Что такое источник электрического тока. Для чего нужны источники тока в электрических цепях. Какие бывают виды источников тока. Как работают основные типы источников электрического тока. Чем отличаются источники тока от источников напряжения.
Что такое источник электрического тока
Источник электрического тока — это устройство, которое обеспечивает протекание электрического тока в электрической цепи. Основное назначение источника тока — поддерживать постоянную силу тока в цепи независимо от сопротивления нагрузки.
В отличие от источника напряжения, который создает постоянную разность потенциалов на своих выводах, источник тока стремится обеспечить заданное значение силы тока в цепи. При этом напряжение на выводах источника тока может меняться в зависимости от сопротивления нагрузки.
Основные виды источников электрического тока
Существует несколько основных видов источников электрического тока:
- Гальванические элементы и аккумуляторы
- Электромеханические генераторы
- Фотоэлектрические преобразователи
- Топливные элементы
- Электронные источники тока
Рассмотрим подробнее принцип действия и особенности некоторых из этих источников тока.
Гальванические элементы и аккумуляторы
Гальванические элементы и аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую за счет окислительно-восстановительных реакций. В них происходит направленное движение ионов между электродами через электролит.
Основные характеристики гальванических элементов и аккумуляторов как источников тока:
- Обеспечивают постоянный ток
- Компактные размеры
- Автономность работы
- Ограниченный ресурс (емкость)
Электромеханические генераторы
Электромеханические генераторы преобразуют механическую энергию вращения в электрическую энергию. Принцип их работы основан на явлении электромагнитной индукции.
Особенности электромеханических генераторов как источников тока:
- Могут генерировать как постоянный, так и переменный ток
- Высокая мощность
- Требуют внешний источник механической энергии
- Используются в промышленных масштабах
Электронные источники тока
Электронные источники тока представляют собой электронные схемы, обеспечивающие стабильный ток в нагрузке. Они широко применяются в современной электронике.
Характерные черты электронных источников тока:
- Высокая точность и стабильность тока
- Возможность регулировки силы тока
- Компактность
- Требуют внешнее питание
Принцип работы идеального источника тока
Идеальный источник тока должен обеспечивать постоянную силу тока в цепи независимо от сопротивления нагрузки. Рассмотрим, как это достигается на примере простейшей схемы:
- Источник тока создает разность потенциалов на своих выводах
- Эта разность потенциалов вызывает ток в цепи
- Система обратной связи в источнике тока измеряет фактический ток
- При отклонении тока от заданного значения система управления корректирует напряжение
- Процесс повторяется, поддерживая постоянный ток
Таким образом, идеальный источник тока автоматически подстраивает свое выходное напряжение, чтобы обеспечить требуемую силу тока независимо от нагрузки.
Отличия источника тока от источника напряжения
Хотя источники тока и напряжения кажутся похожими, между ними есть принципиальные отличия:
| Характеристика | Источник тока | Источник напряжения |
|---|---|---|
| Что поддерживает постоянным | Силу тока | Напряжение |
| Внутреннее сопротивление | Стремится к бесконечности | Стремится к нулю |
| Реакция на обрыв цепи | Напряжение стремится к максимуму | Ток падает до нуля |
| Реакция на короткое замыкание | Ток остается постоянным | Ток стремится к бесконечности |
Области применения источников тока
Источники тока находят широкое применение в различных областях техники и электроники:
- Питание светодиодов и лазерных диодов
- Зарядные устройства для аккумуляторов
- Системы электрохимической защиты от коррозии
- Измерительная техника
- Медицинское оборудование
- Системы автоматики и телемеханики
В этих применениях важно обеспечить стабильный ток независимо от изменений нагрузки или других параметров цепи.
Преимущества использования источников тока
Использование источников тока в электрических цепях имеет ряд преимуществ:
- Стабильность работы нагрузки при изменении ее сопротивления
- Защита от перегрузок и коротких замыканий
- Простота параллельного соединения нескольких нагрузок
- Возможность точного контроля мощности в нагрузке
- Высокая помехозащищенность сигналов в токовых цепях
Эти преимущества делают источники тока незаменимыми во многих современных электронных устройствах и системах.
Ограничения и недостатки источников тока
Несмотря на преимущества, у источников тока есть и некоторые ограничения:
- Сложность реализации по сравнению с источниками напряжения
- Ограниченный диапазон рабочих напряжений
- Необходимость защиты от режима холостого хода
- Более высокая стоимость
- Меньший КПД при работе на переменную нагрузку
Эти факторы нужно учитывать при выборе между источником тока и напряжения для конкретного применения.
Заключение
Источники электрического тока играют важную роль в современной электротехнике и электронике. Они обеспечивают стабильный ток в различных устройствах и системах, что необходимо для их корректной и эффективной работы. Понимание принципов работы и особенностей источников тока позволяет грамотно применять их в электрических схемах и получать оптимальные результаты.
«Какое назначение источника электрического тока в цепи?» — Яндекс Кью
Популярное
Сообщества
ФизикаЭлектричество
Анонимный вопрос
·
4,9 K
ОтветитьУточнитьAsutpp
1,2 K
⚡Информационный сайт «ASUTPP». Статьи и рекомендации по ремонту электрооборудования… · 10 нояб 2019 · asutpp.ru
Отвечает
Юрий Макаров
В электрической цепи источник тока предназначен для генерации направленного движения заряженных частиц. Без него ни один прибор, электрический элемент не будет работать, так как при отсутствии электрического тока невозможна работа электрической цепи как таковой.
Если ваш вопрос состоит в ключе принципиального отличия источника тока в электрической цепи от источника напряжения (ЭДС), то этот вопрос рассмотрим более детально.
Следует отметить, что данное разграничение применяется в теоретической электротехнике для изучения определенных процессов в электрических цепях. Так как зачастую и источник тока, и источник напряжения рассматриваются в идеальном состоянии, на практике ситуация обстоит совершенно иначе – практически каждый источник электрической энергии является и тем и другим.
Источник тока, как и источник напряжения, представляет собой двухполюсник, но в отличии от второго выдает не постоянную величину напряжения, а постоянную величину тока, которая никак не зависит от подключенной нагрузки и уровня напряжения. Внутреннее сопротивление источника тока, в идеале приближается к бесконечности, при решении задач его могут принимать даже за разрыв в цепи. А у идеального источника напряжения или ЭДС внутренне сопротивление приближается к нулю, а напряжение на выходе – это постоянная величина.
Также источник тока и источник ЭДС имеют разное схематическое изображение, которое для сравнения приведено на рисунке ниже:
Больше полезной информации по электрике вы можете найти на нашем сайте:
Перейти на asutpp.
ruКомментировать ответ…Комментировать…
КЛХ
253
к.п.н., широкий круг интересов · 22 янв 2019
В проводнике без наличия источника тока заряженные частицы участвуют в неупорядоченном тепловом движении. Для того, чтобы создать электрический ток, в проводнике должно существовать упорядоченное движение свободных носителей заряда. Такое движение можно создать только под воздействием внешнего электрического поля. Таким образом, основное назначение источника тока -… Читать далее
Комментировать ответ…Комментировать…
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
1 ответ скрыт(Почему?)
Источники тока в автомобиле | Устройство автомобиля
Как и в быту роль электричества в автомобиле неоценима. Необходимо знать, какие источники тока в автомобиле.
Позади то время, когда заводная рукоятка была единственным средством пуска двигателя. Сейчас стоит повернуть ключ зажигания и двигатель ожил. С ярким светом фар вам не страшна темная ночь. Забыли спички – не беда, и об этом позаботились конструкторы, придумав прикуриватель. Щелкнул выключатель – и в салоне светло, уютно. В машине можно отдохнуть, послушать хорошую музыку или последние известия, а любители футбола могут поболеть за свою команду.
Благодаря источникам тока на автомобиле, в поездке можно посмотреть телепередачу, воспользоваться электрохолодильником и даже побриться электробритвой, а если нужно, то и завулканизировать камеру. Да разве перечесть все те услуги, которые оказывает автомобильная электростанция. Источниками тока в автомобиле используется генератор и аккумуляторная батарея. С помощью генератора происходит питание всех потребителей электрического тока в автомобиле, а также происходит заряд аккумуляторной батареи при работе двигателя на средних и больших оборотах.
В свою очередь аккумуляторная батарея питает потребители электрического тока, когда двигатель совсем не работает или же работает на малых оборотах холостого хода.
Аккумулятор – накопитель электрической энергии. На автомобилях применяют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, состоящие в основном из 6 аккумуляторов, соединенных последовательно.
Аккумуляторная батарея (рис.1) состоит из эбонитового моноблока 7, в котором установлены аккумуляторы.
Рис.1. Кислотная аккумуляторная батарея:
1 – отрицательная пластина, 2 – сепаратор, 3 – положительная пластина, 4 – защитная сетка, 5, 6 – штыри, 7 – эбонитовый моноблок, 8 – пробка, 9 – крышка, 10 – межэлементная перемычка, 11 – вентиляционное отверстие.
Каждый аккумулятор состоит из блока отрицательных и положительных пластин (отрицательных на одну больше), Пластины изготовлены из сплава свинца с сурьмой в виде решеток, заполненных активной массой, принимающей участие в химических процессах аккумулятора.
Активной массой служит свинцовый сурик (Pb
Для предотвращения короткого замыкания между положительными и отрицательными пластинами установлены сепараторы из пористой пластмассы, стекловаты или дерева. Сверху пластины закрыты защитной сеткой 4. Через отверстие в крышке 9, закрытое пробкой 8, заливается электролит. Электролитом служит раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Плотность электролита, которая, в зависимости от климатического пояса, для северных районов должна равняться 1,290, для центральных – 1,270 и для южных – 1,250, определяется после зарядки с помощью ареометра. Уровень электролита должен быть на 10-15 мм выше защитной сетки.
Аккумуляторы в батарее соединены посредством межэлементных перемычек 10, приваренных к выводным штырям. Вентиляционные отверстия сообщают аккумуляторную батарею с атмосферой. Напряжение на клеммах одного аккумулятора в заряженном состоянии равно 2 В. При проверке напряжения нагрузочной вилкой показание шкалы в конце пятой секунды должно быть в пределах 1,7-1,8.
Каждая аккумуляторная батарея имеет определенную маркировку. Аккумуляторная батарея 6-СТ-42 ЭМ устанавливается на автомобиле «Москвич-412».
Первая цифра обозначает число аккумуляторов в батарее, буквы СТ – что батарея стартерная, число, стоящее за СТ, указывает на емкость батареи в ампер-часах, первая буква после цифр означает материал банки. В нашем примере «Э» – эбонит и «М» – материал сепаратора (мипласт).
Генератор (от латинского – производитель) – машина для превращения механической энергии в электрическую. Различают генераторы постоянного и переменного тока. В настоящее время на автомобилях устанавливают в основном генераторы переменного тока, так как они имеют ряд преимуществ перед генераторами постоянного тока.
Генератор (рис.2) состоит из статора 1, представляющего собой пакет пластин из электротехнической стали. В пазах статора уложена трехфазная обмотка 3, состоящая из шести намотанных катушек, образующих одну фазу. Фазы соединяются с тремя изолированными от массы клеммами 2.
Рис.2. Генератор переменного тока:
1 – статор, 2 – клеммы, 3 – обмотка статора, 4 – вал ротора, 5 – контактное кольцо, 6 – шарикоподшипник, 7, 8 – клинообразные полюсные наконечники, 9 – крышка, 10 – вентилятор, 11 – обмотки возбуждения, 12 – графитовая щетка, 13 – щеткодержатель.
Ротор генератора включает в себя электромагнит, имеющий два штампованных клинообразных полюсных наконечника 7 и 8, напрессованных на вал 4, и два контактных кольца, изолированных от вала, к которым припаяны оба конца обмотки возбуждения. Ротор вращается в двух шарикоподшипниках 6, установленных в крышках генератора (на рисунке видна только передняя крышка 9). На задней крышке расположены щеткодержатели с двумя графитовыми щетками 12 и блок-выпрямитель, состоящий из шести диодов. Передняя и задняя крышки стянуты тремя шпильками. На валу ротора на шпонке закрепляется шкив с вентилятором 10.
Генератор работает так: при вращении ротора магнитное поле, созданное его электомагнитами (полюсные наконечники 7 и 8), пересекает обмотки статора 1, в которых индуктируется переменный электрический ток.
Переменный ток выпрямляется в постоянный блоком выпрямителей и поступает в сеть.
Так как привод генератора осуществляется от шкива коленчатого вала двигатели, у которого обороты меняются в очень широких пределах, то соответственно меняются и обороты ротора, а это приводит к изменению напряжения на зажимах генератора, что очень нежелательно. Для поддержания постоянного напряжения генератора, независимо от числа оборотов коленчатого вала двигателя, служит электромагнитный регулятор напряжения.
Регулятор напряжения монтируется в общем корпусе с полупроводниковым транзистором и реле защиты транзистора от коротких замыканий в цепи возбуждения генератора, образуя прибор – реле-регулятор.
автомобиль, аккумулятор, аккумуляторный, батарея, генератор
Смотрите также:
Какой смысл в источнике тока?
\$\начало группы\$
имитация этой схемы – 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. (Таким образом, вы не можете поместить в разомкнутую цепь идеальный источник тока, напряжение будет стремиться к бесконечности.
)
Итак, резистор сам по себе не имеет тока через него. 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 разомкнутыми клеммами будет выдавать миллионы вольт для создания дуги по воздуху — конечно, это очень редко случается с реальными источниками тока.
Источник тока не является отдельным элементом цепи, но достаточно близкое к нему 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 сохраняет постоянный ток через его клеммы 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.
Наоборот, источники тока «любят» их клеммы накоротко. 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… Скорее о природе усилитель тока — источник тока с управлением по току (CCCS) или увеличительное зеркало тока , чем простой источник тока с 2 клеммами.
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, напоминающему 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 природных 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
.
Источники тока и зачем они нужны
Все инженеры хорошо знакомы с источниками напряжения, такими как батареи или источники переменного/постоянного тока. Функция источника напряжения, представленная простым символом, ясна: обеспечивать столько тока, сколько необходимо (вплоть до максимального предела тока) при заданном, определенном напряжении; это значение напряжения может быть фиксированным или переменным в конструкции.
Источники напряжения, разумеется, имеют функциональное дополнение: источник тока. Его роль состоит в том, чтобы обеспечить заданную величину тока при любом требуемом напряжении (опять же, до максимального напряжения, называемого напряжением соответствия и аналогично максимальному току источника напряжения). Источник тока необходим, потому что есть компоненты и системы, которые должны видеть конкретное значение тока, а не конкретное значение напряжения.
Типовые символы для источников тока.
Может показаться, что источник тока не нужен, поскольку разработчик всегда может отрегулировать напряжение, чтобы обеспечить желаемую величину тока. В некотором смысле это верно, поскольку ток и напряжение связаны законом Ома (V = I × R). Но использование источника напряжения таким образом приводит к непостоянному источнику тока. Вопрос в том, является ли ток или напряжение независимой или зависимой переменной. Другими словами, нужен ли вам ток, чтобы следовать за напряжением, или напряжение, чтобы следовать за током.
Где нужны источники тока?
Хорошим примером приложения, требующего источника тока, является последовательная цепочка светодиодов. Светодиоды обеспечивают свой световой поток в результате протекающего через них тока и определяются кривой «ток-выход». Обычному светодиоду требуется 20 мА для его номинального выхода, поэтому цепочка может питаться от источника тока 20 мА. Даже если добавляется еще один светодиод, используется тот же источник тока.
Этого не произошло бы, если бы вместо этого использовался источник напряжения.
Предположим, что каждый светодиод имеет прямое падение напряжения V F 1,5 В. Предположим, что ток к светодиодам поступает от источника напряжения с токоограничивающим резистором, рассчитанным на ток только 20 мА после учета суммы этих падений. В этом случае светодиодная цепочка будет работать правильно. Но если бы был добавлен светодиод или один из них был закорочен, ток от этого источника напряжения больше не был бы 20 мА: он падал бы при добавлении светодиода или возрастал бы при коротком замыкании.
Напротив, при использовании настоящего источника тока количество светодиодов в цепочке не имеет значения. Максимальное количество светодиодов, с которым можно работать, зависит от напряжения соответствия источника тока, которое должно превышать сумму всех падений на диодах. Кроме того, схема не нуждается в последовательном токозадающем резисторе, поскольку источник тока по своей природе устанавливает правильное значение.
Другое широко используемое применение источника тока — в контурах управления промышленными процессами для передачи аналоговых показаний от датчиков, а также для отправки аналоговых управляющих сигналов на приводы.
В отрасли управления уже много лет используется простая токовая петля 4–20 мА, где 4 мА представляет собой минимальную настройку выходного сигнала датчика/исполнительного механизма, а 20 мА — максимальную.
Почему здесь используется токовая петля, а не сигнал напряжения? Две причины. Во-первых, если провод в петле обрывается, ток падает до нуля, что сразу и легко обнаруживается. Напротив, обрыв провода, передающего сигнал напряжения, нелегко распознать, и он может давать ложные напряжения, которые выглядят достоверными.
Во-вторых, источник тока и его контур образуют топологию с изначально низким импедансом, в то время как источник напряжения представляет собой конфигурацию с высоким импедансом. Таким образом, токовая петля гораздо менее восприимчива к шуму от близлежащих источников ЭМИ/РЧ-помех, в то время как шум легко улавливается системой напряжения.
Базовый источник тока может быть собран из источника напряжения и резистора, соединенных последовательно, чтобы ограничить ток до заданного значения, используя закон Ома.
Этот подход иногда используется в недорогих приложениях, где точность и согласованность не важны, поскольку любое изменение нагрузки изменит ток. Кроме того, резистор рассеивает мощность, что ограничивает время работы (при использовании батареи) и увеличивает тепловую нагрузку.
Лучше начать с транзистора в конфигурации с общим эмиттером, где нагрузка через коллектор является функцией тока база-эмиттер по известному уравнению:
I C = β × I B ,
Базовый источник тока использует принцип усиления по току однотранзисторной схемы. Установка тока база-эмиттер также устанавливает ток коллектора., где I C = ток коллектора; β = коэффициент усиления транзистора, зависящий от конструкции транзистора; я B = базовый ток, установленный конструкцией базовой цепи. Этот подход используется в качестве ядра многих источников тока с различными улучшениями для обеспечения стабильности и точности.
Источники тока доступны в ИС, которые обеспечивают ток в несколько миллиампер или 20 мА для промышленных контуров, вплоть до модулей, которые обеспечивают много ампер с соответствующими напряжениями в десятках или сотнях вольт.
При использовании с источником тока светодиоды «преобразовывают» ток в свет. Однако во многих схемах необходимо преобразовать ток в напряжение, которое будет использоваться остальной частью схемы (например, усилением, фильтрацией и аналого-цифровым преобразованием). К счастью, построить преобразователь тока в напряжение (называемый преобразователем I/V) несложно. Ток проходит через резистор, а операционный усилитель определяет и усиливает напряжение на резисторе. Значение резистора рассчитывается для обеспечения желаемого коэффициента масштабирования. Например, если максимальный ток контура составляет 20 мА, а желаемая шкала напряжения достигает 10 В, необходим резистор 500×.
