1.04. Источники тока и напряжения
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Напряжение, ток и сопротивление
Подразделы: 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06
Идеальный источник напряжения — это «чёрный ящик», имеющий два вывода, между которыми он поддерживает постоянное падение напряжения независимо от величины сопротивления нагрузки. Это означает, например, что он должен порождать ток, равный
I = UR, если к выводам подключить резистор с сопротивлением R. Реальный источник напряжения не может дать ток, больший некоторого предельного максимального значения, и в общем случае он ведёт себя как идеальный источник напряжения, к которому последовательно подключён резистор с небольшим сопротивлением. Очевидно, чем меньше сопротивление этого последовательно подключённого резистора, тем лучше. Например, стандартная щелочная батарея на 9 В в последовательном соединении с резистором, имеющим сопротивление 3 Ом, ведёт себя как идеальный источник напряжения 9 В и даёт максимальный ток (при замыкании накоротко) величиной 3 А (который, к сожалению, погубит батарею за несколько минут). По понятным причинам источник напряжения «предпочитает» нагрузку в виде разомкнутой цепи, а нагрузку в виде замкнутой цепи «недолюбливает». (Понятия «разомкнутая цепь» и «замкнутая цепь» очевидны: к разомкнутой цепи ничего не подключено, а в замкнутой цепи кусок провода замыкает выход.) Условные обозначения источников напряжения приведены на рис. 1.7.
Рис. 1.7.
Идеальный источник тока — это «чёрный ящик», имеющий два вывода и поддерживающий постоянный ток во внешней цепи независимо от величины сопротивления нагрузки и приложенного напряжения. Для того чтобы выполнять свои функции, он должен уметь поддерживать нужное напряжение между своими выводами. Реальные источники тока (самая нелюбимая тема для большинства учебников) имеют ограниченный диапазон, в котором может изменяться создаваемое ими напряжение (он называется рабочим диапазоном выходного напряжения или просто диапазоном), и, кроме того, выходной ток источника нельзя считать абсолютно постоянным. Источник тока «предпочитает» нагрузку в виде замкнутой цепи, а нагрузку в виде разомкнутой цепи «недолюбливает». Условные обозначения источника тока приведены на рис. 1.8.
Рис. 1.8.
Хорошим примером источника напряжения может служить батарея (для источника тока подобной аналогии найти нельзя). Например, стандартная батарейка от карманного фонаря обеспечивает напряжение 1.5 В, ее эквивалентное последовательное сопротивление составляет 1/4 Ом, а общий запас энергии равен приблизительно 10000 Вт·с (постепенно эти характеристики ухудшаются; к концу срока службы батарейки напряжение может составлять около 1 В, а внутреннее сопротивление — несколько ом). О том, как создать источник напряжения с лучшими характеристиками, вы узнаете, когда мы изучим обратную связь. В электронных устройствах, за исключением портативных, батарейки используются редко. В гл. 14 мы рассмотрим интересную тему конструирования маломощных схем (на батарейках).
Подразделы: 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06
Сигналы
Источник тока | это… Что такое Источник тока?
Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока[1]
Рисунок 2. 1 — Обозначение на схемах источника тока
Рисунок 3 — Генератор тока типа токовое зеркало, собранный на биполярных транзисторах
Исто́чник то́ка (также генератор тока) — двухполюсник, который создаёт ток , не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока.
На рисунке 1 представлена схема замещения триполярного транзистора, содержащая источник тока (с указанием S·U
Содержание
|
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
- ↑ http://offer-shem. narod.ru/data/plan.pdf
См. также
- Источник питания
- Источник ЭДС
- Закон Ома
- Метод узловых потенциалов
- Метод контурных токов
- Химические источники тока
Литература
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3
Объяснение идеального источника тока и практического источника тока
от admin
Идеальный источник тока: Определение:Идеальный источник тока — это устройство с двумя выводами, которое обеспечивает постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. Значение тока будет постоянным по отношению ко времени и сопротивлению нагрузки. Это означает, что мощность передачи энергии для этого источника бесконечна.
К идеальному источнику тока подключено бесконечное параллельное сопротивление. Следовательно, выходной ток не зависит от напряжения на клеммах источника. Такого источника тока в мире не существует, это всего лишь концепция. Тем не менее, каждый текущий источник предназначен для приближения к идеальному.
Символ:Представляется символом, как показано ниже.
Характеристики:Ниже приведены характеристики идеального источника тока.
Внутреннее сопротивление идеального источника тока:Внутреннее сопротивление источника тока представляет собой значение сопротивления, подключенного к его клемме. Это внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно.
Давайте поймем это, используя принципиальную схему. Любой источник тока представлен параллельным соединением источника тока и сопротивления. Это показано на рисунке ниже.
Поскольку выходной ток в приведенной выше схеме должен быть I в идеальном случае, это означает, что ток через параллельное сопротивление R должен быть равен нулю. Это возможно только в том случае, если значение этого сопротивления бесконечно. Это причина; внутреннее параллельное сопротивление идеального источника тока бесконечно.
Практический источник тока: Определение:Практический источник тока представляет собой двухконтактное устройство, к клеммам которого подключено некоторое сопротивление. В отличие от идеального источника тока, выходной ток практического источника зависит от напряжения источника. Чем больше это напряжение, тем меньше будет ток.
Чтобы лучше понять, давайте рассмотрим практический источник тока, как показано ниже.
Из приведенной выше схемы совершенно ясно, что напряжение источника равно падению напряжения на сопротивлении R. Это падение напряжения определяется как V = iR, где i — ток через сопротивление R. Отсюда выходной ток I o = (I – i).
Таким образом, если V больше, это означает, что i больше, и, следовательно, выходной ток I o будет меньше.
Характеристики практики Текущий источник:
Сначала выведем зависимость между напряжением источника и выходным током.
V = iR
i = V/R
Следовательно,
I o = (I – i)
= (I – V/R)
Приведенное выше уравнение представляет собой прямую линию с наклоном ( -1/р). Таким образом, характеристики практического источника тока можно изобразить, как показано ниже.
Надеюсь, вам понравилась статья. Пожалуйста, напишите в поле для комментариев для любого предложения / добавления ценности.
Источник питания— Что это за электронный символ с надписью «Источник тока»?
Спросил
Изменено 8 лет, 8 месяцев назад
Просмотрено 17 тысяч раз
\$\начало группы\$
Что это за электронный символ? Как это реализовать физически?
смоделируйте эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab
- блок питания
- ток
- схема
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
При работе с принципиальными схемами стрелка внутри источника означает, что это источник тока, а не источник напряжения. Ромбовидная форма означает, что это контролируемый источник. Поскольку в коэффициенте усиления не упоминаются ампер/вольт, это источник тока с регулируемым током. Коэффициент усиления равен единице, так что на самом деле это источник тока с управлением по току с единичным коэффициентом усиления. Примером такого устройства может быть токовое зеркало, в котором ток, протекающий через одну ветвь устройства, заставляет такой же ток течь через другую ветвь устройства. Преимущество этого устройства в том, что оно действует как буфер, предотвращая нагрузку выходной схемы на входную.
Взято из Википедии (http://en.wikipedia.org/wiki/Current_mirror)
имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab
преобразователь напряжения в ток. Ток, протекающий через Q1, преобразуется в напряжение на базовой клемме. Затем это напряжение определяет ток, протекающий через базу Q2, который устанавливает ток, протекающий через коллектор Q2. Это довольно распространенная схема, и вы сможете найти ее в любом учебнике по электронике для студентов бакалавриата, а также в любом приличном онлайн-ресурсе.
Редактировать: номиналы резисторов, номера деталей транзисторов и напряжения — это значения по умолчанию в программе для захвата схем, которую использует StackExchange. Вам нужно будет немного посчитать, чтобы получить схему, которая будет работать именно для вас. Обратите внимание, что приведенная выше схема является очень простой схемой, которую вы найдете в учебнике. Определенно существуют более практичные схемы.
\$\конечная группа\$
7
\$\начало группы\$
Этот символ обозначает зависимый источник тока. Его также называют управляемым источником тока. Зависимый источник тока по-прежнему идеален, хотя и непостоянен.
Этот символ часто используется для иллюстрации того, как работают активные компоненты (транзистор, операционный усилитель). Схема с этим символом должна пояснять, от чего зависит ток и каково уравнение зависимости. Вот пример из учебника.
Schwarz & Oldham Electrical Engineering: Введение ISBN 0-19-510585-0
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Это генератор постоянного тока и насос Howland обычно считается лучшим, потому что он может как подавать, так и потреблять ток: —
Установите Vin+ и Vin- и I out (для этого конкретного набора номиналов резисторов) \$\dfrac{V_{IN+}- V_{IN-}}{1000} ампер \$.
Еще один, который мне нравится, это: —
Он подает ток только с верхней шины, но может подавать ток в несколько ампер, если номиналы резисторов выбраны правильно и к последнему транзисторному выходному каскаду применяется радиатор.
Вот случайный набор других текущих источников, которые можно найти: —
Номер 3 очень удобен, потому что почти не использует никаких компонентов, а LM317 легко достать.