Что такое источник тока. Источники тока: виды, принципы работы и применение

Что такое источник тока. Какие бывают виды источников тока. Как работают механические, тепловые, фотоэлектрические и химические источники тока. Чем отличаются гальванические элементы от аккумуляторов. Как создать простейший химический источник тока в домашних условиях.

Что такое источник тока и какие виды источников существуют

Источник тока — это устройство, способное создавать и поддерживать электрический ток в цепи. В источниках тока происходит преобразование различных видов энергии в электрическую энергию. Основные виды источников тока:

• Механические (генераторы)
• Тепловые (термопары, термогенераторы)
• Фотоэлектрические (солнечные батареи, фотоэлементы)
• Химические (гальванические элементы, аккумуляторы)

Принцип работы механических источников тока

В механических источниках тока происходит преобразование механической энергии в электрическую. Примеры таких устройств:

• Электрофорная машина — преобразует энергию вращения дисков в электрическую энергию путем разделения зарядов
• Велосипедный генератор — вращение магнита внутри обмотки индуцирует электрический ток
• Промышленные генераторы на электростанциях — преобразуют механическую энергию вращения турбин в электрическую энергию

Как работают тепловые источники тока

Тепловые источники тока преобразуют тепловую энергию в электрическую. Основной принцип работы — эффект Зеебека, возникающий в термопарах. Термопара состоит из двух разнородных проводников, спай которых нагревается. При этом на свободных концах возникает разность потенциалов, создающая электрический ток в цепи.

Принцип действия фотоэлектрических источников тока

Фотоэлектрические источники тока преобразуют энергию света в электрическую энергию. Различают два основных типа:

1. Вакуумные фотоэлементы — используют внешний фотоэффект, при котором свет выбивает электроны с поверхности металла
2. Солнечные батареи — используют внутренний фотоэффект в полупроводниках, при котором свет генерирует свободные носители заряда

Химические источники тока: гальванические элементы и аккумуляторы

В химических источниках тока электрическая энергия вырабатывается за счет химических реакций. Различают два основных типа:

• Гальванические элементы (батарейки) — химические реакции необратимы, после разрядки элемент нельзя использовать повторно
• Аккумуляторы — химические реакции обратимы, после разрядки аккумулятор можно зарядить и использовать снова

История создания первого химического источника тока

Первый химический источник тока — «Вольтов столб» — был создан Алессандро Вольтой в 1800 году. Он состоял из чередующихся дисков меди и цинка, разделенных прокладками, смоченными в солевом растворе. Это изобретение стало революционным и позволило получать электрический ток в течение длительного времени, что привело к множеству новых открытий в области электричества.

Сравнение гальванических элементов и аккумуляторов

Основные отличия гальванических элементов (батареек) от аккумуляторов:

Характеристика	Гальванический элемент	Аккумулятор
Обратимость реакций	Необратимые	Обратимые
Возможность повторного использования	Одноразовые	Многоразовые
Необходимость зарядки	Не требуют	Требуют периодической зарядки

Как создать простейший химический источник тока в домашних условиях

Простейший химический источник тока можно создать из подручных материалов:

1. Возьмите лимон и два металлических предмета из разных металлов (например, медный и оцинкованный гвозди)
2. Воткните оба предмета в лимон на небольшом расстоянии друг от друга
3. Подключите к металлическим предметам провода
4. Измерьте напряжение между проводами с помощью вольтметра

Лимонная кислота будет выступать в роли электролита, а разные металлы — в роли электродов. Такой источник сможет создать небольшое напряжение, достаточное для питания светодиода или маломощных электронных устройств.

Применение источников тока в современных технологиях

Источники тока широко применяются в различных областях техники и технологий:

• Портативная электроника (смартфоны, ноутбуки, планшеты)
• Электромобили и гибридные автомобили
• Системы бесперебойного питания
• Альтернативная энергетика (солнечные электростанции)
• Космические аппараты и спутники
• Медицинское оборудование (кардиостимуляторы, слуховые аппараты)

Преимущества и недостатки различных типов источников тока

Каждый тип источников тока имеет свои преимущества и недостатки:

Механические источники

Преимущества:

• Высокая мощность
• Возможность длительной работы

Недостатки:

• Необходимость в движущихся частях
• Шум при работе

Тепловые источники

Преимущества:

• Простота конструкции
• Отсутствие движущихся частей

Недостатки:

• Низкий КПД
• Зависимость от разницы температур

Фотоэлектрические источники

Преимущества:

• Экологичность
• Отсутствие движущихся частей

Недостатки:

• Зависимость от освещенности
• Высокая стоимость производства

Химические источники

Преимущества:

• Портативность
• Высокая плотность энергии

Недостатки:

• Ограниченный срок службы
• Экологические проблемы при утилизации

Перспективы развития источников тока

Основные направления развития источников тока включают:

1. Повышение емкости и срока службы аккумуляторов
2. Разработка новых материалов для солнечных батарей с более высоким КПД
3. Создание более эффективных и экологичных топливных элементов
4. Исследование возможностей использования биологических источников энергии
5. Развитие технологий беспроводной передачи энергии

Развитие технологий источников тока играет ключевую роль в решении глобальных энергетических проблем и переходе к более устойчивым и экологичным способам получения и использования энергии.

Источник тока | это… Что такое Источник тока?

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

Рисунок 2.1 — Обозначение на схемах источника тока

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

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

На рисунке 1 представлена схема замещения триполярного 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.

Содержание 1 Свойства 1.1 Идеальный источник тока 1.2 Реальный источник тока 2 Примеры 3 Применение 4 Примечания 5 См. также 6 Литература

Свойства

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, тем ближе к идеальному, чем 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 к пробою зазора.

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

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 частности операционных усилителей.

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

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

Примечания

1. ↑ http://offer-shem. narod.ru/data/plan.pdf

См. также

• Источник питания
• Источник ЭДС
• Закон Ома
• Метод узловых потенциалов
• Метод контурных токов
• Химические источники тока

Литература

• Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3

Виды источников тока — с примерами иллюстрациями и пояснениями

Содержание

• 1 Какие виды источников тока существуют
• 2 Механические источники
• 3 Тепловые источники
• 4 Фотоэлектрические источники
  • 4.1 Вакуумные фотоэлементы
  • 4.2 Солнечные батареи
• 5 Химические источники
  • 5.1 Алессандро Вольта и его первый гальванический элемент
  • 5.2 Какие открытия были совершены благодаря столбу Вольта
  • 5.3 Сухой гальванический элемент — батарейка
  • 5.4 Аккумуляторы и их виды
• 6 Аналогия между источником тока и водяным насосом

Источники тока используют для длительного поддержания электрического поля и получения электрического тока. Все они могут иметь различные принципы работы, внешний вид, конструкцию и размеры.

Источники тока – это устройства:
— способные создавать и поддерживать электрический ток;
— в них сторонние силы совершают работу по перемещению зарядов против электрических сил;
— а механическая, внутренняя, химическая или иная энергия превращается в электрическую.

Какие виды источников тока существуют

Энергия не может возникать из ничего. Об этом говорит закон сохранения энергии. Во всех без исключения источниках, электроэнергия создается за счет других ее видов.

В зависимости от того, какая именно энергия превращается в электрическую, выделяют такие виды (рис. 1) источников:

1. механические – генераторы,
2. тепловые – термопары, термогенераторы,
3. световые (фотоэлектрические) – солнечные батареи и фотоэлементы,
4. химические – гальванические элементы и аккумуляторы.

Рис. 1. В зависимости от видов энергии, преобразуемой в электрическую, источники разбивают на группы

Рассмотрим подробнее эти виды.

Механические источники

Электрофорная машина – один из механических источников тока (рис. 2), применяемых более столетия.

С помощью этого устройства механическая энергия вращающихся дисков преобразовывается в электрическую энергию. При этом, происходит разделение положительных и отрицательных зарядов.

Рис. 2. Механическую энергию в электрическую можно преобразовать с помощью электрофорной машины

Превращение энергии вращения (механической) в энергию электрического тока происходит в различных генераторах.

В конструкции любого из них присутствуют элементы, создающие магнитное поле в пространстве вокруг проводника.

Например, электрический генератор для велосипеда (рис. 3), включает в себя кольцевой магнит и проволочную обмотку, расположенную рядом с ним.

Рис. 3. Генератор – источник тока для велосипеда

Во время движения велосипеда магнит, расположенный внутри, вращается. Изменяющееся магнитное поле заставляет двигаться электроны по обмотке. Если к ее выводам подключить лампочку, она загорится, так как по цепи потечет электрический ток.

Мускульной силы человека хватает, чтобы зажечь лампочку для карманного фонаря. Однако, ее недостаточно, чтобы вырабатывать больше электроэнергии. Например, чтобы нагреть утюг и одновременно с этим зажечь несколько бытовых ламп накаливания.

Поэтому, для бытовых нужд и нужд промышленности в электрическую энергию превращают энергию сгорающего топлива, а не энергию сокращения мускул.

На тепловых, атомных и гидроэлектростанциях установлены мощные генераторы. Они могут отдавать потребителям токи в тысячи Ампер. А масса некоторых достигает десятков тонн.

На таких электростанциях превращение энергии происходит в несколько этапов. Сначала энергия горящего топлива превращается во внутреннюю энергию горячей воды, а затем — в механическую и, в конечном итоге, в электрическую.

Существуют, так же, устройства, предназначенные для бытового использования. Например, небольшие генераторы, массой в несколько килограммов, оснащенные бензиновым мотором (рис. 4).

Рис. 4. Бытовой электрогенератор с бензиновым двигателем

Они, так же, преобразуют внутреннюю энергию топлива в механическую энергию вращения вала двигателя, который соединяется с генератором. А затем энергия вращения с помощью генератора превращается в электрическую энергию.

Тепловые источники

К тепловым относят различные термоэлементы. Термоэлемент —  это прибор в котором, тепловая энергия, получаемая от нагревателя, превращается сначала во внутреннюю энергию вещества, а затем — в электрическую энергию.

Один из таких элементов называют термопарой (рис. 5). Термопара состоит из двух различных металлических проволок, спаянных вместе. Если нагреть место их соприкосновения, то на свободных концах проволочек можно обнаружить электрическое напряжение (ссылка).

Рис. 5. Две проволоки из различных металлов могут создавать ток в цепи при нагревании

Если свободные концы термопары присоединить к потребителю тока, то под действием тепловой энергии по замкнутой цепи побегут электроны, то есть, возникнет электрический ток.

Таким образом, эта незамысловатая конструкция преобразовывает внутреннюю энергию нагреваемых металлов в электрическую энергию.

Фотоэлектрические источники

Атомы некоторых веществ под действием видимого света способны терять электроны. Например, селен, кремний, оксиды цинка, меди, висмута. На основе этих и, некоторых других веществ создают источники, генерирующие электрический ток под действием (рис. 6) света.

Рис. 6. Некоторые оксиды, а, так же, чистые вещества, при освещении видимым светом могут отдавать электроны

Эти источники используют фотоэлектрический эффект (сокращенно — фотоэффект) (ссылка). В них энергия света преобразуется в электрическую.

Существует два вида фотоэффекта – внутренний, который используется в полупроводниках (ссылка) и внешний, используемый в вакуумных фотоэлементах на основе различных металлов.

Вакуумные фотоэлементы

В вакуумном фотоэлементе свет попадает на пластинку металла и выбивает электроны с ее поверхности. Такую пластинку называют катодом.

Выбитые электроны улавливаются другим электродом. Его называют анодом и обычно выполняют в виде металлической сетки.

Оба электрода находятся в стеклянном баллоне из которого удалили воздух. Дело в том, что молекулы воздуха могли бы помешать движению электронов, вылетевших из пластинки. Чтобы этого не происходило, воздух из баллона откачивают (рис. 7).

Рис. 7. Металлический катод и сетчатый анод в прозрачном стеклянном баллоне образуют вакуумный фотоэлемент

Таким образом, под воздействием света между катодом и анодом в вакууме возникает поток заряженных частиц. Они движутся направлено от катода к аноду. Значит, в фотоэлементе под действием света возникает электрический ток. Так световая энергия переходит в электрическую.

Солнечные батареи

Еще одним источником тока, в котором ток возникает за счет световой энергии, являются, так называемые, солнечные батареи. Их изготавливают из полупроводниковых пластин (рис. 8).

Рис. 8. Полупроводники способны преобразовывать энергию света в электрическую, поэтому, из них изготавливают солнечные батареи

Падающий свет из полупроводника электроны не выбивает. А вызывает переход электронов в такое состояние, в котором у них появляется дополнительная энергия и они могут свободно передвигаться по полупроводнику, создавая электрический ток.

Химические источники

Если опустить два кусочка различных металлов (например, железа и меди) в емкость с проводящей жидкостью, можно получить химический источник тока.

В качестве проводящей жидкости можно использовать, например, лимонный сок. Воткнув в лимон два гвоздика из различных металлов (рис. 9) и подключив к ним гальванометр, можно обнаружить, что через гальванометр потечет электрический ток.

Рис. 9. Лимон и два кусочка различных металлов помогут создать простой источник тока

Такую конструкцию можно считать простейшим химическим источником тока. Гвоздики в нем — это электроды, а лимонная кислота – электролит.

Примечания:

1. Проводящие жидкости называют электролитами.
2. Существует, так называемый ряд электрохимических напряженый металлов. Наибольшее напряжение дают источники, построенные с применением металлов, расположенных в различных концах данного ряда.

Самым первым химических источником тока был Вольтов столб.

Алессандро Вольта и его первый гальванический элемент

Дело в том, что до исследований, проведенных А. Вольта, способ получить электрический ток был известен. Однако, эксперименты с электричеством, проводимые в лабораториях другими учеными, создавали ток всего на доли секунды. Источников, способных создавать ток, длившийся хотя бы единицы секунд, не существовало.

В 1800 году Алессандро Вольта изобрел первый прибор, создававший электрический ток продолжительное время. Этот прибор в честь создателя называют Вольтовым столбом.

Ученый определил, что для получения гальванического (электрического) эффекта нужны два разных метала и проводящая жидкость.

Он длительное время потратил на эксперименты, использовал различные металлы и исследовал их свойства.

В процессе работы Вольта сделал вертикальный столбик, укладывая поочередно медные монеты и цинковые пластинки. Между металлами он укладывал кожаные кружочки, вымоченные в рассоле (рис. 10).

Рис. 10. Конструкция Вольтова столба

Так он создал первую в мире электрическую батарею. Принцип ее работы — превращение химической энергии в электрическую.

Соединяя проволокой два конца собранного столбика, он наблюдал ее нагревание и так определял действие электрического тока.

А чтобы сравнить, больше, или меньше электричества вырабатывал тот или иной столбик, Алессандро пользовался своим языком. Попросту, касался языком выводов созданного им гальванического элемента.

Такой столбик, при высоте, равной половине метра, вырабатывал напряжение, которое было довольно чувствительным.

В марте 1800 года Вольта направил письмо в Лондонское Королевское общество, в котором подробно описал результаты своей работы. А уже в июне оно было признано сенсационным среди ученых того времени.

Наполеон пригласил А. Вольта в Париж и лично присутствовал во время доклада и опыта, демонстрируемого им, а после наградил изобретателя.

Это изобретение сделало автора знаменитым. А благодаря ему в скором времени были совершены другие открытия в области физики.

Какие открытия были совершены благодаря столбу Вольта

В том же году с помощью Вольтова столба вода была разложена на водород и кислород. Это сделали Карлайл и Николсон.

А спустя три года, в 1803 году, Василий Петров создал самый большой в мире столб. Он выдавал напряжение 1700 вольт и содержал более 4000 медных и цинковых кругов. Этот столб помог получить электрическую дугу, которая применяется в электросварке металлов.

После работ Петрова в России стали применять электрические запалы для взрывчатых веществ.

А спустя еще четыре года, в 1807 году, ученым по фамилии Дэви был открыт металлический калий.

Благодаря способности Вольтова столба создавать электрический ток продолжительное время – в течение нескольких часов, началось широкое применение электричества.

По истечении этого времени, на металлах появлялся окисел, препятствующий выработке электрического тока. Нужно было разбирать конструкцию и протирать металлы, избавляя их от этого окисла. А кусочки кожи необходимо было время от времени смачивать рассолом.

Сухой гальванический элемент — батарейка

Значительно позже открытия Вольта, во второй половине 1880-х годов, инженером из Германии Карлом Гасснером был создан сухой гальванический элемент.

Сухим элемент был назван потому, что в качестве электролита в нем использовалась не жидкость, а гелеобразный состав. Такие элементы можно наклонять и даже переворачивать, не боясь пролить электролит. Поэтому, они значительно удобнее жидкостных.

Внутри элемента происходят химические превращения. Эти превращения являются экзотермическими, так как протекают с выделением энергии. Затем внутренняя энергия источника переходит в электрическую.

К примеру, в современном сухом гальваническом элементе (рис. 11), цинк реагирует с хлоридом аммония и при этом получает отрицательный электрический заряд.

Рис. 11. Сухой гальванический элемент, в быту называемый батарейкой

Протекая, такие реакции вызывают расходование некоторых частей источника. Например, цинкового электрода.

Из-за этого, в гальванических элементах химические реакции будут необратимыми. Так как, спустя некоторое время, для нормального протекания химических превращений, не будет хватать ресурсов.

Когда скорость химических реакций замедляется, элемент перестает вырабатывать электрический ток. В таких случаях говорят, что элемент разрядился – «села батарейка».

Отработанные гальванические элементы нужно утилизировать. Это позволит использовать вновь некоторые их компоненты, а не загрязнять окружающую среду.

Мировая промышленность выпускает ассортимент стандартизированных элементов питания (рис. 12).

Рис. 12. Виды сухих гальванических элементов, выпускаемых промышленностью

Например, тип АА – пальчиковая батарейка, или ААА – тонкая пальчиковая. Так же, существуют типоразмеры, обозначаемые C D и N. Они имеют ЭДС 1,5 Вольта.

Существуют другие и типы, например, «квадратная» батарейка 3R12, имеющая ЭДС 4,5 Вольт и используемая в карманных фонариках. А, так же, небольшая батарейка вида pp3 с ЭДС 9 Вольт, часто называемая «Крона» или «Корунд».

Гальванические элементы на электрических схемах обозначают специальными значками.

Аккумуляторы и их виды

Устройство аккумулятора внешне напоминает устройство гальванического элемента. Присутствует корпус, в котором находятся две пластины из разных металлов. Одна служит положительным электродом, а другая – отрицательным. Эти пластины помещены в электролит (рис. 13).

Рис. 13. Пластины, помещенные в электролит, образуют аккумулятор

Однако, аккумуляторы, в отличие от гальванических элементов, являются многоразовыми устройствами.

Свое название они получили из-за того, что могут аккумулировать, то есть, накапливать электрическую энергию. А затем, отдавать накопленную энергию потребителям.

Химические реакции в аккумуляторах могут протекать в двух направлениях (зарядка — разрядка).

Перед использованием аккумулятор необходимо зарядить. Для этого используют специальные источники тока, которые называют зарядными устройствами. Они пропускают через аккумулятор ток зарядки.

Под воздействием этого тока в аккумуляторе протекают химические реакции, во время которых он накапливает электрические заряды. Один электрод заряжается положительно, а другой – отрицательно.

После, подключив к заряженному аккумулятору потребитель тока, можно использовать накопленную им энергию.

Называть аккумуляторы принято:
— по видам используемых жидкостей — кислотные, щелочные.
— либо по названию металлов, используемых в качестве электродов — свинцовые, железоникелевые, литиевые, и т. п.

В качестве пластин — электродов используют металлы: свинец, железо, литий, титан, кобальт, кадмий, никель, цинк, серебро, алюминий.

Существуют аккумуляторы с гелеобразным электролитом. Такие аккумуляторы можно наклонять в различные стороны, не боясь утечки электролита. Например, литий-полимерные батареи, используемые в мобильных телефонах.

Примечание: Чем больше геометрические размеры электродов источника, тем большую силу тока в полезной нагрузке он может обеспечить. Поэтому, аккумуляторы для автомобилей с ЭДС 12 и 24 Вольта, рассчитанные на большие токи нагрузки, имеют массу от 10 килограммов и большую.

Аналогия между источником тока и водяным насосом

Аналогию с потоком жидкости часто применяют по отношению к электрическому току.

Независимо от того, какой вид энергии превращается в электрическую, принцип работы источника тока чем-то напоминает работу водяного насоса. Различия в том, что источник тока перекачивает заряды, а не жидкость.

Рассмотрим замкнутый контур, состоящий из трубы и водяного насоса, который способен привести в движение воду, так, чтобы она начала циркулировать по трубе (рис. 14а).

Рис. 14. Аналогия между жидкостным насосом и источником электрического тока

Частицы воды будут двигаться и, ток воды будет циркулировать за счет разности давлений, которую будет создавать и поддерживать насос.

На рисунке 14 кружком с треугольником обозначен насос. Направление движения воды отмечено стрелкой. По левую сторону от насоса давление обозначено \(\large P_{1}\), по правую сторону — \(\large P_{2}\) (рис. 14а).

С помощью неравенства

\[\large P_{1} > P_{2}\]

отмечено, что давление слева от насоса будет больше давления справа.

Подобно движению частиц воды, заряды придут в движение и электрический ток будет циркулировать по замкнутой цепи за счет разности потенциалов, которую будет создавать включенная в эту цепь батарейка (рис. 14б) — источник тока.

Сила, перемещающая заряды во внешней цепи, появляется благодаря тому, что источник тока создает разность потенциалов на своих выводах и электрическое поле.

Слева и справа от источника отмечены потенциалы \(\large \varphi_{1}\) и \(\large \varphi_{2}\). При чем, потенциал слева от источника больше потенциала справа.

Это отмечено неравенством

\[\large \varphi_{1} > \varphi_{2}\]

Обратите внимание: источник тока (сторонние силы) заставляет двигаться электроны – отрицательно заряженные частицы, от точки с меньшим потенциалом, в точку с потенциалом большим, а электрический ток направлен в противоположную сторону — от «+» к «-».

Разность потенциалов так же называют электрическим напряжением.

\[\large \Delta \varphi = \varphi_{2} — \varphi_{1} = U \]

\(\large \varphi \left( B \right) \) – потенциал, измеряется в Вольтах;

\(\large U \left( B \right) \) – напряжение, измеряется в Вольтах;

 

Какой смысл в источнике тока?

спросил 8 лет, 2 месяца назад

Изменено 3 года назад

Просмотрено 5к раз

\$\начало группы\$

^{смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab}

ОК. Итак, мне сказали, что ток, втекающий в источник тока (то есть в заднюю часть стрелы), такой же, как и ток, выходящий из источника тока (то есть из наконечника стрелы).

Если это так, то почему это текущий «источник»? Он не обеспечивает никакого дополнительного тока!

Я знаю, что это довольно элементарный вопрос, но нигде не нашел хорошего ответа.

Спасибо.

• источник тока

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Ток в любом 2-контактном устройстве всегда одинаков, 2-контактное устройство не может обеспечить «дополнительный» ток. У вас не может быть 0А на входе и 4А на выходе.

Что он делает, так это заставляет ток принимать заданное значение независимо от импеданса на нем. (Поэтому вы не можете поместить в разомкнутую цепь идеальный источник тока, напряжение будет стремиться к бесконечности.)

Таким образом, через резистор сам по себе ток не проходит. Подключите его к идеальному источнику тока, и вы получите через него (для вашего примера источника тока) 1 А независимо от значения резистора.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Источник тока — это источник напряжения, который в идеальных условиях создает столько напряжения, сколько необходимо для протекания заданного тока. Думайте об этом как об источнике питания с регулируемым напряжением и феей, наблюдающей за током и быстро регулирующей напряжение, чтобы сохранить постоянный ток.

Идеальный источник тока в любом случае должен обеспечивать требуемое напряжение, поэтому источник с открытыми клеммами будет выдавать миллионы вольт для создания дуги по воздуху — конечно, с реальными источниками тока такое случается очень редко.

Источник тока не является отдельным элементом цепи, но достаточно близкое приближение можно сделать из обычных элементов цепи. Такие источники тока часто используются для управления светодиодами и лазерами, где небольшая разница в напряжении может привести к тусклости или перегоранию светодиодов, но резистор, ограничивающий ток, рассеивающий половину мощности, также неприемлем.

Источники тока также можно рассматривать как противоположность идеальным батареям, также известные как источники напряжения. Идеальный источник напряжения поддерживает постоянное напряжение на своих клеммах; источник тока поддерживает постоянный ток на своих клеммах постоянный ток, протекающий через него самого.

Источники напряжения «как бы» размыкают клеммы — ток не течет, энергия не выдается. Они «ненавидят» короткое замыкание — это как минимум приводит к бесконечному току и расплавлению проводов.

Напротив, источники тока «любят», когда их клеммы закорочены. Тогда для управления заданным током требуется лишь небольшое напряжение. Но они «ненавидят», когда их оставляют открытыми; они выдают огромные напряжения, чтобы попытаться протолкнуть ток.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Ну. .. это источник в том смысле, что он будет работать, чтобы поддерживать постоянный ток в своей цепи. Напряжение на источнике будет соответствовать тому, что необходимо в цепи, чтобы обеспечить протекание постоянного тока.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Хороший вопрос, Дэвид… Речь идет скорее о природе усилителя тока — источника тока с регулируемым током (CCCS) или увеличивающего зеркала тока , чем о простом двухполюсном источнике тока.

Таким образом, можно получить выходной ток больше, чем входной ток, но только при наличии третьей клеммы (как в стоках и источниках тока на рисунке ниже). В каждой из этих конфигураций есть две отдельные токовые петли, в то время как в вашей конфигурации обычной двухполюсной петли есть только одна общая петля. См. этот рассказ Викиучебника об основной идее простого текущего зеркала.

Обычные 2-контактные (1-портовые) электрические источники на самом деле являются 2-портовыми устройствами. Их входные порты неэлектрические, а выходные порты электрические (производят ток или напряжение). Выходная величина источника тока — это своего рода потокообразная величина (электрический поток или ток), «движущаяся» по петле… и, разумеется, по общей петле поток один и тот же. Выходная величина источника напряжения — это своего рода величина, подобная давлению (электрическое «давление» или напряжение), приложенная ко всем нагрузкам, подключенным параллельно к источнику напряжения… и, конечно же, давление одинаково во всех клеммы общей нагрузки…

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Источник тока регулирует ток, протекающий через себя, регулируя напряжение на себе. Регулирование тока может означать его создание, если его не существует (именно поэтому источники тока не должны находиться в разомкнутой цепи, поскольку они будут пытаться форсировать его, увеличивая свое напряжение, пока оно не достигнет максимума или не прорвется через воздух). Это нормально, что один и тот же ток входит и выходит, так как ток проходит через него — источник находится в серия с этой ветвью схемы.

Источники тока могут использоваться для создания тока или для обеспечения известного значения тока в этой ветви цепи. Когда вы думаете об этом, простой резистор с источником напряжения может быть источником тока — не особенно эффективным или совместимым / надежным, но все же. Если для создания тока используется источник тока, этот ток может вводиться в другие ветви по мере того, как токи суммируются в каждом узле схемы.

Напряжение обычно используется для передачи информации, но источники тока есть везде. От смещения до управления светодиодами.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Симметрия источника напряжения. В идеале он имеет бесконечный импеданс, тогда как источник напряжения имеет нулевое значение. (Импеданс элемента en — это отношение изменения напряжения к изменению тока на нем за один и тот же шаг. ) В параллельной вселенной царства источников тока ток батареи постоянен, и при хранении ее полюса замыкаются накоротко. Так он остается на нулевом уровне мощности. Наличие постоянного тока без какого-либо давления напряжения не принесет в жертву никакой энергии, это инерция движения электрона. Конечно, на практике возникало бы некоторое сопротивление провода, тратилась бы некоторая энергия на компенсацию тенденции к замедлению движения, генерировалось бы небольшое напряжение. Аналогично обычной батарее, утечка тока по воздуху.

Источник постоянного тока может быть реализован с активными компонентами (транзисторами). Он может понадобиться вам для облегчения работы с компонентами с очень низким импедансом из-за его симметрии. Подумайте о светодиодах. С cvs для поддержания постоянной мощности вам нужен токоограничивающий резистор. В случае c.c.s. напряжение определяется особенностями конкретного светодиода, нет необходимости в каких-либо дополнительных компонентах, поэтому мощность регулируется всего одним параметром.

Действительно, источник тока каким-то образом существует в природе. Но батарея не постоянна где-либо, поэтому вы видите это как переменную функцию чего-то. Если вы исследуете ток в катушке, вы увидите, что для бесконечно малых отрезков времени он действует как различное значение источника постоянного тока для каждого отрезка времени, таким образом, являясь функцией времени из-за его очень ограниченной энергоемкости.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

С точки зрения того, что делает источник постоянного тока, одним из старых традиционных применений были «интеркомы» в стиле угольных микрофонов, которые когда-то использовались операторами телекамер для связи с диспетчерской. По сути, должна быть одна пара проводов, идущих ко всем камерам и к позициям диспетчерской, параллельные провода. Операторы (и камера, и диспетчерская) подключались к гарнитуре с углеродным микрофоном и динамическими (электромагнитными) наушниками, подключенными параллельно. Некоторые настройки включали небольшой трансформатор на каждой станции, чтобы ток микрофона «противопоставлялся» току наушников для этой станции.

Пара проводов должна быть подключена (в диспетчерской) к чему-то похожему на источник постоянного тока. В более старых версиях была большая батарея и резистор или, если немного пофантазировать, большая катушка индуктивности. Но это было заменено, когда они стали доступны, на грубый источник постоянного тока (который обеспечивал гораздо лучший звук).

Эта установка работала довольно ловко (особенно с источником постоянного тока). Говорящего в один микрофон могли услышать все, а гарнитуры (в разумных пределах) можно было подключать и отключать без серьезного нарушения «баланса» системы. И для этого потребовалась всего одна пара проводов.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я понимаю путаницу по этому поводу, когда избранных студентов знакомят с идеальными источниками тока. Нас в реальной жизни окружают источники напряжения… покупаем аккумуляторы с номинальным напряжением. Электроснабжение наших домов является практически идеальным источником напряжения, поскольку в электросеть подключено несколько устройств (нагрузок), но напряжение остается постоянным. Давление воды в вашем доме аналогично идеальному источнику напряжения (электрического давления), так что пользователи на улице не влияют на ваше давление. Когда у вас есть полностью заряженный автомобильный аккумулятор, вы знаете, что если вы замкнете клеммы накоротко (почти нулевое сопротивление), вы получите бурную реакцию (не бесконечный ток, а жопу!). Если бы у вас был идеальный источник тока, стоящий на столешнице с разомкнутой цепью, вы бы увидели разрядку молнии между клеммами, потому что устройство постоянного тока должно было бы преодолевать очень высокое сопротивление воздуха, имея потенциал в тысячи вольт. Кажется, это было бы опасно.

Я склонен думать, что поток в естественных системах определяется давлением. Итак, электрическое напряжение, измеряемое в вольтах, управляющий ток, измеряемый в амперах, через цепь. Напряжение является независимой переменной, а ток является зависимой переменной.

Для анализа цепей вам нужны идеальные источники напряжения и тока, чтобы сделать эквиваленты Norton и Thevenin… очень удобно. И вы можете создать источник постоянного тока с транзистором и несколькими резисторами или операционным усилителем и полевым транзистором, который работает, как рекламируется, в заданном диапазоне.

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Если цепь имеет только источник тока и не имеет источника напряжения, откуда берется напряжение для питания цепи?

спросил 4 года 5 месяцев назад

Изменено 4 года, 5 месяцев назад

Просмотрено 12 тысяч раз

\$\начало группы\$

Например, эта схема. Источник тока — это что-то, что изменяет напряжение на нем, чтобы соответствовать определенному току.

Но где взять источник напряжения для этого или хотя бы иметь напряжение на Vx. Как эта схема работает даже без источника напряжения?

Я посмотрел здесь: Является ли источник тока также источником напряжения?

Пытался понять разницу между источником тока и источником напряжения, но ничего не помогло ответить на этот вопрос.

Может ли в этом случае источник тока действовать как источник напряжения?

Спасибо

• анализ схем
• проектирование схем

\$\конечная группа\$

9

\$\начало группы\$

Идеальный источник тока будет производить любое напряжение, необходимое для подачи заданного тока.

Идеальный источник напряжения будет подавать любой ток, который требуется остальной части цепи, когда он подает заданное напряжение.

Реальные источники тока и напряжения будут иметь ограничения по напряжению (для источника тока) или току (для источника напряжения), которые они могут выдавать.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Это идеализированные элементы. В действительности не существует ни источников напряжения, ни источников тока. В реальности есть генераторы, гальванические элементы и т. д.

Вы можете смоделировать гальванический элемент как

Конечно, вы всегда можете добавить к своей модели что-то еще, но эти два варианта — минимум. Если вы отбрасываете внутреннее сопротивление, подключенное правильно, вы больше не говорите о вещах реального мира, а говорите о своем моделировании.

Вот для чего эти уроки и практика. Научитесь разбираться в моделировании. Таким образом, вы можете создавать и понимать модели для элементов реального мира.

---

Я думаю, теперь вы легко поймете, что делать с R2, и во что впоследствии можно преобразовать текущий источник и R1.

\$\конечная группа\$

13

\$\начало группы\$

Источник тока должен иметь источник напряжения. Но поскольку источник тока предназначен для подачи фиксированного количества тока, мы можем игнорировать его внутреннюю работу и просто сосредоточиться на его назначении: быть источником тока.

Если подумать, мы часто относимся к источникам как к идеальным, и это прекрасно работает. Если бы мы не могли этого сделать, источник напряжения в цепи должен был бы включать в себя все компоненты, которые позволяют ему выводить это конкретное напряжение. И если бы он был подключен к стене, он должен был бы включать в себя цепь, которая проходила бы через трансформаторы и многие мили проводов к источнику электричества…

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Источник постоянного тока (CC) имеет собственный источник постоянного тока или его необходимо обеспечить.

Вы можете купить регулятор DC-DC CC или блок питания CC с питанием от переменного тока.

Блок питания CC с питанием от переменного тока будет иметь вход питания AC-DC и выход регулятора DC-DC CC.

Вот очень простой DC-DC понижающий (понижающий) стабилизатор CC, управляющий некоторыми светодиодами.

Ток протекает через R _{поставил резистор} . Микросхема измеряет напряжение на наборе резисторов R для контроля протекания тока.

Если тока недостаточно, внутренний ШИМ-сигнал увеличит рабочий цикл входа SW (переключение), увеличивая ток, проходящий через SW. И наоборот.

Когда рабочий цикл достигает своего максимума (максимальный номинальный ток), источник CC фактически становится источником напряжения.

Это связано с нагрузкой. Когда CC достигает максимального напряжения или тока, он становится источником напряжения.

Пример: если прямое напряжение этих светодиодов больше, чем входное напряжение, достигается максимальное напряжение.

Если нагрузка представляет собой резистивную нагрузку, которая может потреблять больший ток, чем может обеспечить источник CC, достигается максимальный ток.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

«Текущий источник» — это просто название (слегка вводящее в заблуждение). По правде говоря, обычный закон Ома работает как обычно, то есть есть какое-то напряжение, какое-то сопротивление и, следовательно, какой-то ток. это , а не , как будто есть какая-то магия, которая каким-то образом создает ток из воздуха.

Вы можете себе представить, что реальный источник тока (в отличие от идеального варианта, где мы не заботимся о его внутренностях) имеет обычный источник напряжения (110/220 В переменного тока), преобразует его в некоторое внутреннее постоянное напряжение, а затем какое-то изящное регулирование, которое изменяет напряжение постоянного тока, которое оно подает на свою клиентскую схему, так что оно увеличивается/уменьшается, если фактический ток слишком низок или слишком высок. При изменении напряжения меняется и ток, в зависимости от нагрузки. Таким образом, реальный источник тока по-прежнему является просто источником напряжения, хотя и с быстро меняющимся/адаптирующимся напряжением, и реализация, очевидно, намного сложнее, чем стандартный источник напряжения.

На странице Википедии, посвященной текущим источникам, перечислено довольно много различных реализаций, использующих транзисторы, операционные усилители или другие активные компоненты.

\$\конечная группа\$

0

\$\начало группы\$

Дело, которое вы разоблачаете, представляет собой идеализированный элемент. Таким образом, это модель, которую вы используете для расчетов с другими моделями.

Может ли в этом случае источник тока действовать как источник напряжения?

Если вы посмотрите на регулятор, основанный на преобразователе постоянного тока в токовом режиме, вы убедитесь, что он на самом деле имеет два контура управления:

1. «Внутренний» контур регулирует выходной ток в соответствии с запросом внешнего контура.
2. Внешний контур, в свою очередь, «запрашивает» ток, необходимый для того, чтобы выходной сигнал соответствовал желаемому напряжению.

Таким образом, весь регулятор можно рассматривать как управляемый источник тока, обеспечивающий необходимый ток, чтобы выходное напряжение было желаемым.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Думайте об источнике тока как об источнике энергии, который каким-то образом выдает почти постоянный ток. На практике он обычно состоит из электронных компонентов, которые измеряют ток и пытаются его стабилизировать, но, грубо говоря, вы можете сделать его с батареей на миллион вольт последовательно с резистором в один мегаом. Это даст довольно близко к одному усилителю, независимо от того, что вы к нему подключаете!

Чтобы измерить источник тока, вы должны замкнуть клеммы накоротко (почти) с помощью амперметра. Внутреннее напряжение не указано, и попытка его измерения при разомкнутой цепи может быть опасной.

И наоборот, для измерения источника напряжения вы должны использовать высокоомный измеритель, который (почти) не потребляет ток. Ток, который он может выдавать, не указан, и попытка измерить его с помощью короткого замыкания может быть опасной.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Ток — это поток заряда. Мы знаем, что в металлическом проводнике электроны беспорядочно движутся во всех направлениях. Вам нужна полная цепь и разность потенциалов, чтобы заставить их двигаться (в среднем) к положительному выводу ячейки.

Нет разности потенциалов = нет тока

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Не эксперт, как другие, но просто хотел добавить, когда вы видите источник тока на изображении схемы, вы не можете предположить, что напряжение на нем равно нулю.