Идеальный источник тока

1. Источники напряжения и тока, их свойства, характеристики и схемы замещения. Законы Ома и Кирхгофа.

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

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.

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 токбудет максимальным для данного источника ЭДС. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

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 к источнику ЭДС, чем к источнику тока.

Свойства:

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

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:

Схемы замещения источников энергии Простейшая электрическая цепь и ее схема замещения, как указывалось, состоят из одного источника энергии с ЭДС Е и внутренним сопротивлением rвт и одного приемника с сопротивлением r. Ток во внешней по отношению к источнику энергии части цепи, т. е. в приемнике с сопротивлением

 r, принимается направленным от точки а с большим потенциалом к точке b с меньшим потенциалом . Направление тока будем обозначать на схеме стрелкой с просветом или указывать двумя индексами у буквы I, такими же, как и у соответствующих точек схемы. Так, для схемы рис. 1.3 ток в приемнике I = Iаb, где индексы а и b обозначают направление тока от точки а к точке b. Покажем, что источник энергии с известными ЭДС E и внутренним сопротивлением rвт, может быть представлен двумя основными схемами замещения (эквивалентными схемами). Как уже указывалось, с одной стороны, напряжение на выводах источника энергии меньше ЭДС на падение напряжения внутри источника:   с другой стороны, напряжение на сопротивлении r    Ввиду равенства из (1.5а) и (1.56) получается или    В частности, при холостом ходе (разомкнутых выводах а и b) получается E=Uх, т. е. ЭДС равна напряжению холостого хода. При коротком замыкании (выводов а и b) ток   

Из (1.7 6) следует, что rвт источника энергии, так же как и сопротивление приемника, ограничивает ток. На схеме замещения можно показать элемент схемы с rвт, соединенным последовательно с элементом, обозначающим ЭДС E (рис. 1.7, а). Напряжение U зависит от тока приемника и равно разности между ЭДС E источника энергии и падением напряжения rвтI (1.6а). Схема источника энергии, показанная на рис. 1.7, а, называется 

первой схемой замещения или схемой с источником ЭДС. Если rвт<<r и напряжение Uвт<<U, т. е. источник электрической энергии находится в режиме, близком к холостому ходу, то можно практически пренебречь внутренним падением напряжения и принять Uвт = rвт = 0. В этом случае для источника энергии получается более простая эквивалентная схема только с источником ЭДС, у которого в отличие от реального источника исключается режим короткого замыкания (U =0). Такой источник энергии без внутреннего сопротивления ( rвт = 0), обозначенный кружком со стрелкой внутри и буквой E (рис. 1.7,6), называют идеальным источником ЭДС или источником напряжения (источником с заданным напряжением). Напряжение на выводах такого источника не зависит от сопротивления приемника и всегда равно ЭДС E. Его внешняя характеристика — прямая, параллельная оси абсцисс (штриховая прямая ab на рис. 1.4).

Внешняя характеристика идеальному источнику тока

Внешняя характеристика источника ЭДС

Внешняя характеристика отражает зависимость напряжения на зажимах источника от величины нагрузки — тока источника, заданного нагрузкой. Напряжение на зажимах источника меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника (1):
Этому уравнению соответствует внешняя характеристика источника ЭДС (рис. 1). построенная по двум точкам:

Очевидно, что напряжение на зажимах источника ЭДС тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление.

В идеальном источнике ЭДС R0=0, U=E (напряжение не зависит от величины нагрузки). Однако не всегда при анализе и расчете цепи источник электрической энергии удобно представлять в качестве источника ЭДС. Если внутреннее сопротивление источника значительно превышает внешнее сопротивление цепи, что, например, имеет место в электронике, то получим, что ток в цепи I=U/(R+R0) и при R0>>R практически не зависит от сопротивления нагрузки. В этом случае источник энергии представляют в качестве источника тока.

Разделим уравнение (1) на R0 (2):

Уравнению (2) соответствует схема замещения, приведенная на рис. 2. Здесь Iв=U/R0 и Ik=E/R0, I= Ik — Iв тогда (3)

Для идеального источника тока Rс = ∞. Вольтамперные характеристики реального и идеального источников тока показаны на рис. 3.

Когда нет четкого разграничения величин R и R0 , в качестве расчетного эквивалента источника энергии можно использовать либо источник ЭДС, либо источник тока. В последнем, случае для определения падения напряжения используют выражение (3).

Режимы работы источника

Источник может работать в следующих режимах:

1. Номинальный режим — это режим работы, на который рассчитан источник заводом-изготовителем. Для данного режима в паспорте источника указывают номинальные ток Iном и номинальное напряжение Uном или мощность Pном.

2. Режим холостого хода. В этом режиме внешняя цепь отключена от источника, ток источника I = 0 и, следовательно, напряжение на зажимах источника — напряжение холостого хода Uхх = Е — см. уравнение (1).

3. Режим короткого замыкания. Сопротивление внешней по отношению к источнику цепи равно нулю. Ток источника ограничивается только его внутренним сопротивлением. Из уравнения (1) при U=0 получаем I = Iкз = U / R0. Для уменьшения потерь энергии в источнике ЭДС R0 должно быть возможно меньшим, а в идеальном источнике R0 = 0. С учетом этого Iкз >> Iном и является недопустимым для источника.

Основы электротехники и электроники: Курс лекций, страница 2

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.

Рис.
2.1
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.

Рис. 2.2

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

).

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.

Рис. 3.1

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

).

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)

Источник ЭДС. Идеальный и реальный источники.

Источник ЭДС это активный элемент цепи, который имеет два вывода. Напряжение на этих выводах не зависит от сопротивления цепи, в которую он включен. То есть независимо от того какой ток будет создавать источник ЭДС в цепи напряжение на его выводах не изменится.

Считается, что внутри источника ЭДС отсутствуют пассивные элементы, такие как активное сопротивление, индуктивность и емкость. То есть можно сказать, что внутренне сопротивление источника ЭДС равно нулю.

Как всем известно, в пассивных элементах схемы ток протекает от большего потенциала к меньшему. В источнике ЭДС процесс идет в обратном направлении. Внутренние силы источника будь то химические как в батарейке или механические как в динамо машине совершают работу по перемещению зарядов от отрицательного полюса к положительному.

Идеальный источник ЭДС в природе не существует. И в правду трудно себе представить такой источник. В котором при замыкании его выводов между собой, нулевым сопротивлением, возникнет бесконечно большой ток. Это видно из закона Ома. I=U\R при R=0 получим I=U/0.

В реальных же источниках ЭДС всегда присутствует внутренне сопротивление. Таким образом, при замыкании выводов между собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении уравновешивает ЭДС источника. Следовательно, ток короткого замыкания будет иметь какую-то конечную величину.

На схеме реальный источник обозначается как источник ЭДС с включенным последовательно сопротивлением. Его значение подбирается так чтобы отобразить поведение реального источника. Как правило, величина этого внутреннего сопротивления ничтожна, мала и может не браться в рассмотрение. Хотя все зависит от поставленной задачи и конкретной цепи.

ВАХ идеального источника ЭДС показана на рисунке 2. Как видно при изменении тока в цепи напряжение остается неизменным.

Идеальные источники тока и напряжения

2015-05-13 4369
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 . На зажимах источника возникает напряжение .

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 ,то его ток ( ), 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 и мощность будет неограниченно увеличиваться ( ).

Источник

Источник ЭДС и источник тока в электрических цепях

При расчете и анализе электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечным значением величины внутреннего сопротивления r0 заменяют расчетным эквивалентным источником ЭДС или источником тока.

Рис. 1.14

Источник ЭДС (рис. 1.14) имеет внутреннее сопротивление r0, равное внутреннему сопротивлению реального источника. Стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС.

Для данной цепи запишем соотношение по второму закону Кирхгофа

(1.10)

E=U+Ir0 или E=U−Ir0.

Эта зависимость напряжения U на зажимах реального источника от тока I определяется его вольт-амперной или внешней характеристикой (рис. 1.15). Уменьшение напряжения источника U при увеличении тока нагрузки I объясняется падением напряжения на его внутреннем сопротивлении r0.

У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление r

0<<
R
н (приближенно
r
0≈0). В этом случае его вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию (рис. 1.16), следовательно, напряжение
U
на его зажимах постоянно (
U
=
E
) и не зависит от величины сопротивления нагрузки
R
н.

Рис. 1.17

Источник тока, заменяющий реальный источник электрической энергии, характеризуется неизменным по величине током I

к, равным току короткого замыкания источника ЭДС , и внутренним сопротивление
r
0, включенным параллельно (рис. 1.17).

Стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника. Для данной цепи запишем соотношение по первому закону Кирхгофа

I

к=
I
0+
I
; .

В этом случае вольт-амперная (внешняя) характеристика I

(
U
) источника тока определится соотношением

(1.11)

I

=
I
к−
I
0=
I
к−
U
/
r
0

и представлена на рис. 1.18.

Уменьшение тока нагрузки I при увеличении напряжения U на зажимах ab источника тока, объясняется увеличением тока I0, замыкающегося в цепи источника тока.

В идеальном источнике тока r0>>Rн. В этом случае можно считать, что при изменении сопротивления нагрузки Rн потребителя I0≈0, а I≈Iк. Тогда из выражения (1.11) следует, что вольт-амперная характеристика I(U) идеального источника тока представляет прямую линию, проведенную параллельно оси абсцисс на уровне I=Iк=E/r0 (рис. 1.19).

При сравнении внешних характеристик источника ЭДС (рис. 1.15) и источника тока (рис. 1.18) следует, что они одинаково реагируют на изменение величины сопротивления нагрузки. Покажем, что в обоих случаях ток I в нагрузке определяется одинаковым соотношением.

Ток в нагрузке Rн для схем источника ЭДС (рис. 1.14) и источника тока (рис. 1.17) одинаков и равен .

Для схемы (рис. 1.14) это следует из закона Ома, т.к. при последователь-ном соединении сопротивления r0 и Rн складываются. В схеме (рис. 1.17) ток распределяется обратно пропорционально сопротивлениям r0 и Rн двух параллельных ветвей. Ток в нагрузке Rн

,

т.е. совпадает по величине с током при подключении нагрузки к источнику ЭДС. Следовательно, схема источника тока (рис. 1.17) эквивалентна схеме источника ЭДС (рис. 1.14) в отношении энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки Rн, но не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника питания.

Каким из двух эквивалентных источников питания пользоваться, не играет существенной роли. Однако на практике, особенно при расчете электротехнических устройств, чаще используется в качестве источника питания источник ЭДС с внутренним сопротивлением r0 и величиной электродвижущей силы E.

В тех случаях, когда номинальное напряжение или номинальный ток и мощность источника электрической энергии оказываются недостаточными для питания потребителей, вместо одного используют несколько источников. Существуют два основных способа соединения источников питания: последовательное и параллельное.

Последовательное включение источников питания (источников ЭДС) применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС (рис. 1.20).

Рис. 1.20

Для этой цепи на основании второго закона Кирхгофа можно записать

E

1+
E
2+
E
3=
I
(
r
01+
r
02+
r
03+
R
н),

откуда

.

Таким образом, электрическая цепь на рис. 1.20 может быть заменена цепью с эквивалентным источником питания (рис. 1.21), имеющим ЭДС E

э и внутреннее сопротивление
r
э.

При параллельном соединении источников (рис. 1.22) соединяются между собой положительные выводы всех источников, а также их отрицательные выводы. Характерным для параллельного соединения является одно и то же напряжение U

на выводах всех источников. Для электрической цепи на рис. 1.22 можно записать следующие уравнения:

I

=
I
1+
I
2+
I
3;
P
=
P
1+
P
2+
P
3=
UI
1+
UI
2+
UI
3=
UI
.

Как видно, при параллельном соединении источников ток и мощность внешней цепи равны соответственно сумме токов и мощностей источников. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями.

Максимальная мощность источника тока

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).

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

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.

Идеальный источник тока

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

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:

Примеры

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 кпробою 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.

Применение

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)

Связь между токами и напряжениями в R , L , C . Источники ЭДС и тока. Линейные и нелинейные цепи. Законы Ома и Кирхгофа. Цепи синусоидального тока. Характеристики синусоидального тока (напряжения). Угол сдвига фаз. Действующее и среднее значение. Энергия в емкости и индуктивности. Цепь с последовательным соединением R , L , C . Активные, реактивные и полные сопротивления. Активная мощность. Обмен энергией в цепи переменного тока.

Термины и определения основных понятий

Источник электрического тока – источник электрической энергии, характеризующийся электрическим током в нем и внутренней проводимостью.

Источник электрического напряжения – источник электрической энергии, характеризующийся электродвижущей силой и внутренним электрическим сопротивлением.

Активная мощность – величина, равная среднеарифметическому значению мгновенной мощности двухполюсника за период.

Синусоидальный электрический ток – периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени.

Фаза (синусоидального электрического) тока — аргумент синусоидального электрического тока, отсчитываемый от точки перехода значения тока через нуль к положительному значению.

Теоретический материал Связь между током и напряжением в элементах r, l, c

Сопротивление ,.

Численно разность потенциалов равна работе, совершаемой электриче­ским полем по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

Для напряжения также, как и для тока произвольно выбираем направле­ние, обычно она совпадает с направлением тока (рис 2.1).

— закон Ома

Индуктивность

Согласно закону электромагнитной индукции изменение потокосцепле­ния самоиндукции вызывает ЭДС самоиндукции.

,

Величина

называется напряжением на индуктивно­сти. Направлениесовпадает с направлением тока (рис.2.2).

.

Емкость

При изменении на пластинах конденсатора изменяется электриче­ский заряд и, следовательно, в цепи с ёмкостью появляется электрический ток.

,

,

,

.

Условное положительное направление напряжения на ёмкости совпа­дает с условным положительным направлением тока (рис.2.3).

Источники эдс и тока

При расчётах электрических цепей пользуются идеализированными источниками электрической энергии – источники ЭДС и тока.

Им приписывают следующие свойства:

Источник эдс

Упорядоченное перемещение носителей электрических зарядов от « — ­» к « + » внутри источника происходит за счёт присущих источнику сторон­них сил. Величина, численно равная работе, совершаемой сторонними си­лами при перемещении единичного, положительного заряда от « — » к « + » называется ЭДС источника. Стрелка внутри источника указывает на возрастание потенциала (рис.2.4).

Идеальным источником ЭДС называется активный элемент с двумя выводами, напряжение на которых не зависит от величины тока, проте­кающего через источник. Внутреннее сопротивление источника ЭДС равно нулю.

ЭДС и напряжение на зажимах источника одинаковы.

;

;

;

При замыкании зажимов источника ЭДС ток теоретически должен быть бесконечно большим, и, следовательно, идеальный источник ЭДС можно рассматривать как источник бесконечной мощности.

Для обозначения реального источника ЭДС используется сопротивле­ние, включённые последовательно с идеальным источником (рис.2.5). Оно ограни­чивает мощность, отдаваемую во внешнюю цепь.

;

;

В

ольт-амперная характеристика, построенная по уравнению (*), назы­вается внешней (рис. 2.6).

Что именно является источником тока?

Прочитав ваши комментарии, я собираюсь сделать немного другой ответ на этот вопрос.

Что именно является источником тока? Это ничего, или, если выразиться немного лучше, это просто математическая модель. Тот, который вы описываете, не существует, так же как источник напряжения не существует.

Я думаю, что основная проблема здесь обусловлена ​​этим утверждением: for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected to которой for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected to является неправильной. То, что это поведение идеальной батареи, которая реальна как идеальный источник тока и точно так же, как идеальный источник тока, не существует. Выход (и внутреннее состояние) каждой реальной батареи зависит от схемы, к которой она подключена.

Так почему у нас есть источники напряжения и тока? Идея заключается в том, что задача инженера состоит в том, чтобы в основном создать устройство, которое делает что-то довольно хорошо, и, как выясняется, для полного понимания того, как не нужен каждый компонент, используемый в устройстве. Вот почему у нас есть такие вещи, как идеальные источники тока и напряжения.

Давайте вернемся к примеру с аккумулятором еще раз. Вот простой эксперимент, который я провел с имеющейся у меня литий-полимерной батареей: сначала я полностью зарядил батарею. Поскольку это двухэлементная батарея, при полной зарядке ее напряжение составляло 8,4 В, хотя ее номинальное напряжение составляло 7,4 В. Затем я подключил 100   к Ω 100 К Ω резистор к батарее. Его напряжение осталось 8,4 В, и из этого я, пожалуй, могу заключить, что аккумулятор действительно является идеальным источником напряжения, поскольку я подключил к нему нагрузку, но его напряжение не изменилось. Затем я взял у меня электрический двигатель, подключил его к аккумулятору и снова измерил напряжение аккумулятора. На этот раз оно составляло 8,2 В. Очевидно, что двигатель повлиял на батарею, и он больше не является идеальным источником напряжения, хотя это та же батарея, что и раньше. Поэтому я отключил двигатель и подключил резистор снова и снова, напряжение на аккумуляторе было 8,4 В.

Так что здесь происходит? Является ли аккумулятор идеальным источником напряжения или нет? Ну, мы знаем, что это не потому, что я так сказал в начале ответа, но здесь я объясню, почему иногда кажется, что это так, а иногда кажется, что это не так. Как я уже сказал, источник напряжения — это математическая модель. Когда внешняя цепь не оказывает большого влияния на работу батареи, я могу использовать ее, а когда внешняя цепь оказывает большое влияние на батарею, я не могу ее использовать. Таким образом, мы используем простую модель для представления поведения реальной схемы. Другой моделью было бы использование идеального источника напряжения с последовательно включенным резистором на его выходе. Когда я подключаю внешнюю нагрузку к этой цепи, некоторое напряжение на внутреннем резисторе будет падать, а внешний резистор будет видеть более низкое напряжение на выходе. Это позволяет мне снова использовать идеальный источник напряжения для представления батареи, и, поскольку я использую внутренний резистор вместе с идеальным источником напряжения, выход будет более точно отражать поведение реальной батареи. Если бы я хотел большей точности, я мог бы решить использовать более сложную модель и получить более точные результаты.

Важным моментом в электротехнике является изучение того, когда использовать правильную модель для представления чрезвычайно сложного компонента реальной схемы (и даже скромный резистор, если его детально проанализировать, является шедевром современной науки). Но чтобы сделать это, мы начнем с простых схем, чтобы мы могли узнать, как на самом деле работают простейшие математические модели.

Когда мы начнем анализ более сложных компонентов схемы, таких как, например, транзистор или диод, мы разберем их на простую схему, состоящую из таких вещей, как резисторы и идеальные источники тока и напряжения. Это позволит нам упростить поведение более сложного компонента и избежать детального анализа его работы, если для наших нужд достаточно простой модели.

Совершенно та же история работает для источников тока, но я решил не рассказывать об этом здесь, поскольку, как вы можете видеть из других ответов, схемы, которые можно смоделировать как идеальные источники тока, слишком сложны для понимания на данный момент.

Итак, подведем итог: нет реальных объектов, которые можно было бы использовать для представления идеальных источников напряжения и тока, но есть некоторые объекты, которые могут быть (в некоторых случаях довольно близко) представлены идеальными источниками напряжения и тока. Лучшее, что вы можете сделать сейчас, — это правильно запомнить определения идеальных источников напряжения и тока, а не путать их с реальными объектами. Таким образом, вы не будете удивлены, если батарея не обеспечивает своего номинального напряжения или если цепь, помеченная как идеальный источник тока, начинает курить в одной точке, хотя она должна быть полностью невосприимчива к внешним изменениям в цепи.

В качестве дополнительного примечания рассмотрим, что происходит с идеальным источником напряжения, когда его выходы закорочены, и что происходит с идеальным источником тока, когда его выходы открыты? И что происходит, когда вы закорачиваете батарею, и почему все батареи имеют предупреждение не замыкать выходные контакты?

Разница между источником тока и источником напряжения

Трудно представить современный мир без электричества, телефон останется без подзарядки, а просмотр фильма попросту станет невозможен. Да, без этого явления жизнь покажется тяжелой. Но для того чтобы получить его, нужен поток энергии, физическая составляющая которого, может иметь различный характер. В электротехнике принято подразделять элементы питания на две группы: по постоянному току или напряжению. Они бывают идеальными, но существующие лишь в теории и реальные, которые возможно увидеть на практике.

Идеальный источник тока (генератор)

Для начала рассмотрим абстрактный вариант: сила тока, созданная в этом устройстве, всегда одинаковая. Опираясь на закон Ома, можно легко сделать заключение, что напряжение находится в зависимости лишь от сопротивления подключенной нагрузки. Внутреннее сопротивление такого элемента питания имеет бесконечную величину, поэтому не воздействует на основной параметр. Вследствие того, что сила тока значение постоянное, то на значение мощности теоретического агрегата влияет только сопротивление подключенной нагрузки. В устройстве, при возникновении короткого замыкания, также сохраняется основное свойство источника.

Такой идеальный элемент можно создать лишь в теории, его применяют при моделировании электромагнитных процессов. На практике такой системы достичь невозможно, поэтому рассмотрим материальную вариацию.

Реальный генератор

Главное различие между реальным и идеальным устройством — наличие внутреннего сопротивления. Чем выше данный параметр, тем ближе элемент к улучшенному варианту. Из этого следует, что напряжение и мощность значения конечные, т. е имеют определенный рабочий диапазон. При этом система также обладает ограничением по присоединяемой нагрузке. При решении задач, реальное устройство изображают в качестве идеального, с подключенным в параллель внутренним сопротивлением.

Эксплуатация данного агрегата возможна при холостом ходе (без внешней нагрузки) вследствие того, что имеем замкнутый контур за счет внутреннего сопротивления. Ток на выходе во время такого режима снижается до нулевого значения. При подключении накоротко (режим короткого замыкания) получим максимальную величину, а выходное напряжение опустится до 0.

В качестве примера такого устройства, обратимся к катушке индуктивности. Это положение справедливо в момент размыкания цепи. Так разность потенциалов в таком режиме резко увеличивается по сравнению с предыдущим состоянием. Все дело в ЭДС самоиндукции возникающей в этом элементе. При увеличении напряжения катушка накапливает энергию, при снижении отдает ее в сеть.

Еще одним примером является вторичная обмотка трансформатора тока, которая в нормальных условиях работы всегда должна быть закорочена. В противном случае, если в ней произойдет разрыв, то она станет генератором. Все дело в законе сохранения энергии, так мощность на первичной и вторичной обмотке должна быть одинаковой. Параметры первичной обмотки неизменны, вследствие конструктивных особенностей трансформатора (обмотка имеет один виток). При обрыве во вторичной обмотке, упорядоченного движения заряженных частиц не будет, соответственно напряжение резко возрастет.

Идеальный источник напряжения (ЭДС)

У идеального устройства, напряжение является неизменным параметром и не зависит от значения нагрузочного тока, вместе с тем, его внутреннее сопротивление равно 0. Если создание данного прибора было бы возможным, то он представлял источник бесконечной мощности. Величина тока и мощности при подключенной нагрузке стремилась к бесконечному числу. Но, как мы знаем мощность, имеет конечное значение.

Описанный элемент питания, является теоретическим понятием, на практике таких условий достичь невозможно, поэтому применяется лишь в моделировании процессов.

Реальный источник напряжения

В реальности имеем устройство ЭДС, которое характеризуется наличием внутреннего сопротивления, по этой причине ток будет иметь граничное значение. В большинстве устройств внутреннее сопротивление незначительная величина, если сравнивать с внешними показателями, и чем меньше это параметр, тем ближе к идеальному варианту. При увеличении тока будет происходить падение напряжения. В расчетах обозначается как идеальный источник ЭДС с подключенным последовательно сопротивлением. Ток через источник равен 0, если создан режим холостого хода. При возникновении короткого замыкания, примет максимальное значение, а разность потенциалов на выходе станет равной 0.

В качестве примера можно рассмотреть аккумуляторную батарею, принцип работы которой, основан на химической реакции.

Вывод

• Реальные приборы в отличие от идеальных устройств содержат внутреннее сопротивление.
• Что касается отличия идеального устройства тока от напряжения, то оно заключается в том, какой параметр является постоянным и не зависит от присоединяемой нагрузки. Это соответствует их названиям, для приборов ЭДС– напряжение, для генератора – ток.
• При составлении схемы замещения, внутреннее сопротивление источника тока подключается параллельно, напряжения – последовательно.
• Для реальных устройств, существует разница во внутреннем сопротивлении: для генераторов лучше иметь большое сопротивление, для источника ЭДС – малое.

всё, что нужно знать для теории и практики

Чем отличается блок питания от драйвера для светодиодов: всё, что нужно знать для теории и практики

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Примечание автора: «В сети есть достаточно большое количество информации о питании светодиодной продукции, но когда я готовил материал для этой статьи, нашел большое количество абсурдной информации на сайтах из топа выдачи поисковых систем. При этом наблюдается либо полное отсутствие, либо неправильное восприятие базовых теоретических сведений и понятий.»

Светодиоды — самый эффективный на сегодняшний день из всех распространенных источников света. За эффективностью кроются и проблемы, например высокое требование к стабильности тока, который их питает, плохая переносимость сложных тепловых режимов работы (при повышенной температуре). Отсюда выходит задача решения этих проблем. Давайте разберемся, чем отличаются понятия блок питания и драйвер. Для начала углубимся в теорию.

Источник тока и источник напряжения

Блок питания — это обобщенное названия части электронного устройства или другого электрооборудования, которое осуществляют подачу и регулирование электроэнергии для питания этого оборудования. Может находиться как внутри устройства, так и снаружи, в отдельном корпусе.

Драйвер — обобщенное название специализированного источника, коммутатора или регулятора питания для специфичного электрооборудования.

Различают два основных типа источников питания:

— Источник напряжения.

— Источник тока.

Давайте рассмотрим их отличия.

Источник напряжения — это такой и источник питания напряжение на выходе которого не изменяется при изменении выходного тока.

У идеального источника напряжения внутреннее сопротивление равняется нулю, при этом выходной ток может быть бесконечно большим. В реальности же дело обстоит иначе.

У любого источника напряжения есть внутреннее сопротивление. В связи с этим напряжение может несколько отклоняться от номинального при подключении мощной нагрузки (мощная — малое сопротивление, большой ток потребления), а выходной ток обуславливается его внутренним устройством.

Для реального источника напряжения аварийным режимом работы является режим короткого замыкания. В таком режиме ток резко возрастает, его ограничивает только внутреннее сопротивление источника питания. Если источник питания не имеет защиты от КЗ, то он выйдет из строя

Источник тока — это такой источник питания, ток которого остается заданным независимо от сопротивления подключенной нагрузки.

Так как целью источника тока является поддержание заданного уровня тока. Аварийным режимом работы для него является режим холостого хода.

Если объяснить причину простыми словами, то дело обстоит следующим образом: допустим, вы подключили к источнику тока с номинальным в 1 Ампер нагрузку сопротивлением в 1 Ом, то напряжение на его выходе установится в 1 Вольт. Выделится мощность в 1 Вт.

Если увеличить сопротивление нагрузки, скажем, до 10 Ом, то ток так и будет 1А, а напряжение уже установится на уровне 10В. Значит, выделится 10Вт мощности. И наоборот, если снизить сопротивление до 0.1 Ома, ток будет все равно 1А, а напряжение станет 0.1В.

Холостым ходом называется состояние, когда к выводам источника питания ничего не подключено. Тогда можно сказать, что на холостом ходу сопротивление нагрузки очень большое (бесконечное). Напряжение будет расти до тех пор, пока не потечет ток силой в 1А. На практике, для примера такой ситуации можно привести катушку зажигания автомобиля.

Напряжение на электродах свечи зажигания, когда цепь питания первичной обмотки катушки размыкается, растёт до тех пор, пока его величина не достигнет напряжения пробоя искрового промежутка, после чего через образовавшуюся искру протечет ток и рассеется энергия, накопленная в катушке.

Состояние короткого замыкания для источника тока не является аварийным режимом работы. При коротком замыкании сопротивление нагрузки источника питания стремится к нулю, т.е. оно бесконечно маленькое. Тогда напряжение на выходе источника тока будет соответствующим для протекания заданного тока, а выделяемая мощность ничтожно мала.

Перейдем к практике

Если говорить о современной номенклатуре или названиям, которые даются источникам питания в большей степени маркетологами, а не инженерами, то блоком питания принято называть источник напряжения.

К таким относятся:

— Зарядное устройство для мобильного телефона (в них преобразование величин до достижения необходимого зарядного тока и напряжения осуществляется установленными на плате заряжаемого устройства преобразователями.

— Блок питания для ноутбука.

— Блок питания для светодиодной ленты.

Драйвером называют источник тока. Основное его применение в быту — это питание отдельных светодиодов и светодиодных матриц и те и другие обычной высокой мощности от 0.5 Вт.

Питание светодиодов

В начале статьи было упомянуто, что у светодиода весьма высокие требования к питанию. Дело в том, что светодиод питается током. Это связано с вольтамперной характеристикой всех полупроводниковых диодов. Взгляните на неё.

На картинке ВАХ диодов разных цветов:

Такая форма ветви (близка к параболе) обусловлена характеристиками полупроводников и примесей которые в них внесены, а также особенностей pn-перехода. Ток, когда напряжение, приложенное к диоду меньше порогового почти, не растёт, вернее его рост ничтожно мал. Когда напряжение на выводах диода достигает порогового уровня, через диод резко начинает расти ток.

Если ток через резистор растёт линейно и зависит от его сопротивления и приложенного напряжения, то рост тока через диод не подчиняется такому закону. И при увеличении напряжения на 1% ток может возрасти на 100% и больше.

Плюс к этому: у металлов сопротивление увеличивается при росте его температуры, а у полупроводников наоборот — сопротивление падает, а ток начинает расти.

Чтобы узнать причины этого подробнее нужно углубиться в курс “Физические основы электроники” и узнать о типах носителей зарядов, ширине запрещенной зоны и прочих интересных вещах, но делать этого мы не будем, бегло эти вопросы мы рассматривали в статье о биполярных транзисторах.

В технических характеристиках пороговое напряжение обозначается, как падение напряжения в прямом смещении, для светодиодов белого свечения обычно около 3-х вольт.

С первого взгляда может показаться, что достаточно на этапе проектировки и производства светильника достаточно подобать токоограничивающие резисторы и выставить стабильное напряжения на выходе блока питания и всё будет хорошо. На светодиодных лентах так и делают, но их питают от стабилизированных источников питания, к тому же мощность применяемых в лентах светодиодах зачастую* мала, десятые и сотые доли Ватт.

 *(если не вести речь о лентах и полосах со светодиодами 5730 подробнее о типах SMD светодиодах смотрите статью — Виды, характеристика и маркировка SMD-светодиодов)

Мощные светодиоды, которые и рекомендуется питать драйверами, греются достаточно сильно. Например, светодиод мощностью 1Вт нагревается до температуры выше 50 градусов за несколько 5-15 секунд работы без радиатора.

Если такой светодиод питается от драйвера, со стабильным выходным током, то при нагреве светодиода ток через него не возрастет, а останется неизменным, а напряжение на его выводах для этого немного снизится.

А если от блока питания (источника напряжения), после нагрева ток увеличится, от чего нагрев будет еще сильнее.

Есть еще один фактор — характеристики всех светодиодов (как и других элементов) всегда отличаются.

Выбор драйвера: характеристики, подключение

Для правильного выбора драйвера нужно ознакомиться с его техническими характеристиками, основные это:

— Номинальный выходной ток;

— Максимальная мощность;

— Минимальная мощность. Не всегда указывается. Дело в том, некоторые драйвера не запустятся если к ним подключена нагрузка меньше определенной мощности.

Часто в магазинах вместо мощности указывают:

— Номинальный выходной ток;

— Диапазон выходных напряжений в виде (мин.)В…(макс.)В, например 3-15В.

— Количество подключаемых светодиодов, зависит от диапазона напряжений, пишется в виде (мин)…(макс), например 1-3 светодиодов.

Так как ток через все элементы одинаков при последовательном подключении, поэтому к драйверу светодиоды подключаются последовательно.

Параллельно светодиоды нежелательно (скорее нельзя) подключать к драйверу, потому что, падения напряжений на светодиодах могут немного различаться и один будет перегружен, а второй наоборот работать в режиме ниже номинального.

Подключать больше светодиодов, чем определено конструкцией драйвера не рекомендуется. Дело в том, что любой источник питания имеет определенную максимально допустимую мощность, которую нельзя превышать. А при каждом подключенном светодиоде к источнику стабилизированного тока напряжение на его выходах будет возрастать примерно на 3В (если светодиод белый), а мощность будет равняться как обычно произведению тока на напряжение.

Исходя из этого, сделаем выводы, чтобы купить правильный драйвер для светодиодов, нужно определиться с током, который потребляют светодиоды и напряжением, которое на них падает, и по параметрам подобрать драйвер.

Например этот драйвер поддерживает подключение до 12 мощных светодиодов на 1Вт, с током потребления в 0.4А.

Вот такой выдаёт ток в 1.5А и напряжение от 20 до 39В, значит к нему можно подключить, например светодиод на 1.5а, 32-36В и мощностью 50Вт.

Заключение

Драйвер – это один из типов блока питания, рассчитанный на обеспечение светодиодов заданным током. В принципе все равно как называют этот источник питания. Блоками питания называются источники питания для светодиодных лент на 12 или 24 Вольта, они могут выдавать любой ток ниже максимального. Зная правильные названия, вы вряд ли ошибетесь при приобретении товара в магазинах, и вам не придётся его менять.

Ранее ЭлектроВести писали о светодиодных диммерах и их использовании.

По материалам: electrik.info.

чему равна внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС, равной 20В ,если при подключении к

составить сравнительную таблицу по теме расчет количества теплоты в различных процессахпомогите пожалуйста​

Резистор и конденсатор соединены последовательно и питаются от источника переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц. Ток который протекает че … рез резистор равен 1 А, а падение напряжения на нем равно 55 В. Найти емкость конденсатора?

Найти период колебаний в контуре, если конденсатор имеет 50 мкФ и катушка с индуктивностью 4 мкГн.

Тело совершает колебательные движения по такому закону: х(t)=0,04cos(). Нужно найти: фазу колебаний, координату и скорость тела через 3с, амплитуду, п … ериод, и частоту колебаний.

чим відрізняються полярні діалектики від неполярних​

ВАРИАНТ 1 1 В сосуде содержится 5 л воды при температуре 10 ° С. Сколько воды при температуре 25 °С надо добавить в сосуд, чтобы в … нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь 2 В стальной котёл массой 2 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 20 до 100 ° С? 3 Какую энергию нужно затратить, чтобы расплавить кусок льда массой 5 кг, взятый при температуре -10 ° С? 4 Какое количество энергии требуется для обращения воды массой 150 г в пар при температуре 10 ° С? 5 Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина? 6. Какие удельные величины вы знаете? Опишите их и напишите для них формулы.

в однорідному магнітному полі 26 варіант​

тело совершает колебательные движения по такому закону:x(t)=0,04cos(). Нужно найти фазу колебаний, координату и скорость тела через 3 секунды , ампли … туду ,период и частоту колебаний

ях следует применять закон всемирного тяготения для расчёта гра- витационных сил? 6. Притягивается и Земля квитсящему на ветке яблоку? УПРАЖНЕМАМЕ 15 … 1. Приведите примеры проявления силы тяготения. Космическая станция мети от Земли клуне. Как меняется при этом модуль векторе силы ее притяжения к Земле, к Луне? С одинаковы- ма или различные по модулю селами притягивается станция к Земле и Луне, когда она находится посередине между ними? Если силы различны, то какая больше во сколько раз? Все ответы обо- скуйте. (Известно, что масса Земли примерно в 81 раз больше массы 3. Известно, что масса Солнца в 330 000 раз больше массы Земли. Верно е, что Солнце притягивает Землю в 330 000 раз сильней, чем Земля притягивает Солнце? Ответ поясните. 4. Меча даброшенный мальчиком, в течение некоторого времени дви- тался вверх. При этом его скорость всё время уменьшалась, пока не стала равной нулю. Затем мяч стал падать вниз с возрастающей ско- 65​

в какой из указанных точек траектории движения мотоцикла движущегося с постоянной по модулю скоростью, центростремительное ускорение максимально​

источников

источников
Далее: Зависимые источники Up: Введение в электронику Предыдущий: Пассивные элементы Содержание

Рисунок 3.1: Источник постоянного тока (идеальный источник напряжения) со схемным элементом

Идеальный источник напряжения: независимо от величины тока, потребляемого от него, напряжение на клеммах всегда одинаковое. Когда клеммы короткое замыкание (сопротивление между терминалами) бесконечное количество тока течет для поддержания напряжения.Это гипотетическое состояние, почему?

Рисунок 3.2: Идеальный источник тока

Идеальный источник тока: какая бы ни была подключена нагрузка или сеть элементов. к источнику, ток, подаваемый источником в нагрузку, всегда остается неизменным. Если клеммы разомкнуты (клеммы не подключены к что угодно) напряжение на клеммах становится равным поддерживать одинаковое количество тока через клеммы.Это тоже гипотетическое состояние, почему?

Могу ли я оставить источник тока, как показано на рисунке 3.3?

Рисунок 3.3: Текущий источник оставлен открытым

В этом случае напряжение на выводах будет.

Неидеальный источник напряжения: См. Схему на рисунке 3.4. Неидеальный источник напряжения моделируется внутренним сопротивление источника. Таким образом, напряжение на клеммах аккумуляторной батареи изменяется в зависимости от ток нагрузки.

Рисунок 3.4: Неидеальный источник напряжения

Без нагрузки, т.е. при нулевом токе,. Когда ток нагрузки потоки . Для новой батареи, как правило, незначительна, и она увеличивается по мере того, как разряжены. зависит от электролита и материалов клемм.

Неидеальный источник тока: См. Схему на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5: Неидеальный источник тока

Неидеальный источник тока моделируется внутренней проводимостью в параллельно с источником..
Из рисунка видно, что: . Идеальный ток источник имеет, т. е. .

Неидеальный источник напряжения и анализ источника тока: Источник неидеален, следовательно, v не является постоянным. Если это линейная цепь, и линейно связанные с. причина и следствие. Таким образом получаем:

Рисунок 3.6: Аккумулятор

			(3.1)
			(3.2)

Рисунок 3.7: Модель

Это уравнение эквивалентно рис. 3.7. Таким образом, аккумулятор может быть представлен 3.8:

Рисунок 3.8: Модель аккумулятора

Аналогично для неидеального источника тока (рис. 3.9), если он линейный,

			(3,3)
			(3.4)

Всегда идеальный источник тока. Таким образом .

Рисунок 3.9: Источник тока

Рисунок 3.10: Модель источника тока

Выше источники моделируются с использованием идеального напряжения (тока). источники, напряжение (ток) которых остается постоянным.

У нас также может быть источник , выход которого можно контролировать . Эти могут использоваться для моделирования некоторых реальных устройств (например,г., транзистор) Вт. Буду изучать транзистор позже в ходе курса.

---

Подразделы

---

Далее: Зависимые источники Up: Введение в электронику Предыдущий: Пассивные элементы Содержание

инсинг 2007-07-25

Что такое текущий источник | Electrical4u

Текущий источник:

В электрической сети источник тока и источник напряжения являются основными концепциями, лежащими в основе многих электрических приложений.Посмотрим, что является текущим источником…

Идеальный источник тока:

Источник тока, который подает постоянный ток в цепь нагрузки, независимо от напряжения, развиваемого на его выводах. Нагрузки могут быть резистивными, индуктивными, емкостными и т. Д. Внутреннее сопротивление источника тока должно быть бесконечным. Но на практике мы не можем построить идеальный источник тока.

Независимый источник тока:

Обеспечивает постоянный ток в цепи независимо от нагрузки и направления напряжения, возникающего на ее клеммах.
[wp_ad_camp_1]

Символическое изображение:

Серия подключена Независимый источник тока:

Для вывода…

1. Все источники тока должны быть в одном рейтинге
2. Следует позаботиться о полярности. Неправильная полярность приводит к снижению мощности.

Параллельное соединение Независимый источник тока:

Параллельно подключенные источники тока эквивалентны алгебраической сумме отдельных источников тока.

Примечание. Источники напряжения не могут быть подключены, если напряжения на клеммах источника напряжения не равны.

Зависимые источники тока:

В этом случае источник тока зависит от существующих в цепи источников тока или напряжения (источник будет размещен в той же цепи, в другом месте).

1. Управляемый напряжением Источник тока.
2. Источник тока, управляемый током.

Управляемый напряжением Источник тока.

Источник выдает ток (поток электронов) в соответствии с напряжением зависимого элемента в той же сети

Пример:

https://commons.wikimedia.org/wiki/User:GorillaWarfare
[wp_ad_camp_1]

Current Управляемый источник тока.

Источник выдает ток в соответствии с током зависимого элемента в цепи.

Пример:

Источник тока с регулируемым током

Предыдущая статья Правило делителя тока для легкого пониманияСледующая статьяИстория электротехники

6.2: Преобразование источников — Engineering LibreTexts

Мы начнем с рассмотрения более реалистичной модели для источников постоянного напряжения и постоянного тока. Идеальный источник напряжения всегда создает заявленный потенциал независимо от того, к чему он подключен. Идеальный источник тока ведет себя аналогичным образом; он всегда будет производить один и тот же ток независимо от нагрузки. Эти ожидания нереалистичны. Например, если мы поместим сплошную медную полосу на клеммы источника напряжения, она может иметь сопротивление всего миллиом, что означает выходной ток в тысячи ампер.Точно так же, если бы мы отключили источник тока от любой нагрузки, его эффективная нагрузка была бы сопротивлением воздуха между его выводами, а закон Ома диктовал бы выходное напряжение, возможно, в тысячи или даже миллионы вольт. Источники из реального мира не ведут себя подобным образом.

Реалистичные модели источников

Высокоточная модель любого источника напряжения или источника тока может быть довольно сложной, но для работы общего назначения мы можем значительно улучшить наши идеальные источники, просто добавив к ним резистор.Это сопротивление называется внутренним сопротивлением источника. Важно понимать, что это не резистор, как внутренний компонент, который можно изменить, а скорее математическое дополнение к источнику, которое лучше предсказывает его поведение. Кроме того, значение этого эффективного сопротивления можно определить в лаборатории путем соответствующих измерений.

Рисунок 6.2.1 : Практическая модель источника напряжения.

Модель источника напряжения добавляет последовательно сопротивление, как показано на рисунке 6.2.1 . Это сопротивление устанавливает верхний предел токового выхода источника. Даже если выходные клеммы закорочены, максимальный ток будет определяться законом Ома как напряжение источника, деленное на внутреннее сопротивление, или \ (E / R \). Очевидно, это внутреннее сопротивление создаст некоторый эффект делителя напряжения с подключенной нагрузкой. Чтобы свести к минимуму этот эффект, внутреннее сопротивление должно быть как можно меньше. Таким образом,

\ [\ text {Идеальное внутреннее сопротивление источника напряжения равно нулю Ом (короткое замыкание).} \ nonumber \]

При внутреннем сопротивлении 0 Ом эта улучшенная модель возвращается к исходному идеальному источнику. В случае лабораторного источника питания внутреннее сопротивление обычно составляет небольшую долю Ом.

Рисунок 6.2.2 : Практическая модель источника тока.

Для источника тока улучшенная модель добавляет сопротивление параллельно, как показано на рисунке 6.2.2. . Это сопротивление устанавливает верхний предел выходного напряжения источника. Если выходные клеммы разомкнуты, максимальное напряжение больше не будет создавать огромное напряжение.Вместо этого по закону Ома он должен быть равен току источника, умноженному на внутреннее сопротивление, или \ (I \ cdot R \). Это внутреннее сопротивление создаст некоторый эффект делителя тока с присоединенной нагрузкой. Чтобы свести к минимуму этот эффект, внутреннее сопротивление должно быть как можно большим. Таким образом,

\ [\ text {Идеальное внутреннее сопротивление источника тока бесконечно.} \ Nonumber \]

Учитывая бесконечное внутреннее сопротивление в Ом (т. Е. Разрыв), эта улучшенная модель возвращается к исходному идеальному источнику.С этого момента, когда мы имеем дело с практическими источниками напряжения и тока, мы понимаем, что эти источники имеют некоторое внутреннее сопротивление, даже если они не показаны явно на схематической диаграмме. Кроме того, всякий раз, когда мы говорим об идеальных источниках, мы просто используем сокращение для внутреннего сопротивления источника напряжения и разрыв для внутреннего сопротивления источника тока.

Источники эквивалентности

Для любого простого источника напряжения, состоящего из идеального источника напряжения с последовательным внутренним сопротивлением, можно создать эквивалентный источник тока.Точно так же для любого простого источника тока, состоящего из идеального источника тока с параллельным внутренним сопротивлением, может быть создан эквивалентный источник напряжения. Под «эквивалентным» мы подразумеваем, что токи нагрузки должны быть одинаковыми для обеих цепей при любом значении сопротивления нагрузки. (Обратите внимание, что если токи одинаковы, то напряжения также должны быть одинаковыми в соответствии с законом Ома.) Рассмотрим простой источник напряжения, показанный на рисунке 6.2.1. . Его эквивалентным источником тока будет тот, который показан на рисунке 6.2.2. . Обратное тоже верно.

По причинам, которые станут очевидными в следующем разделе, посвященном теореме Тевенина, внутренние сопротивления этих двух цепей должны быть идентичны, чтобы они вели себя одинаково. Зная это, найти требуемую ценность другого источника — несложный процесс. Поскольку вольт-амперная характеристика для этих цепей является линейной, линия графика может быть определена всего двумя точками. Два очевидных момента для использования — это открытые и закороченные варианты нагружения. Другими словами, если он эквивалентен для этих двух ситуаций, он должен работать при любой нагрузке.Вариант закороченной нагрузки обеспечивает максимальный ток нагрузки при нулевом напряжении нагрузки, в то время как открытый вариант нагрузки дает максимальное напряжение нагрузки при нулевом токе нагрузки.

При наличии источника напряжения максимальный ток развивается, когда нагрузка замыкается, и возникает ток \ (E / R \). В тех же условиях нагрузки весь ток от текущей версии источника должен проходить через нагрузку. Следовательно, значение эквивалентного источника тока должно быть максимальным током \ (E / R \).Было бы бессмысленно использовать источник тока, который был бы больше или меньше этого значения.

В продолжение, если мы посмотрим на случай открытой нагрузки, для источника напряжения ток нагрузки будет равен нулю, а напряжение нагрузки будет полным напряжением источника \ (E \). Для источника тока нагрузка также не будет видеть тока, а ее напряжение будет представлять собой напряжение, возникающее на ее внутреннем сопротивлении, которое в \ (R \) умножено на ток \ (E / R \), или просто \ (E \). Таким образом, эти два устройства ведут себя одинаково при предельных значениях нагрузки.

Точно так же, если мы начнем с источника тока, открытая нагрузка дает максимальное напряжение нагрузки \ (I \ cdot R \). Следовательно, эквивалентный источник напряжения должен иметь значение \ (I \ cdot R \). Для источника тока закороченная нагрузка создаст ток нагрузки, равный значению источника, или \ (I \). Версия с источником напряжения будет производить ток \ (E / R \), где значение \ (E \), как было обнаружено, равно \ (I \ cdot R \), и, таким образом, ток нагрузки будет \ (I \ cdot R / R \) или просто \ (I \).И снова две версии ведут себя идентично при предельных значениях нагрузки.

Чтобы подвести итог процесса преобразования источника:

• Внутреннее сопротивление будет одинаковым для обеих версий.
• При преобразовании из источника напряжения в источник тока значение источника тока будет максимальным током, доступным от источника напряжения (случай закороченной нагрузки), и будет равно \ (E / R \).
• При преобразовании от источника тока к источнику напряжения значение источника напряжения будет максимальным напряжением, доступным от источника тока (открытый вариант нагрузки), и будет равно \ (I \ cdot R \).

При преобразовании нескольких источников (т. Е. Последовательных источников напряжения или параллельных источников тока) сначала объедините источники, чтобы получить простейший источник, а затем выполните преобразование. Не конвертируйте сначала источники, а затем объединяйте их, так как вы получите последовательно-параллельные конфигурации, а не простые источники.

Разумное использование преобразования источников может иногда упростить схемы с несколькими источниками, позволяя объединять преобразованные источники, в результате чего получается один источник.

Пример 6.2.1

Определите эквивалент источника тока для источника, показанного на Рисунке 6.2.3. .

Рисунок 6.2.3 : Источник для примера 6.2.1 .

Во-первых, значение сопротивления просто копируется, поэтому внутреннее сопротивление источника тока составляет 50 \ (\ Omega \). Значение источника тока рассчитывается с использованием закона Ома на основе максимального тока, возникающего при коротком замыкании. Таким образом, все 15 вольт падают на сопротивление 50 \ (\ Omega \).

\ [I_s = \ frac {E} {R_s} \ nonumber \]

\ [I_s = \ frac {15V} {50 \ Omega} \ nonumber \]

\ [I_s = 0,3A \ nonumber \]

Рисунок 6.2.4 : Эквивалентный источник тока для источника, показанного на Рисунке 6.2.3. .

Эквивалентный источник тока показан на рисунке 6.2.4. . Мы знаем, что это будет работать для закороченных и открытых корпусов, но если остались какие-либо сомнения относительно его универсального характера, просто замените любое другое значение сопротивления и сравните результаты двух цепей.Без особой причины, давайте попробуем использовать нагрузку 200 \ (\ Omega \) и посмотрим, идентичны ли токи нагрузки.

Для исходного источника напряжения мы можем использовать закон Ома:

\ [I_L = \ frac {E} {R_s + R_L} \ nonumber \]

\ [I_L = \ frac {15 V} {50 \ Omega +200 \ Omega} \ nonumber \]

\ [I_L = 60 мА \ nonumber \]

Для эквивалентного источника тока мы можем использовать CDR:

\ [I_L = I_s \ frac {R_s} {R_s + R_L} \ nonumber \]

\ [I_L = 0,3 A \ frac {50 \ Omega} {50 \ Omega +200 \ Omega} \ nonumber \]

\ [I_L = 60 мА \ nonumber \]

Попробуйте это с любым другим нагрузочным резистором.Результаты всегда должны быть идентичными.

А теперь попробуем пойти другим путем.

Пример 6.2.2

Определите эквивалент источника напряжения для источника, показанного на рис. 6.2.5. .

Рисунок 6.2.5 : Источник для примера 6.2.2 .

Опять же, значение сопротивления просто копируется, поэтому внутреннее сопротивление источника напряжения составляет 22 кОм \ (\ Омега \). Значение источника напряжения основано на максимальном напряжении, создаваемом при разомкнутой нагрузке, и вычисляется с использованием закона Ома.В открытом корпусе все 15 миллиампер проходят через сопротивление 22 кОм.

\ [E_s = I \ times Rs \ nonumber \]

\ [E_s = 15 мА \ раз 22к \ Омега \ nonumber \]

\ [E_s = 330 В \ nonumber \]

Эквивалентный источник напряжения показан на рисунке 6.2.6. . Опять же, давайте попробуем использовать другое значение резистора нагрузки, чтобы увидеть, идентичны ли результаты тока нагрузки и напряжения между двумя источниками. На этот раз мы сопоставим нагрузку с внутренним сопротивлением 22 кОм (\ Omega \).

Рисунок 6.2.6 : Эквивалентный источник тока для источника на Рисунке 6.2.5. .

Для источника напряжения с согласованным сопротивлением мы устанавливаем простой 50% делитель напряжения, таким образом, напряжение нагрузки будет вдвое меньше напряжения источника, или 165 вольт. Исходный текущий источник видит текущее разделение пополам из-за текущего правила делителя. Таким образом, ток нагрузки должен составлять 7,5 мА. При таком токе напряжение нагрузки составит

\ [V_L = I \ times Rs \ nonumber \]

\ [V_L = 7.5 мА \ раз 22 к \ Омега \ nonumber \]

\ [V_L = 165 V \ nonumber \]

И снова результаты совпадают.

Теперь, когда у нас есть возможность заменить один тип источника другим, пришло время исследовать, как мы могли бы использовать его, помимо простого предоставления нам другого способа управления цепью. При разумном применении преобразования источников можно использовать для упрощения и сокращения сложных схем и, таким образом, упрощения вычислительных трудностей. Например, рассмотрим схему на рисунке 6.2,7 .

Рисунок 6.2.7 : Схема с двумя источниками.

Эта схема не похожа ни на одну схему, которую мы видели до сих пор. Хотя мы анализировали схемы с использованием нескольких источников напряжения, они всегда были в простом последовательном контуре. Таким образом, их напряжения можно сложить вместе, чтобы найти один эквивалентный источник напряжения. Здесь дело обстоит иначе. В этой схеме источники напряжения являются частью последовательно-параллельной сети, поэтому их потенциалы не могут быть просто суммированы. Фактически, никаких дальнейших упрощений в этой схеме с использованием базовых последовательно-параллельных методов не требуется.Кажется, мы застряли.

Но это не так. Эту схему можно упростить в прямую полностью параллельную сеть за счет преобразования источника. Комбинация \ (E_1 \), \ (R_1 \) может быть преобразована в один текущий источник, а комбинация \ (E_2 \), \ (R_2 \) может быть преобразована во второй источник. После преобразования результирующая схема будет состоять из двух источников тока и трех резисторов, включенных параллельно. Эту схему мы решили еще в главе 4.

Пример 6.2.3

Определите \ (V_b \) для схемы на Рисунке 6.2.8. .

Рисунок 6.2.8 : Схема для примера 6.2.3 .

Первым шагом будет преобразование источников напряжения в источники тока. Мы будем рассматривать резисторы, подключенные к их положительным клеммам, как их внутренние сопротивления. Другими словами, у нас есть источник на 15 В с сопротивлением 1 кОм (\ Омега \) и источник на 6 В с сопротивлением 4 кОм.

Для первого источника ток будет:

\ [I_s = \ frac {E} {R_s} \ nonumber \]

\ [I_s = \ frac {15 V} {1k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I_s = 15 мА \ nonumber \]

А для второго источника:

\ [I_s = \ frac {E} {R_s} \ nonumber \]

\ [I_s = \ frac {6V} {4 k \ Omega} \ nonumber \]

\ [I_s = 1.5 мА \ nonumber \]

Рисунок 6.2.9 : Версия схемы с эквивалентным источником тока, изображенная на Рисунке 6.2.8. .

Эквивалентная преобразованная схема показана на рисунке 6.2.9. . Прежде чем продолжить, стоит отметить, что соединительные узлы \ (a \) и \ (c \) больше не существуют в этой цепи. Подробнее об этом чуть позже. Эта новая схема состоит из пары источников тока, которые в сумме составляют 16,5 мА и которые управляют тремя параллельными резисторами, 1 k \ (\ Omega \) \ (|| \) 4 k \ (\ Omega \) \ (|| \) 5 к \ (\ Омега \), или примерно 689.7 \ (\ Омега \). Закон Ома говорит нам, что \ (V_b \) составляет:

\ [V_b = I_ {Total} \ times R_ {Equivalent} \ nonumber \]

\ [V_b \ приблизительно 16,5 мА \ раз 689,7 \ Омега \ nonumber \]

\ [V_b = 11,38 В \ nonumber \]

Теперь мы можем взять это напряжение и подать его обратно в исходную (непреобразованную) цепь. Зная этот потенциал, относительно легко определить другие токи и напряжения, используя KVL и закон Ома. Глядя на резистор 1 кОм (\ Омега \), напряжение на нем должно быть 15 В — 11.38 В, или 3,62 В. Следовательно, ток через него должен быть 3,62 мА. Точно так же напряжение на резисторе 4 k \ (\ Omega \) должно быть 11,38 В — 6 В, или 5,38 В, что дает ток 1,345 мА. Оба этих потока текут слева направо. Затем третий ток, протекающий через 5 кОм \ (\ Omega \), составляет 11,38 В / 5 кОм \ (\ Omega \), или 2,276 мА. KCL утверждает, что текущий входящий узел \ (b \) должен равняться токам на выходе. Входящий ток 3,62 мА. Выходные токи 1,345 мА и 2.276 мА или 3,62 мА при округлении до трех разрядов (как входной ток).

Как уже упоминалось, узлы \ (a \) и \ (c \) исчезли в преобразованной схеме в Примере 6.2.3. . Это поднимает важный момент. Эквивалентные схемы эквивалентны в том смысле, что элементы, подключенные к эквивалентной схеме, ведут себя так же, как и с исходной схемой. Это не означает, что элементы внутри эквивалента видят одинаковый ток или напряжение. Мы не ожидаем, что напряжение на резисторах 1 к \ (\ Omega \) или 4 к \ (\ Omega \) в преобразованной версии будет таким же, как в исходной версии.

Сопротивление идеального источника тока по постоянному и переменному току.

Hi there anhnha,

В вашей первой цепи, если вы подключите, вычислите «общее сопротивление» 1 В / 1 мА, вы получите 1 кОм.
Итак, источник тока выглядит как резистор 1 кОм.
Но подождите, мы можем сказать то же самое об источнике напряжения, потому что он также имеет 1 В и 1 мА.
Так что это за резистор, а какой из источника?

Кроме того, если мы подключим резистор 2 кОм последовательно с двумя источниками, у нас останется 1 В и 1 мА для батареи.
Но теперь источник тока имеет -1 В и 1 мА, а резистор 2 кОм имеет 2 В и 1 мА, так что 2 В на резисторе и -1 В на источнике тока, так что теперь источник тока выглядит как резистор -1 кОм. Так как же источник тока превратился из резистора 1 кОм в резистор -1 кОм?

Точнее, если мы подключим источник напряжения и источник тока к цепи, содержащей несколько резисторов, и измеряем напряжение в каком-то узле N и измеряем 2,3 вольта, то если мы разомкнем цепь источника тока и измерим этот же узел и увидим 1 .8 вольт, а затем закоротите источник напряжения и снова подключите источник тока, мы видим, что тот же узел измеряет 0,5 вольт, а 1,8 + 0,5 = 2,3 вольт, такое же напряжение мы получаем с обоими активными источниками.

Это означает, что источник тока действует как сопротивление разомкнутой цепи, способное проталкивать ток через внешнюю цепь.

Итак, у нас действительно есть два совершенно разных животных, источник — это не то же самое, что резистор, и поэтому они не обрабатываются одинаково математически.

Подводя итог:
1. Источник напряжения действует как нулевой импеданс.
2. Источник тока действует как бесконечный импеданс.

Для цепей с источниками это также означает, что в расчетах участвуют другие части схемы (кроме источников), чтобы установить рабочие условия. Например, батарея на 2 В, подключенная последовательно с резистором 1 кОм, дает 2 мА, но та же батарея с резистором 2 кОм дает только 1 мА, что совершенно другое, потому что «внешняя» схема изменилась.

Другой взгляд на это основан на самой простой идее анализа схем с использованием закона Ома. Имеем:
I = E / R
, где
I — ток,
E — напряжение,
R — сопротивление.

Мы видим, что здесь есть три разные вещи: ток
, сопротивление
, напряжение
.

Это не одно и то же, и они измеряются в разных единицах, поэтому мы не можем назвать напряжение, например, сопротивлением.

Идеальный зависимый независимый источник тока с независимым напряжением

В нашей повседневной жизни встречается несколько источников напряжения , а также источников тока .Батареи, генератор постоянного тока или генератор переменного тока — все это очень распространенные примеры источников напряжения. В нашей повседневной жизни также встречается источников тока , таких как фотоэлементы, метадиновые генераторы и т. Д.
Источники можно разделить на два разных типа — независимый источник и зависимый источник.

Независимый источник напряжения

Выход независимого источника не зависит от напряжения или тока любой другой части сети. Когда напряжение на клеммах источника напряжения не зависит от тока или напряжения какой-либо другой части сети, источник считается независимым источником напряжения.

Этот тип источников может называться постоянным источником или изменяющимся во времени источником. Когда напряжение на клеммах независимого источника остается постоянным на протяжении всей его работы, его называют постоянным или постоянным независимым источником напряжения . Опять же, независимый источник напряжения может быть зависящим от времени, когда выходное напряжение на клеммах источника изменяется со временем. Здесь напряжение на клеммах источника не меняется с изменением напряжения или тока любой другой части сети, но изменяется со временем.

Независимый источник тока

Точно так же выходной ток независимого источника тока не зависит от напряжения или тока любой другой части сети. Он также классифицируется как независимый неизменный во времени и изменяющийся во времени источник тока.

Символьные представления независимых нестационарных и изменяющихся во времени источников напряжения и тока показаны ниже.

Теперь поговорим о зависимом напряжении или источнике тока . Зависимый источник напряжения — это источник, выходное напряжение которого является функцией напряжения или тока любой другой части схемы.Точно так же зависимый источник тока — это источник, выходной ток которого является функцией тока или напряжения любых других частей схемы. Усилитель является идеальным примером зависимого источника, где выходной сигнал зависит от сигнала, подаваемого на входную цепь усилителя.

Зависимый источник напряжения и Зависимый источник тока

Существует четыре возможных зависимых источника, которые представлены ниже:

1. Источник напряжения, зависящий от напряжения.
2. Токовозависимый источник напряжения.
3. Источник тока, зависящий от напряжения.
4. Токовозависимый источник тока.

Зависимые источники напряжения и зависимые источники тока также могут зависеть от времени или не зависеть от времени. Это означает, что когда выходное напряжение или ток зависимого источника изменяется во времени, это называется зависящим от времени зависимым источником тока или напряжения, и, если оно не изменяется во времени, оно называется изменением во времени.

Идеальный источник напряжения

Теперь поговорим об идеальном источнике напряжения .
В каждом практическом источнике напряжения есть некоторое электрическое сопротивление. Это сопротивление называется внутренним сопротивлением источника. Когда клемма источника разомкнута, ток через нее не протекает; следовательно, внутри источника нет падения напряжения, но когда нагрузка подключена к источнику, ток начинает течь через нагрузку, а также сам источник.Из-за сопротивления внутри источника напряжения на источнике будет некоторое падение напряжения. Теперь, если кто-то измеряет напряжение на клеммах источника, он или она будет получать напряжение между его клеммами, которое уменьшается на величину внутреннего падения напряжения источника. Таким образом, всегда будет разница между напряжением холостого хода (когда клеммы источника разомкнуты) и напряжением нагрузки практического источника напряжения. Но в идеальном источнике напряжения эта разница считается нулевой, что означает, что в нем не будет никакого падения напряжения, когда через него протекает ток, и это означает, что внутреннее сопротивление идеального источника должно быть равно нулю.Можно сделать вывод, что напряжение на источнике остается постоянным для всех значений тока нагрузки.
Вольт-амперные характеристики идеального источника напряжения показаны ниже.

Не существует такого примера идеального источника напряжения, но свинцово-кислотная батарея или сухой элемент можно рассматривать как пример, когда потребляемый ток ниже определенного предела.

Идеальный источник тока

Идеальные источники тока — это те источники, которые подают постоянный ток на нагрузку независимо от их импеданса.Это означает, каким бы ни был импеданс нагрузки; идеальный источник тока всегда дает одинаковый ток через него. Даже если нагрузка имеет бесконечный импеданс или нагрузку, она подключена к идеальному источнику тока , который пропускает через него такой же ток. Поэтому, естественно, из определения ясно, что этот тип источника тока практически невозможен.

Преобразование источника тока в источник напряжения

Все источники электроэнергии выдают как ток, так и напряжение.Практически невозможно отличить источник напряжения от источника тока. Любой электрический источник может быть представлен как источником напряжения, так и источником тока. Это просто зависит от условий эксплуатации. Если полное сопротивление нагрузки намного выше, чем внутреннее сопротивление источника, то предпочтительно рассматривать источник как источник напряжения, с другой стороны, если полное сопротивление нагрузки намного ниже, чем внутреннее сопротивление источника; предпочтительно рассматривать источник как источник тока для преобразования источника напряжения или преобразование источника напряжения в источник тока всегда возможно.
Теперь мы обсудим, как преобразовать источник тока в источник напряжения и наоборот.
Рассмотрим источник напряжения, у которого нет напряжения на клеммах нагрузки или напряжения источника V и внутреннего сопротивления r. Теперь нам нужно преобразовать это в эквивалентный источник тока. Для этого сначала мы должны рассчитать ток, который мог бы протекать через источник, если бы клеммы A и B источника напряжения были замкнуты накоротко. Это было бы не что иное, как I = V / r. Этот ток будет обеспечиваться эквивалентным источником тока, и этот источник будет иметь такое же сопротивление, подключенное к нему.

Аналогичным образом источник выходного тока I, подключенный параллельно сопротивлению r, может быть преобразован в эквивалентный источник напряжения с напряжением V = Ir и сопротивлением r, соединенный последовательно с ним.

Разница между идеальным и практичным источником напряжения и тока

Электрические источники — это устройства, которые преобразуют другие формы энергии в электрическую. Другие формы могут быть механическими, кинетическими, химическими, потенциальными. Другими словами, источники — это активные элементы электрических цепей.Он производит электрическую энергию. По функциям источники можно разделить на источники напряжения и тока. Теоретически есть идеальные и практические источники. Вопрос в том, в чем разница между идеальными и практичными источниками напряжения / тока?

Идеальные источники — это воображаемые электрические источники. Это обеспечивает постоянное напряжение или ток в цепи независимо от тока нагрузки. Эти идеальные источники не имеют внутреннего сопротивления. Где невозможно построить источник с нулевым внутренним сопротивлением.Итак, все реальные источники называются практическими источниками.

Разница между идеальным и практическим источниками основана на зависимости выходной мощности источника от сопротивления нагрузки.

Типы источников напряжения

• 3 Методы тестирования диода с помощью мультиметра и осциллографа
• Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением и конденсаторным фильтром

Источниками электроэнергии являются те устройства, которые подают напряжение в цепь. И их напряжение на клеммах полностью или частично не зависит от тока, потребляемого от них.Источник напряжения предназначен для подачи напряжения, а не тока. Источник тока должен обеспечивать ток, а не напряжение. Теоретически в электрических сетях доступно два типа источников напряжения . Идеальный источник напряжения и практичный источник напряжения.

Идеальный источник напряжения

Идеальный источник напряжения обеспечивает постоянное напряжение на своих выводах независимо от тока, потребляемого из него. Идеальные источники напряжения являются лишь теоретическими и не могут быть разработаны в лаборатории.Идеальный источник напряжения не имеет внутреннего сопротивления, и из-за сопротивления не происходит падения напряжения, поэтому напряжение на клеммах остается постоянным.

Практический источник напряжения

Практические источники напряжения существуют и используются в повседневной жизни. Практический источник напряжения имеет внутреннее сопротивление, которое вызывает падение напряжения на клеммах из-за протекания тока.

Разница между идеальным и практическим источником напряжения

Мнимый источник напряжения, который может обеспечивать постоянное напряжение для нагрузки в диапазоне от нуля до бесконечности.Такой источник напряжения имеет нулевое внутреннее сопротивление, $ R_ {s} $ и называется Ideal Voltage Source . Практически невозможно построить источник напряжения без внутреннего сопротивления и постоянного напряжения для такой большой нагрузки.

Практические источники напряжения всегда имеют некоторое значение сопротивления последовательно с идеальным источником напряжения. И из-за этого последовательного сопротивления напряжение падает, когда через него проходит ток. Итак, практический источник напряжения имеет внутреннее сопротивление и слегка изменяемое напряжение.

Типы источников тока

Источники тока — это активные элементы сети, которые обеспечивают одинаковый ток для любой нагрузки, подключенной к нему. Источник напряжения предназначен для подачи тока на нагрузку, а не напряжения. Идеальные источники тока обеспечивают точно такой же ток для любого подключенного к нему сопротивления. На практике источники тока могут различаться по текущему сопротивлению.

• Объясните: что такое резистор и различные типы резисторов
• Калькулятор цветовых кодов резисторов и вычисление цветовых кодов резисторов вручную

Что такое идеальный источник тока?

Идеальный источник тока обеспечивает точно такой же ток для любого сопротивления нагрузки и не изменяет свой ток при изменении сопротивления нагрузки.Создание идеального тока в лаборатории невозможно, и они только теоретические.

Что такое практический источник тока?

Практичные источники тока используются в повседневной жизни и просты в изготовлении. Они изменяют свой ток, изменяя сопротивление нагрузки за счет внутреннего сопротивления в ней.

Разница между идеальным и практическим источником тока

Мнимый источник тока, который обеспечивает постоянный ток для любой нагрузки в диапазоне от нуля до бесконечности.Помните, что подаваемый ток не зависит от напряжения. Идеальный источник тока должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, $ R_ {s} $. Опять же, сделать его практически невозможно.

Практический источник тока имеет некоторое внутреннее сопротивление, подключенное параллельно идеальному источнику тока. И часть тока проходит через него, и величина потока зависит от нагрузки.

Разница между независимым и зависимым источником

Независимый источник

Источник напряжения, не зависящий от других параметров схемы, является независимым источником.Независимые источники обеспечивают практически постоянное напряжение / ток независимо от различных элементов схемы (незначительно измененных из-за внутреннего сопротивления).

• 4 совета по покупке промышленного оборудования для вашего бизнеса
• 8 Общие электрические проблемы дома, требующие немедленного вмешательства электрика

Зависимый источник

В случае зависимых источников выходная мощность источника зависит от некоторого параметра цепи. Изменяя эти параметры в цепи, регулируется выход источника.Существует четыре типа зависимых источников:

1. Источник тока, управляемый напряжением (VCCS), где источник тока зависит от напряжения.
2. Источник тока с управлением по току (CCCS), где источник тока зависит от тока.
3. Источник напряжения, управляемый напряжением (VCVS), где источник напряжения зависит от другого напряжения.
4. Источник напряжения с управлением по току (CCCS), где источник напряжения зависит от источника тока.

Основной источник постоянного тока на полевых МОП-транзисторах

Узнайте о простой версии схемы, которая необходима при разработке аналоговых интегральных схем.

Дополнительная информация

Что такое неуловимый источник тока?

Источники постоянного тока занимают видное место в упражнениях по анализу цепей и сетевых теоремах, затем они, кажется, более или менее исчезают. . . если вы не дизайнер интегральных схем. Хотя они редко встречаются в типовой конструкции печатных плат, источники тока повсеместны в мире аналоговых ИС. Это потому, что они используются 1) для смещения и 2) в качестве активных нагрузок.

1. Смещение: Транзисторы, работающие как линейные усилители, должны быть смещены таким образом, чтобы они работали в желаемой части своей передаточной характеристики.Наилучший способ сделать это в контексте конструкции ИС — заставить заданный ток течь через сток транзистора (для полевых МОП-транзисторов) или коллектор (для биполярных транзисторов). Этот заданный ток должен быть стабильным и независимым от напряжения на компоненте источника тока. Конечно, ни одна реальная схема никогда не будет идеально стабильной или совершенно невосприимчивой к изменениям напряжения, но, как это обычно бывает в инженерии, совершенство не совсем необходимо.
2. Активные нагрузки: В схемах усилителя источники тока могут использоваться вместо резисторов коллектор / сток.Эти «активные нагрузки» обеспечивают более высокий коэффициент усиления по напряжению и позволяют схеме правильно работать при более низком напряжении питания. Кроме того, технология производства ИС отдает предпочтение транзисторам, а не резисторам.

В этой статье я буду называть выход источника тока «током смещения» или I _BIAS , потому что я думаю, что приложение смещения является более простым средством для размышлений об основных функциях этой схемы.

Схема источника постоянного тока полевого МОП-транзистора

Вот основной источник постоянного тока MOSFET:

На мой взгляд, он на удивление прост — два NMOS-транзистора и резистор.Давайте посмотрим, как работает эта схема.

Как видите, сток Q ₁ закорочен на его затвор. Это означает, что V _G = V _D , и, следовательно, V _GD = 0 В. Итак, Q ₁ находится в отсечке, в области триода или в области насыщения? Он не может быть отключен, потому что, если бы через канал не протекал ток, напряжение затвора было бы на уровне V _DD , и, таким образом, V _GS было бы больше порогового напряжения V _TH (мы можем безопасно предположим, что V _DD выше, чем V _TH ).Это означает, что Q ₁ всегда будет в насыщении (также называемом «активным» режимом), потому что V _GD = 0 В, и один из способов выразить условие насыщения MOSFET состоит в том, что V _GD должен быть меньше чем V _TH .

Если мы вспомним, что в затвор полевого МОП-транзистора не течет установившийся ток, мы увидим, что опорный ток I _REF будет таким же, как ток стока Q ₁ . Мы можем настроить этот эталонный ток, выбрав соответствующее значение для R _SET .2 \]

На этом этапе мы игнорируем модуляцию длины канала; следовательно, как показано уравнением, на ток стока не влияет напряжение сток-исток. Теперь обратите внимание, что оба полевых транзистора имеют свои источники, связанные с землей, а их затворы закорочены вместе — другими словами, оба имеют одинаковое напряжение затвор-исток. Таким образом, если предположить, что оба устройства имеют одинаковые размеры каналов, их токи стока будут равны независимо от напряжения на стоке Q ₂ .Это напряжение обозначено как V _CS , что означает напряжение на компоненте c urrent- s usce; это помогает напомнить нам, что Q ₂ , как и любой хорошо подобранный источник тока, генерирует ток смещения, на который не влияет напряжение на его выводах. Другими словами, Q ₂ имеет бесконечное выходное сопротивление:

В этих условиях ток никогда не протекает через выходное сопротивление R _O , даже если V _CS очень велик.Это означает, что ток смещения всегда точно равен опорному току.

Распространенное название этой схемы — «текущее зеркало». Вы, вероятно, можете понять, почему — ток, генерируемый зеркалами правого транзистора (то есть аналогичен) опорному току, протекающему через левый транзистор. И это имя особенно уместно, если учесть визуальную симметрию, демонстрируемую типичным схематическим изображением.

Кстати, старые ИС часто требовали внешнего резистора для R _SET .Однако в настоящее время производители используют резисторы на кристалле, которые были подрезаны для достижения необходимой точности.

Важность насыщения транзистора

Первым серьезным вызовом идеализированному анализу этой схемы является тот факт, что все разваливается, когда транзистор не находится в состоянии насыщения. Если Q ₂ находится в области триода (AKA linear), ток стока будет сильно зависеть от V _DS . Другими словами, у нас больше нет источника тока, потому что на ток смещения влияет V _CS .Мы знаем, что напряжение затвор-сток Q ₂ должно быть меньше порогового напряжения для поддержания насыщения.

Другими словами, Q ₂ выйдет из области насыщения, когда напряжение стока станет ниже V _TH вольт, чем напряжение затвора. Мы не можем указать это точное число, потому что и напряжение затвора, и пороговое напряжение будут варьироваться от одной реализации к другой.

Разумным примером является следующий: напряжение затвора, необходимое для создания желаемого тока смещения, составляет около 0.9 В, а пороговое напряжение — 0,6 В; это означает, что мы можем поддерживать насыщение, пока V _CS остается выше ~ 0,3 В.

Длина канала модуляции

К сожалению, даже когда наша общая схема гарантирует, что Q ₂ всегда будет в состоянии насыщения, наш источник тока MOSFET не совсем идеален. Виной всему является модуляция длины канала.

Суть области насыщения — это «отсеченный» канал, который существует, когда напряжение затвор-сток не превышает пороговое напряжение.

Идея состоит в том, что ток стока становится независимым от V _DS после того, как канал перекрывается, потому что дальнейшее увеличение напряжения стока не влияет на форму канала. В действительности, однако, увеличение V _DS заставляет «точку отсечки» перемещаться к истоку, и это позволяет напряжению стока оказывать небольшое влияние на ток стока, даже когда полевой транзистор находится в состоянии насыщения. Результат можно представить так:

I _BIAS теперь представляет собой сумму I _REF (определяется R _SET ) и I _ERROR (ток, протекающий через выходное сопротивление).I _ERROR подчиняется простой зависимости закона Ома: более высокое значение V _CS означает большее значение I _ERROR и, следовательно, большее значение I _BIAS , и, таким образом, источник тока больше не зависит от напряжения на его выводах.

Регулировка и рулевое управление

Эта удобная схема источника тока станет еще лучше, если вы поймете, насколько она гибкая. Сначала давайте посмотрим на регулировку тока, генерируемого Q ₂ . До сих пор мы предполагали, что генерируемый ток такой же, как эталонный, но это верно только тогда, когда транзисторы имеют одинаковое отношение ширины канала к длине канала.2 \]

Ток стока прямо пропорционален отношению ширины к длине, поэтому мы можем увеличить или уменьшить I _BIAS , просто сделав отношение W / L Q ₂ выше или ниже, чем у Q ₁ . Например, если мы хотим, чтобы ток смещения был в два раза больше, чем эталонный ток, все, что нам нужно сделать, это сохранить длину канала одинаковой и увеличить ширину канала Q ₂ в два раза. (Это может показаться не таким простым, если вы привыкли работать с дискретными полевыми транзисторами, но указание размеров канала является стандартной практикой при проектировании ИС.)

Эту схему также довольно просто использовать для «текущего рулевого управления». Следующая диаграмма иллюстрирует концепцию управления током:

Эта продуманная конструкция позволяет нам генерировать несколько токов смещения из одного эталонного тока. Более того, каждый из этих токов может быть различным — их можно индивидуально изменять, просто регулируя отношение ширины к длине.

Заключение

Мы рассмотрели работу и возможности основного источника постоянного тока MOSFET, а также обсудили ограничения.Как следует из прилагательного «базовый», существуют схемы получше. Но базовая схема — хорошее место для начала, потому что двухтранзисторное токовое зеркало остается концептуальным ядром топологий с более высокими характеристиками.

.