Источники тока это. Источники тока: виды, характеристики и применение в электротехнике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое источники тока в электротехнике. Какие бывают виды источников тока. Чем отличаются идеальные и реальные источники. Как обозначаются источники тока на схемах. Где применяются различные типы источников тока.

Содержание

Что такое источники тока и какими они бывают

Источник тока — это устройство, которое создает и поддерживает электрический ток в цепи независимо от ее сопротивления. В отличие от бытового понимания, где «источником тока» часто неправильно называют любой источник напряжения, в электротехнике это строго определенное понятие.

Источники тока делятся на два основных типа:

Идеальные — теоретическая модель, создающая постоянный ток вне зависимости от нагрузки
Реальные — практические устройства, поддерживающие ток в определенных пределах

По принципу действия выделяют следующие виды источников тока:

Механические (генераторы)
Тепловые (термоэлектрические)
Химические (гальванические элементы, аккумуляторы)

Световые (фотоэлементы)

Механические источники тока

Механические источники тока преобразуют механическую энергию в электрическую с помощью генераторов. Это наиболее распространенный способ получения электроэнергии в промышленных масштабах.

Принцип действия механических источников

В основе работы механических источников лежит явление электромагнитной индукции. При вращении ротора генератора в магнитном поле статора возникает переменный ток.

Каковы преимущества механических источников тока?

Высокая мощность
Возможность получения как постоянного, так и переменного тока
Относительно высокий КПД (до 98% у современных турбогенераторов)

Тепловые источники тока

Тепловые источники преобразуют тепловую энергию в электрическую, используя термоэлектрические эффекты.

Как работают термоэлектрические генераторы?

Принцип действия основан на эффекте Зеебека — возникновении ЭДС в цепи из разнородных проводников при наличии разности температур между контактами. Типичный термоэлектрический генератор состоит из термопар, соединенных последовательно.

Где применяются тепловые источники тока?

Космическая техника (радиоизотопные термоэлектрические генераторы)
Автономные источники питания
Утилизация бросового тепла на производстве

Химические источники тока

Химические источники преобразуют энергию химических реакций в электрическую. Это самый распространенный тип автономных источников тока.

Основные виды химических источников

Гальванические элементы (батарейки) — одноразовые источники
Аккумуляторы — перезаряжаемые источники
Топливные элементы — вырабатывают ток за счет окислительно-восстановительных реакций

Чем отличаются различные типы аккумуляторов?

Свинцово-кислотные — высокая мощность, низкая удельная энергоемкость
Никель-кадмиевые — устойчивы к глубоким разрядам, но имеют «эффект памяти»
Литий-ионные — высокая удельная энергоемкость, отсутствие эффекта памяти

Световые источники тока

Световые (фотоэлектрические) источники преобразуют энергию света в электрическую. Наиболее известный пример — солнечные батареи.

Принцип работы фотоэлементов

В основе лежит внутренний фотоэффект в полупроводниках. При попадании света на p-n переход возникает разность потенциалов и начинается движение электронов.

Каковы перспективы световых источников тока?

Экологичность и возобновляемость энергии
Постоянное повышение КПД (уже достигнут уровень более 40% в лабораторных условиях)
Снижение стоимости производства

Обозначения источников тока на электрических схемах

Для однозначной идентификации типа источника тока на схемах используются стандартизированные обозначения.

Основные обозначения источников тока

Общее обозначение источника тока: круг с двумя выводами
Источник ЭДС: круг с «плюсом» и «минусом» внутри
Химический источник: несколько параллельных линий разной длины
Источник постоянного тока: знак «равно» (=)
Источник переменного тока: знак «тильда» (~)

Зачем нужны стандартизированные обозначения источников тока?

Обеспечивают однозначность понимания схем
Упрощают проектирование электрических цепей
Позволяют быстро определить тип используемого источника

Применение различных источников тока

Выбор типа источника тока зависит от конкретной задачи и условий применения.

Где используются разные виды источников?

Механические: электростанции, транспорт (генераторы в автомобилях)
Тепловые: космические аппараты, автономные метеостанции
Химические: портативная электроника, электромобили, системы бесперебойного питания

Световые: солнечные электростанции, питание спутников, зарядные устройства

Какие факторы влияют на выбор источника тока?

Требуемая мощность
Продолжительность работы
Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)
Стоимость и доступность
Экологические требования

Перспективы развития источников тока

Развитие технологий ведет к появлению новых типов источников тока и совершенствованию существующих.

Какие инновации ожидаются в области источников тока?

Повышение эффективности солнечных элементов
Разработка новых типов аккумуляторов (литий-воздушные, натрий-ионные)
Создание компактных термоядерных реакторов
Развитие технологий беспроводной передачи энергии

Как изменится роль различных источников тока в будущем?

Увеличение доли возобновляемых источников (солнечные, ветровые)

Развитие распределенной генерации электроэнергии
Интеграция источников тока в «умные сети» (smart grid)
Повышение энергоэффективности всех типов источников

Источник тока — это… Что такое Источник тока?

Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока^[1] Рисунок 2.1 — Обозначение на схемах источника тока

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.

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

См. также

Литература

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

Источник тока — это… Что такое Источник тока?

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

Свойства

Идеальный источник тока

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

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

Реальный источник тока

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

Сила тока в цепи равна:

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

Примеры

Применение

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

Примечания

См. также

Литература

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

Источник тока — это… Что такое Источник тока?

Свойства

Идеальный источник тока

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

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

Реальный источник тока

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

Сила тока в цепи равна:

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

Примеры

Применение

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

Примечания

См. также

Литература

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

Источник тока — это… Что такое Источник тока?

Свойства

Идеальный источник тока

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

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

Реальный источник тока

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

Сила тока в цепи равна:

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

Примеры

Применение

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

Примечания

См. также

Литература

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

Источник тока — это… Что такое Источник тока?

Свойства

Идеальный источник тока

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

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

Реальный источник тока

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

Сила тока в цепи равна:

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

Примеры

Применение

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

Примечания

См. также

Литература

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

обозначение, характеристики, виды источников таблицей

Существует несколько видов источников тока, различающиеся по природе происхождения энергии. Каждый из этих видов имеет свои индивидуальные особенности, в частности, принципы выработки электрической энергии, а также ее преобразование. Определить, какой тип элемента применяется, можно с помощью графического обозначения.

Что такое источники тока

Источники тока – это элементы электрической цепи, который поддерживают энергию с заданными параметрами. При этом, энергоснабжение цепи не зависит от характеристик элементов, входящих в её состав, в частности, сопротивления.

Прибор для выработки тока

Различают идеальные и реальные устройства для выработки тока:

Идеальные определяются только благодаря гипотезам и теоретическим выкладкам. Так, учёные нередко определяют ряд условий, при которых ток имеет максимальные значения, приближенные к идеалу. То есть, осуществляется имитация идеального источника.
Реальные условия поддерживают заданные параметры выходного тока и напряжения. Любой прибор обеспечивает свою работу, при условии, что это позволяют сделать его технические характеристики.

Важно! Таким образом, максимальное значение тока и напряжения дают возможность определить, какой именно вариант источника будет использован в цепи – идеальный или реальный.

Виды источников

Существует несколько видов устройств для выработки тока, каждый из которых имеет свои основные показатели, характеристики и особенности, приведённые в следующей таблице:

Вид источника	Характеристики источника тока
Механический	Специальное устройство (генератор) обеспечивает трансформацию механической энергии в электрическую. В настоящее время большое количество тока производится именно с помощью механических источников.
Тепловой	В основу работы агрегатов заложен принцип переработки тепловой энергии в электрическую. Такое преобразование происходит благодаря разности температур контактирующих между собой полупроводников. В настоящее время разработаны источники тока, тепловая энергия в которых вырабатывается благодаря распаду радиоактивных элементов.
Химический	Химические варианты можно условно разделить на 3 группы – гальванические, аккумуляторы и тепловые. · Гальванический элемент работает посредством взаимодействия 2-х разных металлов, помещенных в электролит. · Аккумуляторы – устройства, которые можно несколько раз заряжать и разряжать. Существует несколько видов аккумуляторов с различными типами элементов, входящих в их состав. · Химически-тепловые используются только для кратковременной работы. Применяются, в основном, в сфере ракетостроения.
Световой	В конце XX века достаточно популярными стали солнечные батареи, которые «собирают» световые частицы, преобразуемые впоследствии в электрическую энергию. Это происходит за счет выдачи напряжения и благодаря воздействию на световые частицы.

Важно! Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, которые определяются принципом использования, а также исходными показателями вырабатываемой энергии.

Механические источники

Механические агрегаты являются самыми простыми по принципу их использования и обустройства. Характеристика таких генераторов очень проста для понимания. В специальных устройствах вырабатывается энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество. Такие приборы используются на тепловых электростанциях и гидроэлектростанциях.

Механический

Тепловые источники

Тепловые варианты источников обеспечивают уникальный принцип работы. Энергия вырабатывается благодаря образованию термопары, которая. Это означает, что на концах проводников обеспечивается расчётная разность температур, элементы взаимодействуют между собой, создавая электрическое поле.

Тепловой

Обратите внимание! Радиоактивные термопары используют в космической промышленности. Эффективность такого использования возможна благодаря долгому сроку службы и эффективным показателям вырабатываемой мощности.

В результате подобного движения заряженных частиц от горячей части проводника к холодной возникает электроток. При этом, чем больше разница температур, тем выше показатель результативной энергии. На практике термопары нередко входят в состав измерительных приборов.

Световые источники

Световые устройства ля выработки электроэнергии считаются самыми экологичными, эффективными и относительно дешевыми. Специальная панель из полупроводников поглощает световые частицы, которые при таком взаимодействии выдают определенное напряжение.

Световой

При этом, световые панели имеют небольшой показатель КПД – 15 %. Панели такого типа нашли широкое применение – от бытовых приборов до инновационных разработок в космической отрасли.

Важно! Световые источники начали использоваться вместо литиевых батарей из-за высокой стоимости последних. Несмотря на то, что многие объекты промышленности требуют значительного переоснащения для перехода на световые источники, конечная экономия возникает уже на первичных этапах эксплуатации.

Химические источники

В данную группу входит 3 основных устройства, отличающиеся строением и принципом работы:

Гальванический элемент – это вариант для выработки электроэнергии, который может быть использован один раз. То есть, после полной разрядки, повторное накопление заряда на внутреннем веществе невозможно. В состав таких приборов входят солевые, литиевые или щелочные батарейки.
Аккумуляторы – подразделяются на несколько типов: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые.
Тепловые элементы – используются в космической и инновационной промышленности для производства кратковременного тока с высокими показателями. Практическое применение агрегатов основано на потребностях в резервных источниках питания.

Важно! Химико-тепловые устройства требуют первоначального нагрева до 500–600 °С, чтобы активизировать твердый электролит.

Химический

В каждой сфере промышленности используется собственный вариант с конкретными параметрами. В бытовых условиях применяются, в основном, батарейки; в производственной – аккумуляторы.

Обозначение источников тока

Чтобы при выборе не возникало вопроса относительно того, какой тип источника тока представлен, используются специальные обозначения. В физике существуют точные графические изображения, которые позволяют идентифицировать тип применяемого источника:

Обозначения

На каждой схеме условных обозначений можно увидеть следующие параметры:

Общее обозначение источника тока и движущей силы ЭДС;
Графическое изображение без ЭДС;
Химический тип;
Батарея;
Постоянное напряжение;
Переменное напряжение;
Генератор.

Благодаря графическим идентификаторам на схеме электрической цепи всегда можно определить, какой именно тип используется в конкретной ситуации, и как правильно его обозначать. Существуют также международные обозначения, которые встречаются немного реже, обычно при реализации интернациональных проектов.

Принцип действия

Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:

Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.

Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства.

Конструкция

Конструкция элемента влияет на принцип его работы. Каждый источник, который выдает электрический ток, имеет определенную конструкцию:

Самый простой бытовой аккумулятор включает в себя металлический корпус, внутри которого используется щелочная среда. Дополнительными элементами являются свинцовые пластины, на которых накапливаются катоды и аноды.

Аккумулятор

Обычная бытовая батарейка с входящим в её состав сухим элементом имеет металлический корпус, в который помещен стержень-накопитель катодов. Всё прочее пространство заполнено солевым электролитом.

Батарейка

Генератор переменного тока – это устройство, состоящее из трещоток или металлической рамки.

Механический принцип устройства

Тепловой источник тока, который уже включен в цепь. Это обычная рамка, установленная на подставке из диэлектрика. Обычно, конструкция подключена к измерительному прибору, типа амперметра. Источник тепла – это пламя или внешний электрический импульс.

Тепловое устройство

Важно! Подобная конструкция помогает точно понять, как образуется энергия, которая впоследствии преобразуется в ток. Каждый вариант строения обычно заключен в специальный корпус из диэлектрического материала.

Условия работы источников тока

Любой источник тока работает при определенных условиях. В отсутствие химической реакции внутри элементов не смогут образовываться заряженные частицы. Если будет отсутствовать анод и катод, то движения частиц не возникнет даже при наличии реакции.

В аккумуляторах происходит похожий процесс, но толчком для возникновения химической реакции является замыкание во внешней электрической цепи. Заряженные элементы начинают двигаться от анода к катоду и наоборот, создавая постоянный поток.

Идеальный и реальный

Световые типы не могут работать без наличия источника света. КПД зависит от типа используемого диэлектрического элемента. Дополнительно необходимо иметь в наличии приспособление ля преобразования полученной энергии.

Тепловой вариант не будет работать, если в его основу входит 1 тип металла. Если будет отсутствовать источник тепла, то ни о каком возникновение движущихся частиц не может быть и речи.

Источники

Для выработки электрической энергии требуется выбрать источник тока, соответствующий потребностям в конкретной сфере применения. Существует несколько вариантов таких приспособлений, каждый из которых имеет определенное строение, принцип работы и индивидуальные технические показатели.

Типы источников тока

Источниками электрического тока называют приборы, превращающие в электрическую энергию другие виды энергии, источники делятся на два класса: химические и физические.

Химические источники тока преобразуют химическую энергию в электрическую. Они состоят из одного источника или множества первичных или вторичных источников тока, объединенных в батарею. Превращение химической энергии в электрическую энергию выполняется в них непосредственно, без участия других видов энергий. Химические источники тока имеют разную степень многократного использования. В зависимости от возобновляемости введено разделение на два типа.

Первичные источники – батарейки. Их невозможно использовать повторно из-за необратимости химических реакций протекающих во время работы.
Вторичные источники – аккумуляторы. Перед использованием они заряжаются специальными приборами. Накопленный заряд транспортируется вместе с аккумуляторами. Во время эксплуатации аккумуляторов химическая энергия веществ, образовавшихся в процессе зарядки, преобразуется в электрическую энергию. После окончания заряда аккумулятора возможна регенерация веществ, необходимых для его работы путем зарядки.
Топливные элементы – аналогичны батарейкам, но для прохождения химической реакции вещества поступают в них снаружи, а продукты реакции удаляются, что дает возможность элементам эффективно работать долгое время.
Полутопливные элементы содержат одно из реагирующих веществ, второе при функционировании все время поступает в элемент. Срок службы установлен запасом не возобновляемого вещества. Если возможна регенерация не возобновляемого вещества путем зарядки, то полутопливный элемент восстанавливает работоспособность как аккумулятор.
Возобновляемые элементы – механически или химически перезаряжаемые элементы. В них предусмотрена возможность замены после окончания разряда израсходованных веществ. В отличие от топливных эти элементы работают с периодическим возобновлением реагентов.
Следует учитывать некоторую условность разделения на аккумуляторы и батарейки. Свойства аккумуляторов проявляются у щелочных батареек, их можно реанимировать при степени разряда 24-40 %. Некоторые аккумуляторы, как и батарейки, используются один раз.
По типу используемого электролита химические источники тока делятся на: cолевые, щелочные, кислотные.
Физические источники тока преобразуют механическую, световую, тепловую, ядерную и другие виды энергии кроме химической в электрическую.

Источником тока принято называть множество приборов питания: батарейки, электрогенераторы, лабораторные блоки питания, источники питания системных блоков персональных компьютеров и многие другие. Перечисленные источники питания характеризуются выходным напряжением. Выбирая батарейку или блок питания, мы, прежде всего, ориентируемся на рабочее выходное напряжение, которое обязан поддерживать источник в пределах небольшого отклонения. Электрический ток изменяется в зависимости от сопротивления нагрузки в широких пределах, на некоторых источниках электроэнергии указан максимально возможный ток, который может отдать источник в нагрузку в зависимости от его мощности. Если основной параметр для выбора источника питания напряжение, то почему батарейки называются источниками тока, ведь правильнее их было бы называть источниками напряжения? Так сложилось исторически, принято называть источники питания источниками тока.
На этом путаница не заканчивается. В электротехнике существуют четко обозначенные понятия источник тока и источник напряжения. Учитывая все это, нам приходится иметь дело с терминологией сложившейся исторически и терминологией принятой в электротехнике, подкрепленной четкими определениями.
Идеальный источник напряжения обладает бесконечно малым внутренним сопротивлением, что дает возможность ему поддерживать напряжение на подключенной нагрузке, не зависимо от сопротивления нагрузки. Батарейки, аккумуляторы, источники питания компьютеров все это реальные источники напряжения. При подключении нагрузки соответствующей области применения, например для батарейки фонарика это небольшая лампа накаливания, напряжение уменьшается на незначительную величину, так как мы имеем дело с реальным, а не идеальным источником напряжения, внутренне сопротивление источника не равно нулю, но имеет очень малую величину.
А что же такое источник тока с точки зрения электроники и электротехники? Идеальный источник тока обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением и способен поддерживать на нагрузке постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на клеммах источника тока. Реальный источник тока это специальный электронный прибор, электрическая схема которого поддерживает стабильный ток в нагрузке независимо от сопротивления нагрузки. Такие приборы применяются мало, но в некоторых случаях они не заменимы. Наиболее часто источники стабильного тока применяются при зарядке аккумуляторов. Для правильной зарядки аккумуляторов их необходимо заряжать стабильным током, соответствующим паспортным данным. Интересное и очень ценное свойство источника стабильного тока – при замыкании выходных клемм не происходит выхода из строя прибора, так как ток остается стабильным, даже если сопротивление нагрузки около нуля. Это свойство лежит в основе источника стабильного тока, а не обеспечивается различными электронными защитами как у источников напряжения.

Источник тока и зависимые источники тока

Как следует из названия, источник тока — это элемент схемы, который поддерживает постоянный ток независимо от напряжения, развиваемого на его выводах, поскольку это напряжение определяется другими элементами схемы. То есть идеальный источник постоянного тока постоянно обеспечивает заданное количество тока независимо от импеданса, которым он управляет, и, как таковой, идеальный источник тока может теоретически подавать бесконечное количество энергии.Так же, как источник напряжения может быть рассчитан, например, на 5 В или 10 В и т. Д., Источник тока также будет иметь номинальный ток, например, 3 А или 15 А и т. Д.

Идеальные источники постоянного тока представлены аналогично источникам напряжения, но на этот раз символ источника тока представляет собой круг со стрелкой внутри, указывающей направление потока тока. Направление тока будет соответствовать полярности соответствующего напряжения, исходящего от положительного вывода.Буква «i» используется, чтобы указать, что это текущий источник, как показано.

Идеальный источник тока

В таком случае идеальный источник тока называется «источником постоянного тока», поскольку он обеспечивает постоянный ток в установившемся состоянии независимо от подключенной к нему нагрузки, создавая ВАХ, представленную прямой линией. Как и в случае с источниками напряжения, источник тока может быть либо независимым (идеальным), либо зависимым (управляемым) напряжением или током в другом месте цепи, которые могут быть постоянными или изменяющимися во времени.

Идеальные независимые источники тока обычно используются для решения схемных теорем и для методов анализа схем для схем, содержащих реальные активные элементы. Самая простая форма источника тока — это резистор, включенный последовательно с источником напряжения, создающим токи в диапазоне от нескольких миллиампер до многих сотен ампер. Помните, что источник тока нулевого значения — это разомкнутая цепь, так как R = 0.

Источник тока представляет собой двухконтактный элемент, который позволяет протекать току, указанному направлением стрелки.Тогда источник тока имеет значение i в единицах ампер (A), которое обычно сокращается до ампер. Физическая взаимосвязь между источником тока и переменными напряжения в сети задается законом Ома, поскольку эти переменные напряжения и тока будут иметь заданные значения.

Может быть трудно определить величину и полярность напряжения идеального источника тока в зависимости от тока, особенно если в подключенной цепи есть другие источники напряжения или тока.Тогда мы можем знать ток, подаваемый источником тока, но не напряжение на нем, если только мощность, подаваемая источником тока, не задана, как P = V * I.

Однако, если источник тока является единственным источником в цепи, тогда будет легче установить полярность напряжения на источнике. Однако, если имеется более одного источника, то напряжение на клеммах будет зависеть от сети, к которой подключен источник.

Соединение источников тока вместе

Как и источники напряжения, идеальные источники тока также могут быть соединены вместе для увеличения (или уменьшения) доступного тока.Но существуют правила того, как два или более независимых источника тока с разными значениями могут быть подключены последовательно или параллельно.

Параллельный источник тока

Параллельное соединение двух или более источников тока эквивалентно одному источнику тока, общий выходной ток которого задается как алгебраическое сложение токов отдельных источников. Здесь, в этом примере, два источника тока по 5 ампер объединены для получения 10 ампер, как I _T = I ₁ + I ₂.

Источники тока разной величины можно соединять параллельно. Например, один из 5 ампер и один из 3 ампер будут объединены, чтобы дать один источник тока 8 ампер, поскольку стрелки, представляющие источник тока, указывают в одном направлении. Затем, когда два тока складываются, их соединение называется параллельным.

Хотя это не лучшая практика для анализа цепей, в параллельных соединениях используются источники тока, которые подключены в противоположных направлениях, чтобы сформировать единый источник тока, значение которого представляет собой алгебраическое вычитание отдельных источников.

Параллельные источники встречного тока

Здесь, поскольку два источника тока подключены в противоположных направлениях (обозначенных стрелками), два тока вычитаются друг из друга, поскольку они обеспечивают замкнутый контур для циркулирующего тока, соответствующий закону Кирхгофа о токах, KCL. Так, например, два источника тока по 5 ампер каждый приведут к нулевому выходному сигналу, как 5A-5A = 0A. Точно так же, если два тока имеют разные значения, 5A и 3A, то на выходе будет вычтенное значение с меньшим током, вычтенным из большего тока.В результате получаем I _T из 5 — 3 = 2A.

Мы видели, что идеальные источники тока могут быть соединены вместе параллельно, чтобы образовать параллельные или параллельно-встречные источники тока. Что недопустимо или не является лучшей практикой для анализа цепей, так это соединение идеальных источников тока в последовательной комбинации.

Источники тока серии

Источники тока не могут быть соединены последовательно друг с другом, как с одинаковыми, так и с разными значениями.Здесь, в этом примере, два источника тока по 5 ампер каждый соединены последовательно, но каково результирующее значение тока. Это равно одному источнику 5 ампер или суммированию двух источников, то есть 10 ампер. Затем последовательно соединенные источники тока добавляют неизвестный фактор в анализ цепи, что нехорошо.

Кроме того, еще одна причина, по которой последовательно соединенные источники не допускаются для методов анализа схем, заключается в том, что они могут не подавать одинаковый ток в одном и том же направлении.Для идеальных источников тока не существует последовательных или встречных токов.

Пример источника тока №1

Два источника тока 250 мА и 150 мА соответственно соединены вместе в параллельной конфигурации для питания подключенной нагрузки 20 Ом. Рассчитайте падение напряжения на нагрузке и рассеиваемую мощность. Нарисуйте схему.

Тогда I _T = 0,4 A или 400 мА, V _R = 8 В и P _R = 3.2Вт

Практический источник тока

Мы увидели, что идеальный источник постоянного тока может бесконечно подавать одно и то же количество тока независимо от напряжения на его выводах, что делает его независимым источником. Следовательно, это означает, что источник тока имеет бесконечное внутреннее сопротивление (R = ∞). Эта идея хорошо работает для методов анализа цепей, но в реальных условиях источники тока ведут себя немного по-другому, поскольку практические источники тока всегда имеют внутреннее сопротивление, независимо от того, насколько оно велико (обычно в диапазоне мегаомов), что приводит к изменению генерируемого источника. немного с нагрузкой.

Практичный или неидеальный источник тока можно представить как идеальный источник с подключенным к нему внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление (R _P) дает тот же эффект, что и сопротивление, подключенное параллельно (шунтирующее) с источником тока, как показано. Помните, что элементы схемы, включенные параллельно, имеют одинаковое падение напряжения на них.

Идеальный и практичный источник тока

Вы, возможно, заметили, что практический источник тока очень похож на эквивалентную схему Нортона, поскольку теорема Нортона утверждает, что «любую линейную сеть постоянного тока можно заменить эквивалентной схемой, состоящей из источника постоянного тока, I _S параллельно с резистор, R _P “.Обратите внимание, что если это параллельное сопротивление очень низкое, R _P = 0, источник тока закорочен. Когда параллельное сопротивление очень велико или бесконечно, R _P ≈ ∞, источник тока можно смоделировать как идеальный.

Идеальный источник тока отображает горизонтальную линию на ВАХ, как показано выше. Однако, поскольку практические источники тока имеют внутреннее сопротивление источника, на это уходит часть тока, поэтому характеристика этого практического источника не является плоской и горизонтальной, а будет уменьшаться, поскольку ток теперь разделяется на две части, при этом одна часть тока течет в параллельное сопротивление R _P и другая часть тока, протекающая прямо к выходным клеммам.

Закон

Ом говорит нам, что когда ток (i) протекает через сопротивление, (R) на том же сопротивлении возникает падение напряжения. Значение этого падения напряжения будет указано как i * R _P. Тогда V _OUT будет равно падению напряжения на резисторе без нагрузки. Мы помним, что для идеального источника тока R _P бесконечен, поскольку нет внутреннего сопротивления, поэтому напряжение на клеммах будет нулевым, поскольку нет падения напряжения.

Сумма тока вокруг контура, определяемая законом Кирхгофа, KCL равна: I _OUT = I _S — V _S / R _P.Это уравнение может быть построено для определения ВАХ выходного тока. Это прямая линия с наклоном –R _P, которая пересекает вертикальную ось напряжения в той же точке, что и I _S, когда источник идеален, как показано.

Практические характеристики источника тока

Следовательно, все идеальные источники тока будут иметь прямолинейную ВАХ, но неидеальные или реальные практические источники тока будут иметь ВАХ, слегка наклоненную вниз на величину, равную V _OUT / R _P, где R _P — сопротивление внутреннего источника.

Пример источника тока №2

Практический источник тока состоит из идеального источника тока 3 А, имеющего внутреннее сопротивление 500 Ом. На холостом ходу рассчитайте напряжение на клеммах холостого хода источников тока и мощность холостого хода, потребляемую внутренним резистором.

1. Значения холостого хода:

Затем рассчитывается напряжение холостого хода между сопротивлением внутреннего источника и клеммами A и B (V _AB) при 1500 вольт.

Часть 2: Если нагрузочный резистор 250 Ом подключен к клеммам того же практического источника тока, рассчитайте ток через каждое сопротивление, мощность, потребляемую каждым сопротивлением, и падение напряжения на нагрузочном резисторе. Нарисуйте схему.

2. Данные приведены с подключенной нагрузкой: I _S = 3A, R _P = 500 Ом и R _L = 250 Ом

2а. Чтобы найти токи в каждой резистивной ветви, мы можем использовать правило деления тока.

2б. Мощность, потребляемая каждым резистором, определяется как:

2с. Тогда падение напряжения на нагрузочном резисторе R _L определяется как:

Мы можем видеть, что напряжение на клеммах практического источника тока с разомкнутой цепью может быть очень высоким, он будет производить любое необходимое напряжение, 1500 вольт в этом примере, для подачи заданного тока. Теоретически это напряжение на клеммах может быть бесконечным, поскольку источник пытается обеспечить номинальный ток.

Подключение нагрузки к его клеммам снизит напряжение, в данном примере на 500 вольт, поскольку теперь току есть куда идти, а для источника постоянного тока напряжение на клеммах прямо пропорционально сопротивлению нагрузки.

В случае неидеальных источников тока, каждый из которых имеет внутреннее сопротивление, общее внутреннее сопротивление (или импеданс) будет результатом их параллельного объединения, точно так же, как для резисторов, включенных параллельно.

Зависимый источник тока

Теперь мы знаем, что идеальный источник тока обеспечивает определенную величину тока, полностью независимую от напряжения на нем, и как таковой будет производить любое напряжение, необходимое для поддержания требуемого тока.Это делает его полностью независимым от цепи, к которой он подключен, в результате чего его называют идеальным независимым источником тока .

Управляемый или зависимый источник тока, с другой стороны, изменяет свой доступный ток в зависимости от напряжения или тока через какой-либо другой элемент, подключенный к цепи. Другими словами, выход зависимого источника тока управляется другим напряжением или током.

Зависимые источники тока ведут себя аналогично источникам тока, которые мы рассматривали до сих пор, как идеальные (независимые), так и практические.На этот раз разница в том, что зависимый источник тока может управляться входным напряжением или током. Источник тока, который зависит от входного напряжения, обычно называется источником тока с регулируемым напряжением или VCCS . Источник тока, который зависит от токового входа, обычно также называют источником тока с регулируемым током или CCCS .

Как правило, идеальный источник тока, зависящий от напряжения или тока, обозначается ромбовидным символом, где стрелка указывает направление тока, как показано.

Символы зависимых источников тока

Идеальный зависимый источник тока, управляемый напряжением, VCCS, поддерживает выходной ток I _OUT, который пропорционален управляющему входному напряжению V _IN. Другими словами, выходной ток «зависит» от значения входного напряжения, что делает его зависимым источником тока.

Тогда выходной ток VCCS определяется следующим уравнением: I _OUT = αV _IN.Эта постоянная умножения α (альфа) имеет единицы СИ: mhos, ℧ (знак перевернутого Ом), поскольку α = I _OUT / V _IN, и поэтому ее единицами измерения будут амперы / вольт.

Идеальный зависимый источник тока с управляемым током, CCCS, поддерживает выходной ток, пропорциональный управляющему входному току. Тогда выходной ток «зависит» от значения входного тока, что снова делает его зависимым источником тока.

В качестве управляющего тока I _IN определяет величину выходного тока, I _OUT умножает на постоянную увеличения β (бета), выходной ток для элемента CCCS определяется следующим уравнением: I _OUT = βI _IN.Обратите внимание, что постоянная умножения β является безразмерным масштабным коэффициентом, поскольку β = I _OUT / I _IN, поэтому его единицами измерения будут амперы / амперы.

Обзор текущего источника

В этом руководстве мы видели около Источники тока , что идеальный источник тока (R = ∞) — это активный элемент, который обеспечивает постоянный ток, который полностью не зависит от напряжения на нем в результате нагрузки, подключенной к он дает характеристику ВАХ, представленную прямой линией.

Идеальные независимые источники тока могут быть соединены вместе параллельно для методов анализа цепей в виде параллельных или параллельных противоположных конфигураций, но они не могут быть соединены вместе последовательно. Также для решения схемотехнического анализа и теорем источники тока становятся источниками с разомкнутой цепью, чтобы сделать их ток равным нулю. Также обратите внимание, что источники тока могут передавать или поглощать энергию.

В случае неидеальных или практических источников тока они могут быть смоделированы как эквивалентный идеальный источник тока и внутреннее параллельное (шунтирующее) подключенное сопротивление, которое не бесконечно, а имеет очень высокое значение R ≈ ∞, дающее ВАХ не прямая, а понижается при уменьшении нагрузки.

Мы также видели здесь, что источники тока могут быть зависимыми или независимыми. Зависимый источник — это источник, значение которого зависит от какой-либо другой переменной схемы. Источник тока, управляемый напряжением, VCCS, и источник тока, управляемый током, CCCS, являются типами зависимых источников тока.

Источники постоянного тока с очень высоким внутренним сопротивлением находят множество применений в электронных схемах и анализе и могут быть построены с использованием биполярных транзисторов, диодов, стабилитронов и полевых транзисторов, а также комбинации этих твердотельных устройств.

Что такое текущий источник?

Прочитав ваши комментарии, я дам несколько иной ответ на этот вопрос.

Что такое текущий источник? Ничего особенного, или, проще говоря, это просто математическая модель. Тот, который вы описываете, не существует, как не существует источника напряжения.

Я думаю, что основная проблема здесь связана с этим утверждением: , например, батарея, которая имеет постоянную разность потенциалов на концах, независимо от изменений в цепи, к которой она подключена, , что неверно.Это поведение идеальной батареи, которая реальна как идеальный источник тока и как идеальный источник тока не существует. На выход (и внутреннее состояние) каждой реальной батареи влияет схема, к которой она подключена.

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

Вернемся еще раз к примеру с батареей. Вот простой эксперимент, который я проделал с литий-полимерным аккумулятором, который у меня есть: сначала я полностью зарядил аккумулятор. Поскольку это двухэлементный аккумулятор, его напряжение при полной зарядке составляло 8,4 В, хотя его номинальное напряжение составляет 7,4 В. Затем я подключил к аккумулятору резистор \ $ 100 \ mbox {} k \ Omega \ $. Его напряжение осталось 8,4 В, и из этого я мог бы сделать вывод, что батарея действительно является идеальным источником напряжения, так как я подключил к ней нагрузку, но ее напряжение не изменилось.Затем я взял электродвигатель, который у меня есть, подключил его к батарее и снова измерил напряжение батареи. На этот раз оно составило 8,2 В. Очевидно, что двигатель повлиял на батарею, и она больше не является идеальным источником напряжения, хотя это та же батарея, что и раньше. Итак, я отключил двигатель и снова подключил резистор, и снова напряжение на батарее было 8,4 В.

Так что здесь происходит? Аккумулятор — идеальный источник напряжения или нет? Мы знаем, что это не потому, что я сказал об этом 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 ее использовать, а когда внешняя цепь действительно оказывает большое влияние на батарею, я не могу ее использовать. Итак, мы используем простую модель для представления поведения реальной схемы. Другая модель — использовать идеальный источник напряжения с последовательно включенным резистором на выходе. Когда я подключаю внешнюю нагрузку к этой цепи, некоторое напряжение на внутреннем резисторе будет падать, и 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, выходной сигнал будет более точно отражать поведение реальной батареи. Если мне нужна более высокая точность, я могу 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 при детальном анализе является шедевром современной науки).Но чтобы сделать это, мы начнем с простых схем, чтобы понять, как на самом деле работают простейшие математические модели.

Когда мы начинаем анализ более сложных компонентов схемы, таких как, например, транзистор или диод, мы разбиваем их на простую схему, состоящую из таких элементов, как резисторы и идеальные источники тока и напряжения. Это позволит нам упростить поведение более сложного компонента и избежать подробного анализа того, как он работает, если для наших нужд достаточно простой модели.

Полностью такая же история работает с источниками тока, но я решил не рассказывать ее здесь, поскольку, как вы можете видеть из других ответов, схемы, которые можно смоделировать как идеальные источники тока, слишком сложны для понимания на данном этапе.

Итак, подведем итог: не существует реальных объектов, которые можно было бы использовать для представления идеальных источников напряжения и тока, но есть некоторые объекты, которые можно (в некоторых случаях довольно близко) представить с помощью идеальных источников напряжения и тока.Лучшее, что вы можете сделать сейчас, — это правильно запомнить определения идеальных источников напряжения и тока и не путать их с реальными объектами. Таким образом, вы не удивитесь, если батарея не обеспечивает свое номинальное напряжение или если цепь, обозначенная как идеальный источник тока, в какой-то момент начнет дымиться, хотя она должна быть полностью невосприимчивой к внешним изменениям в цепи.

В качестве примечания рассмотрим, что происходит с идеальным источником напряжения, когда его выходы закорочены, и что происходит с идеальным источником тока, когда его выходы разомкнуты? И что происходит, когда вы закорачиваете батарею, и почему на всех батареях есть предупреждение, чтобы не закорачивали выходные контакты?

Введение в электрическую энергию: источник тока vs.Источник напряжения

Инженеры-электрики используют электричество для решения полезных задач, проектируя схемы, в которых напряжения и токи контролируются, изменяются и используются множеством различных компонентов. Однако эти напряжения и токи представляют собой энергию : цепь представляет собой энергетическую систему, в которой напряжение функционирует как потенциальная энергия, а ток подобен кинетической энергии. Компоненты, которые мы включаем в электрические цепи, не могут контролировать и использовать электрическую энергию, если что-то также не генерирует электрической энергии, и именно поэтому схемы имеют источник напряжения и источник тока .Мы называем эти элементы источников , потому что они снабжают цепь электрической энергией, необходимой для правильной работы.

Характеристики источников напряжения

Источник напряжения создает разность потенциалов на своих двух выводах. Когда эти две клеммы соединены с сетью взаимосвязанных компонентов, образующих непрерывный токопроводящий путь, будет течь ток.

Простые электрические цепи часто состоят из одного источника напряжения, подключенного к нескольким компонентам.В этих ситуациях отрицательная клемма источника интерпретируется как опорный узел нулевого напряжения, и, следовательно, узел, подключенный к положительной клемме источника, будет иметь напряжение, равное значению источника.

Однако важно иметь в виду, что источники напряжения могут занимать различные позиции в электрической сети, и, следовательно, отрицательный вывод не всегда будет на 0 В. Например:

Таким образом, значение источника не всегда указывает напряжение на положительном выводе; скорее, значение источника указывает на разность напряжения между отрицательной клеммой источника и положительной клеммой источника.

Квартир

Значение источника напряжения — это разность потенциалов, возникающая между двумя выводами источника, и, следовательно, значение указывается в вольтах. Один вольт равен одному джоулю на кулон. Таким образом, напряжение указывает количество потенциальной энергии на кулон электрического заряда. Чтобы выразить это на практике, если источник 5 В и источник 10 В подключены к двум идентичным цепям, источник 10 В приводит в движение электрический заряд с вдвое большей энергией и, следовательно, будет производить вдвое больший ток.

Идеальные источники напряжения

Когда на схеме появляется символ источника напряжения, он представляет собой источник напряжения слияния i . Под «идеальным» мы подразумеваем, что напряжение, генерируемое источником, никогда не колеблется и не зависит от величины тока, потребляемого цепью. Источники напряжения в реальной жизни никогда не бывают идеальными.

Часто бывает, что это различие между теорией и реальностью не оказывает существенного влияния на работу схемы, и поэтому им можно пренебречь.Однако иногда нам необходимо ввести дополнительные элементы схемы, чтобы учесть неидеальные характеристики реальных источников напряжения.

Характеристики источников тока

Источник тока устанавливает определенную величину электрического тока в части цепи. Значение источника тока — это величина тока, создаваемого источником, а символ включает стрелку, указывающую направление тока.

Когда вы видите источник тока на принципиальной схеме, вы знаете, что токопроводящий путь, соединенный с источником тока, будет иметь ток, равный значению источника.Если этот путь разделяется на несколько ветвей , как показано на диаграмме ниже, вам необходимо выполнить анализ цепи, чтобы определить долю тока источника, которая доставляется в каждую ветвь.

Квартир

Значение источника тока указывается в амперах. Этот блок сообщает нам скорость, с которой электрический заряд проходит через данную точку в цепи. Если мы измеряем ток в один ампер, мы знаем, что один кулон заряда проходит через любую точку измеряемой ветви каждую секунду.

Идеальные источники тока

Идеальный источник тока всегда генерирует точный номинальный ток и не зависит от характеристик цепи, к которой он подключен. Реальные источники тока, как и реальные источники напряжения, не идеальны и должны быть представлены идеальным источником в сочетании, по крайней мере, с одним дополнительным компонентом.

Примеры источников напряжения и тока

Когда мы анализируем и проектируем базовые схемы, мы видим источники напряжения гораздо чаще, чем источники тока, потому что электронные системы обычно питаются от батарей или регулируемых источников питания постоянного тока, и оба они функционируют как источники напряжения.

Обычно мы не рассматриваем источники тока как основного поставщика электрической энергии в цепи. Чаще они используются для регистрации поведения компонентов схемы, таких как светочувствительные диоды и транзисторы. Исключением является фотоэлектрический элемент, который моделируется как источник тока (в сочетании с несколькими другими компонентами) и может функционировать как основной источник энергии для цепи, работающей от солнечной энергии.

Заключение

Это краткое обсуждение источников напряжения и тока дало вам некоторую базовую информацию об этих двух основных способах введения электрической энергии в цепь.В будущих видеоуроках мы рассмотрим разницу между зависимыми источниками и независимыми источниками, а также взаимосвязь между источниками переменного (AC) напряжения и источниками постоянного (DC) напряжения.

Источники тока | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта.Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить
Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:
Строго необходимые файлы cookie:
Это файлы cookie, которые необходимы для работы analog.com или определенных предлагаемых функций. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.
Аналитические / рабочие файлы cookie:
Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.
Функциональные файлы cookie:
Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт.Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.
Файлы cookie для таргетинга / профилирования:
Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили. Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам.Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.
Отклонить файлы cookie
Текущие источники — Electronics-Lab.com
Введение
Продолжая руководство по источникам напряжения, мы представляем в этой статье источники тока , которые являются вторым типом электрических источников, которые мы рассмотрим.
Аналогично тому, что было сделано для источников напряжения, мы сначала представим концепцию идеальных источников тока , где обсуждаются их особенности и характеристики.
В реальных схемах, однако, идеальные источники тока не могут быть найдены, поскольку в этой модели появляются некоторые парадоксы и невозможности. Мы различаем эти практические источники как реальные источники тока , и мы увидим, в чем их отличия от идеальной модели. Правила соединения между двумя или несколькими источниками тока также обсуждаются далее в том же разделе.
Наконец, последний раздел описывает зависимые источники тока , которые являются источниками тока, управляемыми напряжением или током.
Презентация
Идеальный источник тока — это устройство, которое может подавать постоянное и стабильное значение тока независимо от напряжения, которое должно подаваться на конкретную выходную нагрузку. Идеальные источники тока представлены двойным кружком или стрелкой внутри круга, например, как показано на Рис. 1 ниже:
Рис.1: Идеальный источник тока, питающий нагрузку с полным сопротивлением Z (слева) и связанной с ним вольт-амперной характеристикой (справа)
Характеристика идеального источника тока иногда представлена как I = f (V), как в приведенном выше представлении на рис. 1 . , строго математически говоря, является не функцией, а распределением.
Источники реального тока
Внутренние потери мощности, которые имеют место в источнике тока, можно моделировать с помощью резистора (R _S), подключенного параллельно. ВАХ больше не плоская, но, например, для источников напряжения, скорректирована с наклоном значения -1 / R _s, как показано на Рис. 2 :
рис. 2: Реальный источник тока, питающий нагрузку с полным сопротивлением Z (слева) и связанной с ним вольт-амперной характеристикой (справа)
Мы можем отметить, что идеальный источник тока эквивалентен реальному источнику, сопротивление которого R _S стремится к + ∞ (разомкнутая цепь).
Правила подключения
В этом подразделе мы подчеркиваем тот факт, что необходимо учитывать некоторые правила подключения при интеграции источников тока в цепь.
Прежде всего, нельзя размещать клеммы источника тока в разомкнутой цепи:
рис. 3: Источник тока в разомкнутой цепи, запрещенное соединение Сопротивление разомкнутой цепи равно + ∞, когда источник обеспечивает ток, не равный нулю, величина напряжения стремится к + ∞, что невозможно.На практике напряжение будет увеличиваться до значения пробоя , заставляя воздух / вакуум между выводами источника становиться проводящим. Это явление часто приводит к разрушению источника или хотя бы одного из его компонентов.
Кроме того, запрещено последовательное соединение двух или нескольких источников тока, даже если оба источника выдают одинаковое значение тока.
рис 4: Источники тока в последовательной конфигурации, запрещенное соединение
Причина, по которой этот тип подключения не разрешен, заключается в том, что невозможно предсказать эквивалентную схему: будут ли добавлены источники, или только одна будет эффективно работать?
Ток в ветви цепи может принимать только одно значение, не может быть наложения множества токов.
Наконец, параллельное соединение источников тока абсолютно разрешено и рекомендуется для получения более высокого выходного тока:
Рис. 5: Источники тока в параллельной конфигурации, разрешенное соединение
Как показано на второй схеме на рис. 5 , , значения также можно вычесть, если один из источников ориентирован в противоположном направлении.
В параллельной конфигурации выходной ток представляет собой алгебраическую сумму источников тока, участвующих в процессе питания.
Зависимые источники
В предыдущих разделах, был представлен независимый источник тока , и их значение фиксировано и зависит только от конструкции источника.
Текущее значение зависимых источников тока можно настроить с помощью внешнего параметра. Существует два типа зависимых источников тока: Источники тока с регулируемым напряжением (VCCS), и Источники тока с регулируемым током (CCCS), . На принципиальной схеме источники, зависящие от тока, обозначены стрелкой (в направлении тока), окруженной ромбовидным узором:
рис.6: VCCS (слева) и CCCS (справа)
Источник тока, управляемый напряжением
Для этого типа зависимого источника тока характер входа (напряжения) отличается от выходного (тока), коэффициент связи обозначен как σ = 1 / R и представляет собой проводимость в Сименсе (S) или Ω ^-1.
Мы проиллюстрируем, как может выглядеть простая схема, содержащая VCCS, на рис. 7 и покажем, как вычислить ее вход.
Рис. 7: Схема VCCS
Поскольку источник напряжения V ₁ обеспечивает делитель напряжения 1 кОм / 1 кОм, вход VCCS определяется выражением V _IN = V ₁/2 = 5 В. Поскольку коэффициент усиления VCCS составляет 0,2 S, выходной ток зависимого источника I _S = 0,2 × V _IN = 1 A . Выходное напряжение просто вычисляется путем применения закона Ома к резистору R ₃, мы получаем В _S = I _S × R ₃ = 200 В .
Примером VCCS является усилитель MOSFET, который представляет собой транзистор на основе влияния напряжения:
Рис. 8: Пример VCCS, MOSFET обеспечивает выходную нагрузку R _L
В качестве VCCS усилитель MOSFET принимает в качестве входа напряжение, известное как напряжение затвора , и выдает выходной ток, известный как ток стока .
Мы можем утверждать, что полевой МОП-транзистор действительно является источником тока, посмотрев на его характеристику I _D = f (V _DS):
Рис. 9: Выходная характеристика MOSFET
В зависимости от напряжения управляющего затвора (V _GS) характеристика усилителя MOSFET становится плоской после определенного значения выходного напряжения V _DS.Эта характеристика в области насыщения типична для источника тока.
Источник тока с регулируемым током
В случае CCCS вход и выход имеют одинаковую природу (токи), поэтому коэффициент усиления является безразмерной величиной, обозначенной k .
Мы снова проиллюстрируем аналогичную схему, которая объединяет CCCS, чтобы прояснить, как получить выходные величины:
Рис. 10: Схема CCCS
Входной ток, управляющий CCCS, здесь определяется непосредственно законом Ома: I _IN = V ₁ / (R ₁ + R ₂) = 5 мА .Выходной ток получается умножением входного тока на коэффициент усиления k, I _S = k.I _IN = 3 мА . Наконец, выходное напряжение снова задается применением закона Ома к резистору R ₃, В _S = I _S × R ₃ = 0,6 В .
Примеры CCCS — усилители на основе биполярных переходных транзисторов (BJT), читатель может обратиться к руководствам по усилителю с общим эмиттером и усилителю с общим коллектором, чтобы получить более подробную информацию.
Рисунок 11 — график выходной характеристики в коллекторной ветви (C) для нескольких командных базовых токов (I _B):
рис. 11: BJT-вольт-амперная характеристика
Мы снова распознаем плоскую вольт-амперную функцию после определенного значения напряжения, типичного для источника тока, точно такого, как для усилителя MOSFET.
Заключение
Чтобы концептуализировать источники тока, мы сначала представили идеальных источников тока , которые являются не настоящими устройствами, а скорее идеальной конструкцией.Идеальные источники тока обеспечивают постоянное и стабильное значение выходного тока независимо от значения напряжения на выходной нагрузке. Они идентифицируются по плоской ВАХ, которая предполагает, что может быть обеспечено бесконечное количество энергии.
Источники реального тока, однако, имеют небольшую крутизну кривой ВАХ для учета внутренних потерь мощности. Величина этого наклона определяется проводимостью сопротивления источника, размещенного параллельно источнику.Сопротивление источника физически отсутствует в устройстве, но это скорее способ объяснить и упростить расчеты.
Более того, мы видели, что некоторые правила подключения должны быть приняты во внимание при проектировании цепей, включающих источники тока. Не рекомендуется размещать источник тока в разомкнутой цепи и объединять в сети два или более источника. Однако параллельное соединение приемлемо, поскольку это полезный метод, который может увеличить выходной ток.
Наконец, мы увидели, что некоторыми специальными источниками тока можно управлять с помощью внешнего элемента схемы. Они известны как зависимые источники , а для текущих источников существует два типа:
Источники тока с регулируемым напряжением (VCCS)
Источники тока с регулируемым током (CCCS)
Типичными примерами источников, зависящих от тока, являются полевые МОП-транзисторы (VCCS) и биполярные транзисторы (CCCS).
Источник напряжения
и источник тока — идеальный вариант vs.Практическая
Источник — это устройство, преобразующее механическую, химическую, тепловую или другую форму энергии в электрическую. Типы источников, доступных в электрической сети, — это источник напряжения и источник тока . Источник напряжения используется для подачи напряжения на нагрузку, а источник тока используется для подачи тока.
Источник напряжения
Источник напряжения — это устройство, которое обеспечивает постоянное напряжение для нагрузки в любой момент времени и не зависит от потребляемого от него тока.Этот тип источника известен как идеальный источник напряжения. Практически невозможно сделать идеальный источник напряжения. У него нулевое внутреннее сопротивление. Обозначается этим символом.
Обозначение источника напряжения
Идеальный источник напряжения
График представляет изменение напряжения источника напряжения во времени. Он постоянен в любой момент времени.
Источники напряжения с некоторым внутренним сопротивлением известны как практические источники напряжения.Из-за этого внутреннего сопротивления происходит падение напряжения. Если внутреннее сопротивление велико, на нагрузку будет подаваться меньшее напряжение, а если внутреннее сопротивление меньше, источник напряжения будет ближе к идеальному источнику напряжения. Таким образом, практический источник напряжения обозначается последовательным сопротивлением, которое представляет внутреннее сопротивление источника.
Практический источник напряжения
График отображает напряжение источника напряжения в зависимости от времени. Это непостоянно, но с течением времени продолжает уменьшаться.
Источник тока
Источник тока — это устройство, которое обеспечивает постоянный ток нагрузки в любое время и не зависит от напряжения, подаваемого в цепь. Этот тип тока известен как идеальный источник тока; практически идеального источника тока также нет. У него бесконечное сопротивление. Обозначается этим символом.
Символ источника тока
Идеальный источник тока
График представляет изменение тока источника тока во времени.Он постоянен в любой момент времени.
Почему идеальный источник тока имеет бесконечное сопротивление?
Источник тока используется для питания нагрузки, так что нагрузка включается. Мы стараемся подавать на нагрузку 100% мощности. Для этого мы подключаем некоторое сопротивление для передачи 100% мощности на нагрузку, потому что ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Итак, чтобы ток пошел по пути наименьшего сопротивления, мы должны подключить сопротивление выше нагрузки. Вот почему у нас есть идеальный источник тока с бесконечным внутренним сопротивлением.Это бесконечное сопротивление не повлияет на источники напряжения в цепи.
Практический источник тока
На практике источники тока не имеют бесконечного сопротивления, но имеют конечное внутреннее сопротивление. Таким образом, ток, подаваемый практическим источником тока, непостоянен и также в некоторой степени зависит от напряжения на нем.
Практический источник тока представляет собой идеальный источник тока, подключенный параллельно с сопротивлением.
Практический источник тока
График представляет ток источника тока в зависимости от времени.Это непостоянно, но со временем продолжает уменьшаться.
Примеры источников тока и напряжения
Примерами источников тока являются солнечные элементы, транзисторы, а примерами некоторых источников напряжения являются батареи и генераторы переменного тока.
Речь шла об идеальных и практичных источниках энергии. Идеальные источники очень полезны для теоретических расчетов, но поскольку идеальные источники практически невозможны, в практических схемах используются только практические источники.Батареи, которые мы используем, являются практическим источником энергии, а напряжение и ток уменьшаются по мере их использования. Таким образом, оба они полезны для нас по-своему.
Руководство по выбору источников тока
: типы, функции, приложения
Описание
Источники тока обеспечивают надежные уровни тока для тестирования электрических компонентов и для питания специализированных компонентов, таких как лазеры. Уровни тока (или мощности) останутся постоянными при изменении импеданса нагрузки.
Источники тока используются в широком спектре тестовых приложений, таких как реле, автоматические выключатели, вспомогательные компоненты и измерители мощности.
Типы
Типы источников тока
включают монтаж на печатной плате, монтаж на печатной плате или плате, лабораторный стол или переносную конфигурацию, монтаж в стойку, монтаж на DIN-рейку, а также отдельно стоящий или шкафный монтаж.
Технические характеристики

Наиболее важными характеристиками, которые следует учитывать при поиске источников тока, являются выходные характеристики.К ним относятся:
Переменный ток — Источник переменного тока имеет как минимум один выход, обеспечивающий переменный ток.
Постоянный ток — Источник с выходом постоянного тока имеет как минимум один выход, обеспечивающий постоянный ток.
Фаза тока — Однофазный ток имеет один переменный сигнал. Трехфазный ток имеет три сигнала тока, обычно сдвинутых по фазе на 120 ° друг с другом.
Выходной ток — Выходной ток соответствует требуемому полному диапазону выходного тока.
Выходное напряжение — Выходное напряжение является максимально требуемым выходным напряжением.
Выходная мощность — Выходная мощность — это требуемая номинальная мощность источника тока.
Управление выводом
Управление выходом источников тока — это выходное значение, которое контролируется, чтобы обеспечить контур обратной связи для источника тока, чтобы он мог регулировать выбранный выход в ответ на меняющиеся условия, такие как нагрузка, сетевое питание, температура и т. Д.При постоянном выходном токе управляющий ток поддерживается стабильным во время колебаний нагрузки. При постоянной выходной мощности управляющая мощность (ВА) остается постоянной во время колебаний нагрузки. Постоянный контроль выходной оптической мощности предназначен для управления лазером; Обратная связь с фотодиодом контролирует выходной сигнал для поддержания постоянного света. Источники тока могут иметь один или несколько каналов.
Пользовательский интерфейс

Параметры текущих источников для пользовательских интерфейсов включают:
Локальные интерфейсы — Это могут быть аналоговые или цифровые передние панели.
Удаленные интерфейсы — Выбор включает мониторы аналоговых сигналов, средства управления аналоговыми сигналами и компьютерные интерфейсы.
Компьютерный интерфейс — Варианты компьютерного или сетевого интерфейса включают последовательный и параллельный.
Дисплей
Типы дисплеев
могут быть аналоговыми измерителями или индикаторами, цифровыми индикаторами или терминалами видеодисплея.
Характеристики
Общие функции включают:
Мониторы выходного тока
Регулировка угла сдвига фаз
Генераторы импульсов
Удаленный запуск
Источник напряжения
Некоторые источники тока оснащены прикладным программным обеспечением для управления или мониторинга характеристик источника питания.
Список литературы
Кредиты изображений:
Block USA, Inc.