Как и в случае идеальных пассивных элементов, при идеализации активных элементов (источник напряжения, источник тока) на них накладывают энергетические ограничения. Первое ограничение заключается в том, что в идеальных активных элементах не происходит ни рассеяния, ни накопления электрической энергии. Второе ограничение состоит в том, что идеальные активные элементы обладают неограниченной мощностью, которую они могут отдавать в электрическую цепь.
Идеальным источником напряжения называют активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от параметров цепи, подключенной к нему, т.е. не зависит от величины тока, протекающего через источник.
Условное графическое обозначение идеального источника напряжения показано на рис.1.15. Его выполняют в виде окружности (обычно диаметром 8 мм), внутри которой располагается стрелка, указывающая положительное направление ЭДС 
.
Рис. 1.15. Условное графическое изображение идеального источника напряжения
В соответствии с определением идеального источника напряжения, он имеет внутреннее сопротивление 
и обладает бесконечной мощностью. Так, если сопротивление нагрузки на зажимах источника 
( ), а напряжение источника остается равным 
, что и приводит к бесконечно большой величине мощности 
, которой не может обладать реальный источник напряжения.Идеальным источником тока называется идеализированный активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Условное обозначение идеального источника тока показано на рис.1.16. Двойная стрелка (рис. 1.16,а) показывает направление тока внутри источника.
В соответствии с определением идеального источника тока, он обладает бесконечной мощностью и имеет внутреннее сопротивление 
. Так, если сопротивление нагрузки 
(рис. 1.16,б) неограниченно увеличивать ( 
), то по определению, через нее должен проходить ток i, создавая на зажимах напряжение 
будет неограниченно увеличиваться ( 
).
Рис. 1.16. Идеальный источник тока:
а – условное графическое изображение;
б – подключение нагрузки к источнику тока
Источник тока — Википедия
Обозначение источника тока на схемах (вариант)Исто́чник то́ка (в теории электрических цепей) — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины
Источник тока используется в качестве простейшей модели некоторых реальных источников электрической энергии или как часть более сложных моделей реальных источников, содержащих другие электрические элементы. Следует заметить, что электрические характеристики реальных источников могут быть близки к свойствам источника тока или его противоположности — источника напряжения.
В электротехнике источником тока называют любой источник электрической энергии.
Свойства
Идеальный источник тока
Сила тока, текущего через идеальный источник тока, всегда одинакова по определению:
- I = const {\displaystyle I={\text{const}}}
Напряжение на клеммах идеального источника тока (не путать с реальным источником!) зависит только от сопротивления R {\displaystyle R} подключенной к нему нагрузки:
- U = I ⋅ R {\displaystyle U=I\cdot R}
Мощность, отдаваемая источником тока в нагрузку:
- P = I 2 ⋅ R {\displaystyle P=I^{2}\cdot R}
Поскольку ток через идеальный источник тока всегда одинаков, то напряжение на его клеммах и мощность, передаваемая им в нагрузку, с ростом сопротивления нагрузки возрастают, достигая в пределе бесконечных значений.
Реальный источник
В линейном приближении любой реальный источник тока (не путать с описанным выше источником тока — моделью!) или иной двухполюсник может быть представлен в виде модели, содержащей, по меньшей мере, два элемента: идеальный источник и внутреннее сопротивление (проводимость). Одна из двух простейших моделей — модель Тевенина — содержит источник ЭДС, соединенный последовательно с сопротивлением, а другая, противоположная ей, модель Нортона — источник тока, соединенный параллельно с проводимостью (т. е. идеальным резистором, свойства которого принято характеризовать значением проводимости). Соответственно, реальный источник в линейном приближении может быть описан при помощи двух параметров: ЭДС E {\displaystyle {\mathcal {E}}} источника напряжения (или силы тока I {\displaystyle I} источника тока) и внутреннего сопротивления r {\displaystyle r} (или внутренней проводимости y = 1 / r {\displaystyle y=1/r} ).
Можно показать, что реальный источник тока с внутренним сопротивлением r {\displaystyle r} эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление r {\displaystyle r} и ЭДС E = I ⋅ r {\displaystyle {\mathcal {E}}=I\cdot r} .
Напряжение на клеммах реального источника тока равно
- U out = I R ⋅ r R + r = I R 1 + R / r . {\displaystyle U_{\text{out}}=I{\frac {R\cdot r}{R+r}}=I{\frac {R}{1+R/r}}.}
Сила тока в цепи равна
- I out = I r R + r = I 1 1 + R / r . {\displaystyle I_{\text{out}}=I{\frac {r}{R+r}}=I{\frac {1}{1+R/r}}.}
Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна
- P out = I 2 R ( 1 + R / r ) 2 . {\displaystyle P_{\text{out}}=I^{2}{\frac {R}{\left(1+R/r\right)^{2}}}.}
Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например, по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. В частности, 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.
Примеры
Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( t ≪ L / R {\displaystyle t\ll L/R} ) после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) приводит к резкому возрастанию напряжения между контактами и к пробою зазора.
Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник переменного тока. Следовательно, размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо. Вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки (без отключения линии) эту обмотку предварительно шунтируют.
Применение
Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике, например, для питания измерительных мостов, для питания каскадов дифференциальных усилителей, в частности операционных 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:
В схеме токового зеркала (рисунок 2) ток нагрузки в правой ветви задается равным эталонному току в левой ветви, так что по отношению к нагрузке R2 эта схема выступает как источник тока.
Обозначения
Существуют различные варианты обозначений источника тока. Наиболее часто встречаются обозначения (a) и (b). Вариант (c) устанавливается ГОСТ[1] и IEC[2]. Стрелка в кружке указывает положительное направление тока в цепи на выходе источника. Варианты (d) и (e) встречаются в зарубежной литературе. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками напряжения.
Рисунок 3. Обозначения источника тока на схемахПримечания
- ↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
- ↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
См. также
Литература
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.
Идеальный и реальный источники тока — Студопедия
 |
Идеальный источник, или генератор, тока — активный двухполюсник, ток через который не зависит от напряжения на его зажимах. Обозначение источника тока на схеме с подключенной к нему нагрузкой (сопротивлением), а также вольтамперная характеристика для него представлены на рис. 1.15. Несложно показать, что мгновенная мощность, отдаваемая источником тока во внешнюю цепь, будет отрицательной — свойство, присущее активному элементу.
Положение о неизменности тока идеального источника при изменении напряжения на его полюсах справедливо, естественно, и для нулевого напряжения и. Это случается при нулевом сопротивлении нагрузки или бесконечной проводимости, то есть когда реализован режим короткого замыкания. (Сокращенное обозначение для режима короткого замыкания — кз.) Размыкание источника тока недопустимо, поскольку противоречит положениям теории цепей. Действительно, ток источника обязан течь по ветви, но ветвь разорвана. Отметим, что данный запрет аналогичен недопустимости короткого замыкания выводов источника ЭДС.
Напряжение на полюсах такого источника и мощность, отдаваемая во внешнюю цепь, всегда конечны. Для реального источника тока допустим режим холостого хода (сокращенно далее — хх), поскольку ток генератора при этом режиме замыкается через внутреннюю проводимость.
 |
Ток, вырабатываемый реальным источником электрической энергии, уменьшается с ростом напряжения (рис. 1.16). Данное обстоятельство можно учесть, подключив параллельно идеальному источнику тока ig проводимость Gg, которую называют внутренней проводимостью источника тока. Получаем представление источника электрической энергии в виде реального источника тока. Уравнение ВАХ реального источника тока имеет вид:
 |
Идеальный источник тока
Идеальным источником тока называется активный элемент с двумя выводами, ток которого не зависит от напряжения на зажимах (рис.2.7).
В
нутреннее
сопротивление равно бесконечности.
По мере увеличения сопротивления, подключённого к зажимам источника тока, напряжение на нём неограниченно возрастает, и, следовательно, источник тока рассматривается как источник энергии бесконечной мощности (рис.2.9).
Р
еальный
источник тока изображен в виде идеального
источника с подключенным к его зажимам
сопротивлением, которое ограничивает
мощность, отдаваемую во внешнюю цепь.
Закон Ома для участка содержащего эдс
Позволяет определить ток этого участка по известным величинам ЭДС и напряжения этого участка.
Рассмотрим рис.2.10
Дано: 
Найти:
; 
; 
(*)
(*) — закон Ома для участка цепи с Э.Д.С.
—
закон Ома для участка цепи с Э.Д.С.
Знаки перед Э.Д.С. в формуле закона Ома зависят от совпадения или несовпадения направлений I и E (рис.2.11).
Законы Кирхгофа
Рассмотрим данные законы на примере схемы изображенной на рис. 2.12.
Первый
закон: Алгебраическая сумма токов в
узле равна нулю 
.
При этом токам, направленным к узлу, приписывается какой-либо знак (например +), а от узла – противоположный.
Первый закон Кирхгофа для узла а:
Второй закон: Алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений в этом контуре.
или 
При записи второго закона Кирхгофа выбирают независимые контуры.
Направление обхода контуров выбирается произвольно. ЭДС и падения напряжения, совпадающие по направлению с направлением обхода, берутся со знаком «+», иначе «–».
Для
первого контура: 
Для
второго контура: 
Если схема содержит источник тока, то для записи второго закона Кирхгофа, как правило, выбирают контуры, не содержащие источника тока, так как падение напряжения на зажимах источника тока неизвестно.
Цепи синусоидального тока
Электрическая энергия почти во всех случаях производится, потребляется и распределяется в виде энергии переменного тока, так как его легко транспортировать (преобразовывать переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения и наоборот).
Электрические цепи в которых величины и направления токов, ЭДС и напряжений изменяются по синусоидальному закону называют цепями синусоидального тока.
Графическое изображение синусоидального тока показано на рис. 2.13:
Здесь: Im — амплитуда тока , ω — угловая частота,
; 
T – период (время одного полного колебания),
f –
частота (число колебаний в секунду, 
.
Аргумент,
стоящий под знаком синуса 
называется фазой. Она характеризует
состояние колебаний (то есть численные
значения) в любой момент времени (рис.
2.14(а)). Величина фазы при
называется начальной фазой. Она
характеризует состояние колебаний при
.
—
начальная
фаза
если 
если 
Говорят фаза «опережает», а фаза- «отстаёт» (Рис.2.14(б)).
—
опережающая фаза
—
отстающая фаза
Разность
фаз напряжения и тока называется углом
сдвига фаз 
.
Если 
то говорят «синусоиды совпадают по
фазе».
Если 
–
противоположны по фазе.
Если 
– находятся в квадратуре.
Идеальным источником тока) называется активный элемент с двумя выводами (активный двухполюсник) величина тока, через который не зависит от величины приложенного к выводам напряжения. Графическое изображение источника постоянного тока показано на рис. 10 а, а изображение источника переменного тока показано на рис. 10 б. Вольтамперная характеристика (ВАХ) идеального источника тока показана на рис. 10 в.
Такая вольтамперная характеристика возможна только в том случае, если сопротивление внутренней структуры источника равно бесконечности.
На практике идеальных источников не существует. Это объясняется теми же причинами, что и в случае источником ЭДС (см. § 2.1.1).
Источник тока в котором учтено внутреннее сопротивление, называется реальным источником тока.
Электротехника связывает природу электричества со строением вещества и объясняет его движением свободных заряженных частиц под воздействием энергетического поля.
Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходимо иметь источник энергии, совершающий преобразование в электричество:
механической энергии вращения роторов генераторов;
протекания химических процессов или реакций внутри гальванических приборов и аккумуляторов;
теплоты в терморегуляторах;
магнитных полей в магнитогидродинамических генераторах;
световой энергии в фотоэлементах.
Все они обладают различными характеристиками. Чтобы классифицировать и описать их параметры принято условное теоретическое разделение на источники:
Электрический ток в металлическом проводнике
Определение силы тока и электродвижущей силы в 18-м веке дали известные физики того времени.
Им считается идеальный источник, представляющий собой двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением. На него не влияет нагрузка сети, а внутреннее сопротивление у источника равно нулю.
На схемах он обычно обозначается кругом с буквой «Е» и стрелкой внутри, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).
Схемы обозначения и вольт-амперные характеристики источников ЭДС
Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.
На графике видно, что ЭДС Е состоит из суммы падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника и нагрузке.
В действительности источниками напряжения работают различные химические и гальванические элементы, аккумуляторные батареи, электрические сети. Их разделяют на источники:
постоянного и переменного напряжения;
управляемые напряжением или током.
Ими называют двухполюсники, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.
Схемы обозначения и вольт-амперная характеристика источника тока
Для идеального источника тока напряжение на его клеммах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней схемы. При этом с увеличением сопротивления они возрастают.
Реальный источник тока отличается от идеального значением внутреннего сопротивления.
Примерами источника тока могут служить:
Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенных в первичную схему нагрузки своей силовой обмоткой. Все вторичные цепи работают в режиме надежного шунтирования. Размыкать их нельзя — иначе возникнут перенапряжения в схеме.
Катушки индуктивности, по которым проходил ток в течение некоторого времени после снятия питания со схемы. Быстрое отключение индуктивной нагрузки (резкое возрастание сопротивления) может привести к пробою зазора.
Генератор тока, собранный на биполярных транзисторах, управляемый напряжением или током.
В различной литературе источники тока и напряжения могут обозначаться неодинаково.
Виды обозначений источников тока и напряжения на схемах
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью (обозначается буквой g, имеет размерность Ом – 1 или См, Сименс).
В линейных цепях сопротивление ветвей постоянно, определяется лишь физическими свойствами материала проводников и не зависит от источников, токов и напряжений в ветвях.
Если источники в цепи создают на своих выводах напряжения и токи, которые не изменяются во времени, цепь называется электрической цепью постоянного тока. В цепи постоянного тока сопротивление индуктивностей равно нулю, сопротивление конденсаторов бесконечно велико.
Далее будут рассмотрены линейные цепи постоянного тока.
2. ИСТОЧНИКИ ЭДС И ИСТОЧНИКИ ТОКА
ЭДС – это максимальное напряжение, которое могут создать сторонние силы на выводах источника при отсутствии в цепи тока. В качестве сторонних сил могут выступать, например, химические реакции в гальванической батарее или момент на валу электрической машины, работающей в режиме генератора.
Для удобства анализа источники электрической энергии представляют либо с помощью идеального источника ЭДС, либо с помощью идеального источника тока. Идеальный источник ЭДС и идеальный источник тока называют также источниками бесконечно большой мощности.
На Рис. 2.1 а показана вольт-амперная характеристика идеального источника ЭДС. Этот источник отличается тем, что напряжение на его выводах равно значению ЭДС независимо от тока нагрузки. На Рис. 2.1 б показана вольт-амперная характеристика идеального источника тока. Он сохраняет постоянство тока вне зависимости от напряжения на своих выводах.
Если к данным вольт-амперным характеристикам применить закон Ома (см. формулу (1.1))
,
можно сделать вывод, что сопротивление идеального источника ЭДС равно нулю, а сопротивление идеального источника тока равно бесконечности.
Реальный источник электрической энергии обладает конечным внутренним сопротивлением, его вольт-амперная характеристика показана на Рис. 2.2 и может быть описана выражением:
(2.1)
где 
– внутреннее сопротивление источника;
– напряжение холостого хода источника.
Когда источник отключен от нагрузки, на его зажимах существует напряжение холостого хода , равное ЭДС источника. Если соединить накоротко зажимы источника, напряжение на зажимах будет равно нулю, а ток между зажимами будет равен току короткого замыкания 
.
Сравнивая вольт-амперные характеристики идеальных источников и реального источника, можно заключить, что реальный источник можно смоделировать либо с помощью эквивалентного идеального источника ЭДС и последовательно включенного внутреннего сопротивления, либо с помощью эквивалентного идеального источника тока и параллельно включенного внутреннего сопротивления (Рис. 2.3).
Внутреннее сопротивление реального источника вычисляется как
.
ЭДС эквивалентного источника ЭДС равна напряжению холостого хода реального источника.
Ток эквивалентного источника тока равен току короткого замыкания реального источника.
ЭДС эквивалентного источника ЭДС и ток эквивалентного источника тока связаны соотношением:
(2.2)
Это соотношение говорит о том, что любой источник ЭДС с последовательно включенным сопротивлением может быть заменен источником тока с параллельно включенным таким же сопротивлением и наоборот.
Какой из двух эквивалентных замен воспользоваться, совершенно безразлично, и определяется лишь удобством расчета в каждом конкретном случае.
Заметим, что ЭДС идеального источника ЭДС всегда направлена от меньшего потенциала к большему, а ток идеального источника тока всегда направлен в ту же сторону, что и ток реального источника.
3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ
Для упрощения расчетов электрическую цепь можно преобразовывать, уменьшая количество ветвей и узлов. При этом необходимо помнить, что после расчета преобразованной цепи следует выполнить обратное преобразование, чтобы вернуться к исходной цепи.
Любые преобразования цепей должны быть эквивалентными, то есть преобразование какого-либо участка цепи не должно изменять токораспределения в непреобразованной части схемы. А это возможно лишь тогда, когда в процессе преобразования потенциалы узлов в непреобразованной части схемы и токи, подтекающие извне к преобразованному участку, сохраняются неизменными.
Простейшими преобразованиями электрической цепи являются свертки последовательно-параллельных соединений элементов цепи.
При последовательном соединении элементов конец предыдущего соединяется с началом последующего (Рис. 3.1). Главный признак последовательного соединения – один и тот же ток в каждом из элементов.
Если к последовательному соединению элементов применить закон Ома (1.1), можно заключить, что напряжения на элементах распределяются прямо пропорционально сопротивлениям, а общее сопротивление последовательного соединения равно сумме сопротивлений элементов:
(3.1)
Итак, если на участке цепи несколько элементов соединены последовательно, они могут быть заменены одним эквивалентным элементом, сопротивление которого равно сумме сопротивлений отдельных элементов. ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СКЛАДЫВАЮТСЯ!
При параллельном соединении элементов начала всех элементов соединены в один узел, а концы всех элементов соединены в другой узел (Рис. 3.2).
Главный признак параллельного соединения – одно и то же напряжение на каждом из элементов.
Если на участке цепи несколько элементов соединены параллельно, они могут быть заменены одним эквивалентным элементом, проводимость которого равна сумме проводимостей отдельных элементов. ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ СКЛАДЫВАЮТСЯ ПРОВОДИМОСТИ!
(3.2)
- АлтГТУ 419
- АлтГУ 113
- АмПГУ 296
- АГТУ 266
- БИТТУ 794
- БГТУ «Военмех» 1191
- БГМУ 172
- БГТУ 602
- БГУ 153
- БГУИР 391
- БелГУТ 4908
- БГЭУ 962
- БНТУ 1070
- БТЭУ ПК 689
- БрГУ 179
- ВНТУ 119
- ВГУЭС 426
- ВлГУ 645
- ВМедА 611
- ВолгГТУ 235
- ВНУ им. Даля 166
- ВЗФЭИ 245
- ВятГСХА 101
- ВятГГУ 139
- ВятГУ 559
- ГГДСК 171
- ГомГМК 501
- ГГМУ 1967
- ГГТУ им. Сухого 4467
- ГГУ им. Скорины 1590
- ГМА им. Макарова 300
- ДГПУ 159
- ДальГАУ 279
- ДВГГУ 134
- ДВГМУ 409
- ДВГТУ 936
- ДВГУПС 305
- ДВФУ 949
- ДонГТУ 497
- ДИТМ МНТУ 109
- ИвГМА 488
- ИГХТУ 130
- ИжГТУ 143
- КемГППК 171
- КемГУ 507
- КГМТУ 269
- КировАТ 147
- КГКСЭП 407
- КГТА им. Дегтярева 174
- КнАГТУ 2909
- КрасГАУ 370
- КрасГМУ 630
- КГПУ им. Астафьева 133
- КГТУ (СФУ) 567
- КГТЭИ (СФУ) 112
- КПК №2 177
- КубГТУ 139
- КубГУ 107
- КузГПА 182
- КузГТУ 789
- МГТУ им. Носова 367
- МГЭУ им. Сахарова 232
- МГЭК 249
- МГПУ 165
- МАИ 144
- МАДИ 151
- МГИУ 1179
- МГОУ 121
- МГСУ 330
- МГУ 273
- МГУКИ 101
- МГУПИ 225
- МГУПС (МИИТ) 636
- МГУТУ 122
- МТУСИ 179
- ХАИ 656
- ТПУ 454
- НИУ МЭИ 641
- НМСУ «Горный» 1701
- ХПИ 1534
- НТУУ «КПИ» 212
- НУК им. Макарова 542
- НВ 777
- НГАВТ 362
- НГАУ 411
- НГАСУ 817
- НГМУ 665
- НГПУ 214
- НГТУ 4610
- НГУ 1992
- НГУЭУ 499
- НИИ 201
- ОмГТУ 301
- ОмГУПС 230
- СПбПК №4 115
- ПГУПС 2489
- ПГПУ им. Короленко 296
- ПНТУ им. Кондратюка 119
- РАНХиГС 186
- РОАТ МИИТ 608
- РТА 243
- РГГМУ 118
- РГПУ им. Герцена 124
- РГППУ 142
- РГСУ 162
- «МАТИ» — РГТУ 121
- РГУНиГ 260
- РЭУ им. Плеханова 122
- РГАТУ им. Соловьёва 219
- РязГМУ 125
- РГРТУ 666
- СамГТУ 130
- СПбГАСУ 318
- ИНЖЭКОН 328
- СПбГИПСР 136
- СПбГЛТУ им. Кирова 227
- СПбГМТУ 143
- СПбГПМУ 147
- СПбГПУ 1598
- СПбГТИ (ТУ) 292
- СПбГТУРП 235
- СПбГУ 582
- ГУАП 524
- СПбГУНиПТ 291
- СПбГУПТД 438
- СПбГУСЭ 226
- СПбГУТ 193
- СПГУТД 151
- СПбГУЭФ 145
- СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
- ПИМаш 247
- НИУ ИТМО 531
- СГТУ им. Гагарина 114
- СахГУ 278
- СЗТУ 484
- СибАГС 249
- СибГАУ 462
- СибГИУ 1655
- СибГТУ 946
- СГУПС 1513
- СибГУТИ 2083
- СибУПК 377
- СФУ 2423
- СНАУ 567
- СумГУ 768
- ТРТУ 149
- ТОГУ 551
- ТГЭУ 325
- ТГУ (Томск) 276
- ТГПУ 181
- ТулГУ 553
- УкрГАЖТ 234
- УлГТУ 536
- УИПКПРО 123
- УрГПУ 195
- УГТУ-УПИ 758
- УГНТУ 570
- УГТУ 134
- ХГАЭП 138
- ХГАФК 110
- ХНАГХ 407
- ХНУВД 512
- ХНУ им. Каразина 305
- ХНУРЭ 324
- ХНЭУ 495
- ЦПУ 157
- ЧитГУ 220
- ЮУрГУ 306
Полный список ВУЗов
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Источник тока — Википедия
Обозначение источника тока на схемах (вариант)Исто́чник то́ка (в теории электрических цепей) — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока.
Источник тока используется в качестве простейшей модели некоторых реальных источников электрической энергии или как часть более сложных моделей реальных источников, содержащих другие электрические элементы. Следует заметить, что электрические характеристики реальных источников могут быть близки к свойствам источника тока или его противоположности — источника напряжения.
В электротехнике источником тока называют любой источник электрической энергии.
Свойства
Идеальный источник тока
Сила тока, текущего через идеальный источник тока, всегда одинакова по определению:
- I = const {\displaystyle I={\text{const}}}
Напряжение на клеммах идеального источника тока (не путать с реальным источником!) зависит только от сопротивления R {\displaystyle R} подключенной к нему нагрузки:
- U = I ⋅ R {\displaystyle U=I\cdot R}
Мощность, отдаваемая источником тока в нагрузку:
- P = I 2 ⋅ R {\displaystyle P=I^{2}\cdot R}
Поскольку ток через идеальный источник тока всегда одинаков, то напряжение на его клеммах и мощность, передаваемая им в нагрузку, с ростом сопротивления нагрузки возрастают, достигая в пределе бесконечных значений.
Реальный источник
В линейном приближении любой реальный источник тока (не путать с описанным выше источником тока — моделью!) или иной двухполюсник может быть представлен в виде модели, содержащей, по меньшей мере, два элемента: идеальный источник и внутреннее сопротивление (проводимость). Одна из двух простейших моделей — модель Тевенина — содержит источник ЭДС, соединенный последовательно с сопротивлением, а другая, противоположная ей, модель Нортона — источник тока, соединенный параллельно с проводимостью (т. е. идеальным резистором, свойства которого принято характеризовать значением проводимости). Соответственно, реальный источник в линейном приближении может быть описан при помощи двух параметров: ЭДС E {\displaystyle {\mathcal {E}}} источника напряжения (или силы тока I {\displaystyle I} источника тока) и внутреннего сопротивления r {\displaystyle r} (или внутренней проводимости y = 1 / r {\displaystyle y=1/r} ).
Можно показать, что реальный источник тока с внутренним сопротивлением r {\displaystyle r} эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление r {\displaystyle r} и ЭДС E = I ⋅ r {\displaystyle {\mathcal {E}}=I\cdot r} .
Напряжение на клеммах реального источника тока равно
- U out = I R ⋅ r R + r = I R 1 + R / r . {\displaystyle U_{\text{out}}=I{\frac {R\cdot r}{R+r}}=I{\frac {R}{1+R/r}}.}
Сила тока в цепи равна
- I out = I r R + r = I 1 1 + R / r . {\displaystyle I_{\text{out}}=I{\frac {r}{R+r}}=I{\frac {1}{1+R/r}}.}
Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна
- P out = I 2 R ( 1 + R / r ) 2 . {\displaystyle P_{\text{out}}=I^{2}{\frac {R}{\left(1+R/r\right)^{2}}}.}
Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например, по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. В частности, 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.
Примеры
Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( t ≪ L / R {\displaystyle t\ll L/R} ) после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) приводит к резкому возрастанию напряжения между контактами и к пробою зазора.
Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник переменного тока. Следовательно, размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо. Вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки (без отключения линии) эту обмотку предварительно шунтируют.
Применение
Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике, например, для питания измерительных мостов, для питания каскадов дифференциальных усилителей, в частности операционных 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:
В схеме токового зеркала (рисунок 2) ток нагрузки в правой ветви задается равным эталонному току в левой ветви, так что по отношению к нагрузке R2 эта схема выступает как источник тока.
Обозначения
Существуют различные варианты обозначений источника тока. Наиболее часто встречаются обозначения (a) и (b). Вариант (c) устанавливается ГОСТ[1] и IEC[2]. Стрелка в кружке указывает положительное направление тока в цепи на выходе источника. Варианты (d) и (e) встречаются в зарубежной литературе. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками напряжения.
Рисунок 3. Обозначения источника тока на схемахПримечания
- ↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
- ↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
См. также
Литература
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.
Идеальный источник тока
Идеальный источник тока — это идеализированный активный элемент с двумя выводами, ток которого не зависит от напряжения между выводами. Условное графическое обозначение источника тока показано на рис. 2.9, а.
Стрелки в обозначении источника тока указывают направление тока внутри источника, которое совпадает с направлением перемещения положительных зарядов внутри источника под действием сторонних сил, от вывода с меньшим потенциалом к выводу с большим потенциалом. При этом напряжение 
на выводах источника тока направлено от вывода с большим потенциалом к выводу с меньшим потенциалом, то есть совпадает с направлением тока во внешней цепи, но противоположно направлению тока внутри источника. Вольтамперная характеристика идеального источника постоянного тока 
изображена на рис. 2.9, б.
Идеальные источники напряжения и тока представляют собой идеализированные источники энергии и используются при анализе цепей в качестве идеализированных активных элементов.
На рис. 2.10, а изображена схема, состоящая из идеального источника напряжения и подключенного к нему идеализированного сопротивления нагрузки 
. Поскольку напряжение на нагрузке 
, а её ток 
, то мощность, выделяемая в нагрузке
.
Отсюда следует, что при неограниченном уменьшении сопротивления , ток нагрузки, а, значит, и выделяемая в ней мощность будут увеличиваться до бесконечности. Аналогичный результат можно получить для схемы с идеальным источником тока (рис. 2.10, б). В данном случае при неограниченном увеличении сопротивления нагрузки напряжение на нагрузке и, следовательно, выделяемая в ней мощность будут стремиться к бесконечности. С этой точки зрения идеальные источники напряжения и тока являются источниками бесконечной мощности и поэтому они не реализуемы. Поэтому в технической литературе идеальные источники энергии часто называют вырожденными.
Похожие статьи:
Источник — это устройство, которое преобразует механическую, химическую, тепловую или какую-либо другую форму энергии в электрическую энергию. Другими словами, источником является активный сетевой элемент, предназначенный для выработки электрической энергии.
Различные типы источников, доступных в электрической сети, это источники напряжения и источники тока. Источник напряжения имеет функцию воздействия ЭДС, тогда как источник тока имеет функцию воздействия тока.
Содержание:
Источники тока и напряжения также классифицируются как идеальный источник или практический источник.
Источник напряжения
Источник напряжения — это двухполюсное устройство, напряжение которого в любой момент времени является постоянным и не зависит от тока, потребляемого от него. Такой источник напряжения называется идеальным источником напряжения и имеет нулевое внутреннее сопротивление.
Практически идеальный источник напряжения не может быть получен.
Источники, имеющие некоторое количество внутренних сопротивлений, известны как Практический источник напряжения . Из-за этого внутреннего сопротивления; происходит падение напряжения, и это приводит к снижению напряжения на клеммах. Чем меньше внутреннее сопротивление (r) источника напряжения, тем ближе оно к идеальному источнику.
Символическое представление идеального и практического источника напряжения показано ниже.
На рисунке A, показанном ниже, показана принципиальная схема и характеристики идеального источника напряжения:
На рисунке B, представленном ниже, показана принципиальная схема и характеристики источника практического напряжения:
Примером источников напряжения являются аккумуляторы и генераторы переменного тока.
Источник тока
Источники тока далее классифицируются как идеальные и практические источники тока.
Идеальный источник тока — это двухконтактный элемент схемы, который подает одинаковый ток на любое сопротивление нагрузки, подключенное через его клеммы. Важно помнить, что ток, подаваемый источником тока, не зависит от напряжения клемм источника. Он имеет бесконечное сопротивление.
Практический источник тока представляется как идеальный источник тока, соединенный с сопротивлением параллельно.Символическое представление показано ниже:
Рисунок C, показанный ниже, показывает его характеристики. 
На рисунке D, показанном ниже, показаны характеристики практического источника тока.
Примером источников тока являются фотоэлементы, коллекторные токи транзисторов.
идеальных источников | Ultimate Electronics Book
Ultimate Electronics: Практическое проектирование и анализ схем
Идеальные источники напряжения, идеальные источники тока и неидеальные источники с внутренним сопротивлением. 7 минут чтения
Идеальные источники напряжения и тока являются примитивными понятиями для моделирования цепей. Мы обсуждали напряжение и ток в предыдущем разделе.
Вот условные обозначения для этих двух идеальных источников:
Идеальные символы напряжения и тока
circuitlab.ком / cq8x2vnv3vhc5
Символ идеального источника напряжения помечен положительными и отрицательными клеммами, указывающими его направление. Он определяется только одним параметром В : разница напряжений на его клеммах.
Идеальный источник напряжения поддерживает одинаковую разность напряжений на своих клеммах независимо от величины тока, направления тока или общего заряда.
Идеальных источников напряжения не существует в физической реальности.Батарея (электрохимический элемент) ведет себя как идеальный источник напряжения, но это приближение нарушается при больших токах и / или при разрядке батареи. Мы обсудим Батареи более подробно позже.
Когда какой-либо ток проталкивается в идеальный источник напряжения или выходит из него, напряжение на выходе остается неизменным. Вот простая симуляция, которая показывает этот эффект:
Идеальное напряжение источника развертки постоянного тока
circuitlab.ком / cqvc3cr6qcn9k
Упражнение Нажмите на схему, затем нажмите «Имитация» и «Выполнить DC Sweep». Он предназначен для регулировки тока, подаваемого в или из источника напряжения V1.
График напряжения показывает, что напряжение остается постоянным (плоская линия при 5 вольт) независимо от тока. Это скучная симуляция, но она показывает, что идеальный источник напряжения делает именно то, что должен!
Символ идеального источника тока имеет стрелку, указывающую направление тока — при условии, что определенный параметр тока I положительный.
Идеальный источник тока проталкивает определенное постоянное количество заряда за раз, независимо от напряжения, энергии или общего доставленного заряда.
Источник тока также иногда называют током потребления , в зависимости от того, в каком направлении мы смотрим на него. Термин источника тока может использоваться в любом направлении.
Нет простого физического, практически совпадающего компонента, такого как аккумулятор выше. Однако механические аналогии существуют. Водяной насос, который всегда выталкивает воду с заданной постоянной скоростью, независимо от того, насколько сильно ему приходится сталкиваться с какими-либо препятствиями в трубе, является разумным гидравлическим приближением к источнику тока.
Эта аналогия указывает на проблемы, которые мы увидим в электронике: что произойдет, если мы подключим идеальный водяной насос с последовательным расходом 1 литр / час к идеальному водяному насосу с расходом 2 л / час? Кто победит? Ответ в том, что что-то нужно дать. Два идеальных источника тока в серии не совместимы.
Точно так же, что если мы возьмем наш идеальный водяной насос со скоростью 1 литр / час и полностью заблокируем его выходную трубу? Это похоже на то же самое, потому что заблокированный вывод похож на источник тока 0 литров / час.Итак, в конце концов, что-то нужно дать — либо насос, либо препятствие — но математически мы создали невозможную ситуацию.
Хотя источник тока может и не встречаться в природе, он является ценным методом моделирования, потому что в довольно широком диапазоне некоторые вещи ведут себя как источники тока и / или полезно создавать источники тока как подкомпонент других систем или моделей. ,
Вот простое моделирование, показывающее, что независимо от приложенного напряжения, ток остается неизменным:
Идеальный источник тока DC Sweep
circuitlab.ком / cxwrktp8xekry
Упражнение Нажмите на схему, нажмите «Имитация» и «Выполнить DC Sweep».
Опять же, это скучная симуляция с плоскими линиями, но источник тока поддерживает ток 10 А независимо от приложенного напряжения.
Моделирование неидеальных источников требует размышлений о законе сопротивления и Ома, а также о том, как напряжения и токи ведут себя в сети, что регулируется законом напряжения Кирхгофа и текущим законом Кирхгофа. Однако эти модели тесно связаны с идеальными источниками, поэтому мы кратко представим их здесь.
Практический источник напряжения моделируется по первому порядку с внутренним сопротивлением серии :
Неидеальный источник напряжения первого порядка
circuitlab.com/c95f355g6h7m2
Это означает, что фактическое видимое внешнее напряжение падает при получении тока от него. (Как вариант, внешнее напряжение повышается, если в него подается ток.)
Иногда этот эффект важен, а иногда — нет: он зависит от величины падения напряжения и от того, предназначена ли остальная часть вашей системы для этого.
На самом деле, это не всегда линейно. Это даже не всегда монотонно: например, посмотрите защиту от перегрузки , чтобы увидеть, как разработчики блоков питания иногда намеренно хотят, чтобы поведение нелинейного сопротивления защищало цепь от перегрузки и перегрева.
Сравните это неидеальное моделирование источника напряжения с одним из приведенных выше идеальных источников напряжения:
Развертка постоянного тока неидеального источника напряжения первого порядка
circuitlab.ком / cnqwa9q3g92fe
Упражнение Нажмите на схему, нажмите «Имитация» и «Выполнить DC Sweep». Теперь, когда имеется ненулевое внутреннее сопротивление, график напряжения больше не является плоским. Наклон зависит от величины внутреннего сопротивления.
Поскольку батареи часто моделируются как источники напряжения, важно помнить, что настоящие электрохимические батареи также имеют внутреннее сопротивление. Это сопротивление зависит от химического состава батареи, конструкции и истории.Свежие высококачественные батареи будут иметь более низкое внутреннее сопротивление, чем старые использованные батареи. Когда люди, плохо знакомые с электроникой, рассматривают возможность управления большой нагрузкой от батарей, они часто забывают учитывать падение напряжения из-за внутреннего сопротивления, которое может привести к тому, что система не будет обеспечивать ожидаемую мощность нагрузки. Кроме того, падение напряжения может привести к перезагрузке цифровых систем или к колебаниям электропитания в прецизионных аналоговых системах. Подумайте, может ли внутреннее сопротивление батареи повлиять на остальную часть вашей системы.
Практический источник тока моделируется по первому порядку с параллельным внутренним сопротивлением :
Неидеальный источник тока первого порядка
circuitlab.com/c6m6cgvzv43vg
Почему этот дополнительный резистор в параллельно здесь, а не в серии , как для неидеального источника напряжения? Это потому, что последовательный резистор не будет ничего делать с идеальным источником тока.(Источник тока не заботится о падении напряжения, поэтому любое дополнительное падение напряжения из-за последовательного резистора не повлияет на идеальный источник внутри.) Вместо этого параллельный резистор указывает, что потребляемый ток будет меняться в зависимости от приложенного напряжения: оба идеальный источник и резистор будут потреблять ток одновременно.
Сравните это неидеальное моделирование источника тока с идеальным источником тока, приведенным выше:
Размах постоянного тока неидеального источника тока первого порядка
circuitlab.ком / c3fv379ry9327
Упражнение Нажмите на схему, нажмите «Имитация» и «Выполнить DC Sweep». Теперь, когда внутреннее сопротивление ограничено (уже не бесконечно), текущий график больше не плоский с внешним приложенным напряжением.
Поскольку истинных идеальных источников напряжения и тока не существует, у разработчика есть три варианта:
- Смоделируйте все нелинейное поведение источника. Это часто имеет высокую сложность и трудно понять.
- Смоделируйте линеаризованное поведение источника вблизи его рабочей точки. Это гораздо менее сложно и легче понять.
- Рассматривайте неидеальный источник как «достаточно близкий» к идеальному (нулевое или бесконечное внутреннее сопротивление). Это имеет наименьшую сложность и легче всего понять.
На практике это решение может и должно быть вынесено инженером. Обычно моделирование как № 2 или № 3 в некотором ограниченном диапазоне, где мы считаем, что эффект «достаточно плоский, чтобы линеаризовать» или «достаточно мал, чтобы игнорировать», является хорошим вызовом, если мы не создаем непосредственно намеренно нелинейный источник.
Неидеальные источники напряжения и тока, показанные на этой странице, также называются эквивалентными цепями Тевенина и Нортона, которые мы изучим в следующем разделе.
В следующем разделе, «Земля», мы поговорим о концепции единой контрольной точки нулевого напряжения — концепции, которая невероятно широко используется и невероятно запутывает многих новичков.
Роббинс, Майкл Ф. Ultimate Electronics: Практическая схема проектирования и анализа. CircuitLab, Inc., 2020, ultimateelectronicsbook.com. Доступ (Copyright © 2020 CircuitLab, Inc.)
,- Программируемая логика
- Product Reference
- Arty A7
- Arty S7
- Basys 3
- Cora Z7
- Cmod A7
- Eclypse Z7
- Genesys ZU
- Genesys 2
- Nexys 4
- Zedboard
- Zybo Z7
- Больше…
- Микропроцессоры
- Product Reference
- Basys MX3
- Макс32
- uC32
- WF32
- Wi-Fire
- Подробнее …
- Контрольно-измерительные приборы
- Оборудование
- Аналоговая Студия Открытия
- Analog Discovery 2
- Digital Discovery
- OpenScope MZ
- OpenLogger
- Аналоговый Discovery
- Electronics Explorer
- Больше…
- Программное обеспечение
- WaveForms
- WaveForms Live
- Pmods
- Product Reference
- PmodAD1
- PmodALS
- PmodBT2
- PmodOLED
- PmodMIC3
- PmodOLEDrgb
- PmodWiFi
- Больше…
- Программное обеспечение
- Контрольно-измерительные приборы
- WaveForms
- WaveForms Live
- Разное
- адепт 2
- Digilent Agent
- Digilent Instrumentation Protocol
- Digilent Core
- Подробнее …
- Плагины Докувики
- Infobox
- Видео Карусель
- Показать страницу источника
- Инструменты
- Page Tools
- Показать страницу источника
- Старые версии
- Обратные ссылки
- Инструменты сайта
- Последние изменения
- Карта сайта
- Media Manager
- Инструменты пользователя
- Войти в систему
| 1 | LTM8042-1 | 3 | 30 | от 35 мА до 350 мА | 4,2 м | Постоянный ток Постоянное напряжение | uModule Мульти-топология 350 мА Драйвер CC / CV
|
