, он действует как VCVS. После регулировки усиления выходное напряжение Vo зависит от входного напряжения Vi. Когда мы меняем Vi, выходное напряжение изменяется соответственно следующим выражением:

Рисунок 13. Операционный усилитель в инвертирующей конфигурации; пример VCVS.

Выводы

Идеальный источник напряжения обеспечивает постоянный выходной сигнал независимо от значения его сопротивления нагрузки R_L. С другой стороны, практический источник напряжения имеет выходное напряжение, которое изменяется в зависимости от R_L. Это означает, что изменение сопротивления нагрузки вызовет изменение напряжения нагрузки. Характеристики идеальных и практичных источников напряжения приведены на рисунке 14.

Рисунок 14. Идеальные и практические источники напряжения

Идеальные источники тока и напряжения

Автор: Mallesham Devasane|Обновлено: 28 декабря 2016 г. Классификация источников энергии приведена ниже.

Классификация источников энергии приведена ниже.

Независимые источники: Независимые источники – это источники, в которых напряжение или ток источника не зависят от напряжения или тока. Источники напряжения и тока могут быть идеальными или практичными.

Идеальное напряжение Источник: Это генератор напряжения, выходное напряжение которого остается абсолютно постоянным независимо от величины выходного тока.

Идеальный источник напряжения — это элемент схемы, который поддерживает заданное напряжение на своих клеммах независимо от тока, протекающего на этих клеммах.

Подача энергии т.е. ., подача тока в любом источнике всегда от положительной клеммы, т.е. ток течет от отрицательной к положительной клемме.
Для протекания тока (т.е. свободного движения электронов) всегда необходим замкнутый путь.
В идеальном источнике напряжения напряжение нагрузки не зависит от потребляемого тока нагрузки т. е. В = В _с для всех i .
По сути, все источники нелинейны по своей природе, так как их соотношение напряжения и тока нелинейно. В основном это активные и односторонние элементы.
DC означает неизменные во времени элементы, а AC означает изменяющиеся во времени элементы.

Практический источник напряжения: Напряжение не остается постоянным, а немного падает; об этом позаботятся, подключив небольшое сопротивление ( R _s ) последовательно с идеальным источником.

By KVL ,

Идеальный источник тока: Идеальный источник тока — это элемент схемы, который поддерживает заданный ток через свои клеммы независимо от напряжения на этих клеммах.

Выдает постоянное значение тока независимо от напряжения на нем.

т. е. i=i _с для всех В

Практический источник тока: Выходной ток не остается постоянным, а уменьшается с увеличением напряжения.

KVL,

Источники напряжения в серии:

Источники постоянного напряжения в серии можно комбинировать и заменять одним источником.
Источники переменного напряжения, соединенные последовательно, можно комбинировать и заменять одним источником только в том случае, если угловая частота работы ω одинакова.
Источники постоянного и переменного напряжения можно суммировать при расчете общего напряжения.
Источники переменного напряжения, работающие на разных частотах, могут быть объединены.
Ток, протекающий через один источник напряжения, должен быть равен току, протекающему через другой источник напряжения.

Пример 1: Пример 2: Пример 3: Параллельные источники напряжения:

Параллельное подключение двух или более источников напряжения допускается только в том случае, если они имеют точно такое же напряжение, полярность и рабочую частоту (если источники переменного тока ). Несколько источников напряжения можно заменить одним источником с тем же напряжением, полярностью и рабочей частотой (если это источники переменного тока).

Параллельные источники тока:

Параллельные источники постоянного тока можно комбинировать и заменять одним источником.
Параллельные источники переменного тока можно комбинировать и заменять одним источником только в том случае, если угловая частота работы ω одинакова.
Параллельные источники постоянного и переменного тока можно суммировать при расчете общего тока.
Источники переменного тока, работающие на разных частотах, могут быть объединены. Падение напряжения на одном источнике тока должно быть равно падению напряжения на других параллельных источниках тока.

Пример 1: Пример 2: Пример 3:

Последовательные источники тока:

Допускается последовательное подключение двух или более источников тока только в том случае, направление и частота работы (для источников переменного тока). Несколько последовательно соединенных источников тока можно заменить одним источником с той же величиной, направлением протекания тока и частотой работы (если это источники переменного тока).

ESE & GATE EE

Electrical Engg.GATEGATE EEESEESE EEOther ExamsMock Test

Идеальные независимые источники напряжения и тока

Введение

Элементы схемы обычно делятся на пассивные и активные. Элемент цепи является пассивным, если общее количество энергии, которое он отдает остальной части цепи (за все время), неположительно. (Пассивные элементы могут временно подавать энергию в цепь, но только в том случае, если энергия ранее была сохранена цепью в пассивном элементе.) Активный элемент цепи имеет возможность создавать и подавать питание в цепь от механизмов, внешних по отношению к цепи. Примерами активных элементов цепи являются батареи (вырабатывающие электрическую энергию в результате химических процессов) и генераторы (вырабатывающие электрическую энергию в результате механических процессов. Хорошим примером этого может быть вращение турбины).

Существуют различные типы активных источников. Они широко классифицируются как:

Идеальные независимые источники
Неидеальные независимые источники
Зависимые источники

В этом упражнении мы поговорим об идеальных независимых источниках. Мы рассмотрим два основных типа источников: источники напряжения и источники тока. С практической точки зрения мы пока реализуем только источники напряжения — источники тока можно подождать.

Идеальные независимые источники напряжения

Независимый источник напряжения поддерживает заданное напряжение на своих клеммах. Символ, используемый для обозначения источника напряжения, выдающего напряжение V _s (t), показан на рис. 1. Как показано на рис. 1, напряжение, подаваемое источником, может изменяться во времени или быть постоянным (постоянное частный случай изменяющегося во времени напряжения). Альтернативный символ, который часто используется для обозначения источника постоянного напряжения, показан на рис. 2; однако обычно мы будем использовать символ на рис. 1 как для изменяющихся во времени, так и для постоянных напряжений.

Пожалуйста, имейте в виду, что для идеальных независимых источников напряжения мы точно знаем, какова разница напряжений; это должно быть значение, показанное рядом с исходным символом. Мы также знаем полярность напряжения — знаки «+» и «-» на символе говорят нам о полярности. Однако мы ничего не знаем о токе через источник! Иногда это сбивает с толку и может быть источником многих глупых ошибок. Даже направление тока неизвестно — все, что мы хотим узнать о токе, должно быть определено (при необходимости) из анализа всей цепи.

Идеальные источники напряжения обеспечивают заданное напряжение независимо от тока, протекающего через устройство. Идеальные источники, очевидно, могут обеспечивать бесконечную мощность; все реальные источники будут давать в схему только ограниченную мощность. Мы обсудим подходы к моделированию неидеальных источников в следующем проекте.

Идеальные независимые источники тока

Идеальный независимый источник тока поддерживает заданный ток. Символ цепи для идеального независимого источника показан на рис. 3. Обратите внимание, что значение тока указано рядом с символом цепи и что направление тока в источнике указано на символе источника — нет необходимости предполагать, что актуальное направление. Ток, подаваемый источником, может быть переменным во времени или постоянным.

Ток, указанный на символе цепи, сохраняется независимо от разности напряжений на клеммах. Даже полярность напряжения неизвестна и должна быть определена (при необходимости) из анализа всей цепи.

Важные моменты

Идеальные источники напряжения обеспечивают заданное напряжение независимо от тока, протекающего через устройство. Идеальные источники, очевидно, могут обеспечивать бесконечную мощность; все реальные источники будут давать в схему только ограниченную мощность. Мы обсудим неидеальные источники в последующих проектах.
Идеальные источники тока обеспечивают определенный ток независимо от разницы напряжений на устройстве. Идеальные источники тока могут, как и идеальные источники напряжения, обеспечивать бесконечную мощность; все реальные источники будут давать в схему только ограниченную мощность; как и в случае с источниками напряжения, это тема для последующих проектов.

Проверьте свои знания

Идеальный источник на пять вольт подключен к элементу схемы, как показано на рисунке. Как вы думаете, каковы напряжение на элементе V и ток через элемент? (Этот вопрос не совсем справедлив, так как для определения V требуется использовать закон напряжения Кирхгофа, который не представлен в этом проекте. Однако сделайте предположение, основываясь на своей интуиции.)
Идеальный источник на два ампера подключен к элементу схемы, как показано на рисунке. Как вы думаете, каковы напряжение на элементе V и ток через элемент? (Этот вопрос не совсем справедлив, так как определение I требует использования действующего закона Кирхгофа, который не представлен в этом проекте. Однако сделайте предположение, основываясь на своей интуиции.)
Какова сила тока I в цепи ниже?
Какое напряжение V в цепи ниже?
Идеальный источник напряжения 3 В подключен к идеальному проводнику. Как ты думаешь, что произойдет? Что, если мы уменьшим напряжение до 0,01 милливольта?
Идеальный источник тока 0,01 А подключен к разомкнутой цепи. Как ты думаешь, что произойдет? (Примечание: разомкнутая цепь не пропускает ток.)

Ответы

Напряжение составляет 5 В (источник требует, чтобы он обеспечивал 5 В на своих клеммах. (Элемент схемы имеет те же клеммы, что и источник напряжения, поэтому на его клеммах также есть 5 В). мы ничего не знаем о токе, так как мы ничего не знаем об электрическом компоненте, к которому подключен источник.0003
Ток равен 2А (источник требует, чтобы он обеспечивал 2А. (Току некуда идти, кроме элемента цепи, поэтому 2А также проходит через элемент цепи.) Мы ничего не знаем о напряжении, так как мы ничего не знаем об электрическом компоненте, к которому подключен источник.
Недостаточно информации об элементе схемы для определения тока. Идеальный источник может обеспечить любой ток.
Недостаточно известно об элементе схемы для определения напряжения.
Источник напряжения требует, чтобы разность потенциалов на идеальном проводнике составляла 3 В.