Здесь I – ток, протекающий через нагрузку;

Jкз = E/r0 – ток короткого замыкания источника  ЭДС; 

I0 = U/r0  – ток, протекающий через внутреннее сопротивление.

Отсюда  можно заключить, что  I0 = Jкз — I   или I = Jкз — I0, то есть получили внешнюю характеристику источника тока.

Следовательно, схему источника  ЭДС можно заменить схемой источника тока при условии, что ток короткого замыкания источника и внутренняя проводимость определятся выражениями:

В свою очередь, схему источника тока можно заменить схемой источника  ЭДС при условии, что внутреннее сопротивление и э.д.с. источника определятся выражениями:

Мощность источника ЭДС определяется произведением электродвижущей силы источника и тока в нагрузке

Мощность источника тока определяется произведением тока короткого замыкания и напряжения на зажимах источника:

Источники напряжения и тока | Техника и Программы

в схеме на рис. 1.4 мы можем выделить, как показано пунктиром, ее часть, включив туда батарейку и переменный резистор R1. Тогда этот резистор (вместе с сопротивлением амперметра, конечно) можно рассматривать, как внутреннее сопротивление источника электрической энергии, каковым вы­деленная часть схемы станет для нагрузки, роль которой будет играть R2. Любой источник, как легко догадаться, имеет свое внутреннее сопротивление (электронщики часто употребляют выражение «выходное сопротивле­ние») — хотя бы потому, что у него внутри есть провода определенной тол­щины.

Но на самом деле не провода служат ограничивающим фактором. В главе 4 мы узнаем, что такое мощность в строгом значении этого понятия, а пока, опираясь на интуицию, может сообразить: чем мощнее источник, тем у него меньше должно быть свое внутреннее сопротивление, иначе все напряжение «сядет» на этом внутреннем сопротивлении, и на долю нагрузки ничего не достанется. На практике так и происходит— если вы попытаетесь запустить от набора батареек типа АА какой-нибудь крупный прибор, питающийся от источника с низким напряжением (вроде настольного сканера или ноутбука), то прибор, конечно, не заработает, хотя формально напряжения должно хва­тать, — напряжение «сядет» почти до нуля. А вот от автомобильногб акку­мулятора, который гораздо мощнее, все получится как надо.

Такой источник, у которого внутреннее сопротивление мало по отношению к нагрузке, называют еще идеальным источником напряжения. Физики пред­почитают название идеальный источник э.д.с. (электродвижущей силы), но на практике это абстрактное понятие используется реже, чем менее строгое, но всем понятное «напряжение». К ним относятся в первую очередь все ис­точники питания: от батареек до промышленной сети. Кстати, для снижения внутреннего сопротивления вовсе не обязательно увеличивать мощность ис­точника напряжения до бесконечности — к тому же эффекту приводят спе­циальные меры по стабилизации напряжения, с которыми мы познакомимся в главе 9.

Наоборот, идеальный источник тока, как нетрудно догадаться, обязан обла­дать бесконечным внутренним сопротивлением — только тогда ток в цепи совсем не будет зависеть от нагрузки. Понять, как источник реального тока (не бесконечного малого) может обладать бесконечным выходным сопротив­лением, довольно трудно, и в быту такие источники вы не встретите. Однако уже обычный резистор, включенный последовательно с источником напря­жения (не тока!), как R1 на рис. 1.4, при условии, что сопротивление нагруз­ки мало (R2«R1), может служить хорошей моделью источника тока. Еще ближе к идеалу транзисторы в определенном включении, и мы с этим разбе­ремся позднее.

Рис. 1.5. Источники тока и напряжения: а — обозначение идеального источника напряжения; б —- обозначение идеального источника тока; в —• эквивалентная схема реального источника напряжения; г —- эквивалентная схема реального источника тока

Источники напряжения и тока обозначаются на схемах так, как показано на рис. 1.5, а и б. Не перепутайте — логики в этих обозначениях немного, но так уж принято. А т. н. эквивалентные схемы (их еще называют схемами заме­щения) реальных источников приведены на рис. 1.5, в и г, где Rb обозначает внутреннее сопротивление источника.

Теперь нам придется отвлечься от схем и разобраться с тем, как оборудовать себе рабочее место. Теоретические знания — это важно, но на практике все познается куда лучше.

Теория сети — активные элементы

Активные элементы — это сетевые элементы, которые передают энергию другим элементам, присутствующим в электрической цепи. Итак, активные элементы также называются источниками напряжения или типа тока. Мы можем классифицировать эти источники в следующие две категории —

• Независимые источники
• Зависимые источники

Независимые источники

Как следует из названия, независимые источники производят фиксированные значения напряжения или тока, и они не зависят от каких-либо других параметров. Независимые источники могут быть далее разделены на следующие две категории —

• Независимые источники напряжения
• Независимые источники тока

Независимые источники напряжения

Независимый источник напряжения создает постоянное напряжение на своих двух клеммах. Это напряжение не зависит от величины тока, который протекает через две клеммы источника напряжения.

Независимый источник идеального напряжения и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Характеристики VI независимого идеального источника напряжения представляют собой постоянную линию, которая всегда равна напряжению источника (VS) независимо от значения тока (I). Итак, внутреннее сопротивление независимого идеального источника напряжения равно нулю.

Следовательно, независимые идеальные источники напряжения практически не существуют , потому что будет некоторое внутреннее сопротивление.

Независимый источник практического напряжения и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Имеются отклонения характеристик ВП независимого источника практического напряжения от характеристик ВИ независимого источника идеального напряжения. Это связано с падением напряжения на внутреннем сопротивлении (R _S ) независимого практического источника напряжения.

Независимые источники тока

Независимый источник тока производит постоянный ток. Этот ток не зависит от напряжения на двух клеммах. Независимый идеальный источник тока и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Характеристики ВИ независимого идеального источника тока — это постоянная линия, которая всегда равна току источника (I _S ) независимо от значения напряжения (V). Таким образом, внутреннее сопротивление независимого идеального источника тока равно бесконечным Ом.

Следовательно, независимых идеальных источников тока практически не существует , потому что будет некоторое внутреннее сопротивление.

Независимый практический источник тока и его характеристики ВИ показаны на следующем рисунке.

Существует отклонение характеристик VI независимого практического источника тока от характеристик VI независимого идеального источника тока. Это происходит из-за количества тока, протекающего через внутреннее шунтирующее сопротивление (R _S ) независимого практического источника тока.

Зависимые источники

Как следует из названия, зависимые источники производят величину напряжения или тока, которая зависит от некоторого другого напряжения или тока. Зависимые источники также называются контролируемыми источниками . Зависимые источники могут быть далее разделены на следующие две категории —

• Зависимые источники напряжения
• Зависимые источники тока

Зависимые источники напряжения

Зависимый источник напряжения создает напряжение на своих двух клеммах. Величина этого напряжения зависит от некоторого другого напряжения или тока. Следовательно, зависимые источники напряжения могут быть далее классифицированы на следующие две категории —

• Зависимый от напряжения источник напряжения (VDVS)
• Зависимый от тока источник напряжения (CDVS)

Зависимые источники напряжения представлены знаками «+» и «-» внутри ромбовидной формы. Величина источника напряжения может быть представлена ​​вне формы ромба.

Зависимые источники тока

Зависимый источник тока производит ток. Величина этого тока зависит от некоторого другого напряжения или тока. Следовательно, зависимые источники тока могут быть далее классифицированы на следующие две категории —

• Зависимый от напряжения источник тока (VDCS)
• Зависимый от тока источник тока (CDCS)

Зависимые источники тока представлены стрелкой внутри ромба. Величина источника тока может быть представлена ​​вне формы ромба.

Мы можем наблюдать эти зависимые или контролируемые источники в эквивалентных моделях транзисторов.

Техника преобразования источника

Мы знаем, что существует два практических источника: источник напряжения и источник тока . Мы можем преобразовать (преобразовать) один источник в другой на основе требований, решая проблемы сети.

Техника преобразования одного источника в другой называется техникой преобразования источника . Ниже приведены два возможных преобразования источника:

• Практический источник напряжения в практический источник тока
• Практический источник тока в практический источник напряжения

Практический источник напряжения в практический источник тока

Преобразование практического источника напряжения в практический источник тока показано на следующем рисунке.

Практический источник напряжения состоит из источника напряжения (V _S ), включенного последовательно с резистором (R _S ). Это может быть преобразовано в практический источник тока, как показано на рисунке. Он состоит из источника тока (I _S ) параллельно с резистором (R _S ).

Значение IS будет равно отношению V _S и R _S. Математически это можно представить как

$$ I_S = \ frac {V_S} {R_S} $$

Практический источник тока в практический источник напряжения

Преобразование практического источника тока в практический источник напряжения показано на следующем рисунке.

Практический источник тока состоит из источника тока (I _S ) параллельно с резистором (R _S ). Это может быть преобразовано в практический источник напряжения, как показано на рисунке. Он состоит из источника напряжения (V _S ), включенного последовательно с резистором (R _S ).

Значение V _S будет равно произведению I _S и R _S. Математически это можно представить как

$$ V_S = I_S R_S $$

Описание идеального источника тока и практического источника тока

Идеальный источник тока — это устройство с двумя выводами, которое подает постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. Значение тока будет постоянным в зависимости от времени и сопротивления 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. Однако каждый источник тока предназначен для приближения к идеальному.

Обозначается символом, показанным ниже.

Характеристики идеального источника тока приведены ниже.

Внутреннее сопротивление источника тока — это значение сопротивления, подключенного к его клемме.Это внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно.

Давайте разберемся в этом с помощью принципиальной схемы. Любой источник тока представлен параллельным соединением источника тока и сопротивления. Это показано на рисунке ниже.

Поскольку в идеальном случае выходной ток в приведенной выше схеме должен быть равен I, 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 — это устройство с двумя выводами, к выводам 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 сила тока.

Чтобы лучше понять, давайте рассмотрим практический источник тока, показанный 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. Следовательно, выходной ток I _o = (I — i).

Таким образом, если V больше, это означает, что i больше и, следовательно, выходной ток I _или будет меньше.

Характеристики практики Источник тока:

Давайте сначала выведем соотношение между напряжением источника и выходным током.

В = iR

i = V / R

Следовательно,

I _o = (I — i)

= (I — V / R)

Вышеприведенное уравнение представляет собой прямую линию с наклоном (-1 / R).Таким образом, характеристики практического источника тока можно представить, как показано ниже.

Надеюсь, вам понравилась статья. Пожалуйста, напишите в поле для комментариев любое предложение / добавленную стоимость.

Идеальный источник напряжения — обзор

1.4.4 Батареи

Закон Джоуля гласит, что резистор, по которому проходит ток, выделяет тепло. Электрическая энергия часто подается на резистор от батареи, которая, в свою очередь, получает энергию в результате химических реакций внутри батареи.Следовательно, выделение тепла с помощью R включает два преобразования: от химического до электрического и теплового. Символ батареи показан на рис. 1.1 и на рис. 1.9a, причем более длинная полоса указывает на положительную полярность клемм аккумулятора. Батареи являются важными источниками электроэнергии, когда требуется постоянное напряжение.

Рисунок 1.9. (а) Идеальный аккумулятор. (б) Выходные характеристики идеальной батареи. (c) Внутреннее сопротивление идеальной батареи соответствует сопротивлению короткого замыкания.

Прежде чем приступить к анализу аккумуляторов на практике, давайте сначала охарактеризуем идеальные аккумуляторы или идеальные источники напряжения. Идеальная батарея определяется как такая, которая поддерживает постоянное напряжение, скажем, В _B на своих выводах, независимо от того, течет ток или нет. Следовательно, напряжение В _B идеальной батареи полностью не зависит от тока, как показано на рис. 1.9b. Такой источник также называется независимым источником (источник, подключенный в схему, называется независимым, если его значение может быть присвоено произвольно ¹⁰ .Поскольку идеальная батарея будет поддерживать напряжение В _B на своих выводах даже при коротком замыкании, ¹¹ , мы заключаем, что такой источник теоретически может обеспечивать бесконечную мощность (поскольку P = В ² / R , как R → 0, P → ∞). Отсюда и название идеальный источник . Мы также видим, что наклон кривой ν — и на рис. 1.9b равен нулю. Применение закона Ома, R = V / I , к такой горизонтальной линии ν — i подразумевает нулевое сопротивление.Таким образом, мы заключаем, что внутреннее сопротивление идеального источника равно нулю. Это объясняет, почему идеальная батарея вызывает бесконечный ток при коротком замыкании. Игнорируя трудности, которые создают бесконечности, мы узнаем, что, глядя на клеммы идеальной батареи, мы видим короткое замыкание (теперь мы используем общий язык схем). Другими словами, если бы мы каким-то образом могли повернуть циферблат и уменьшить напряжение В, , _B идеальной батареи до нуля, мы остались бы с коротким замыканием, как показано на рис.1.9c.

Обычно источники напряжения в принципиальных схемах представляют идеальными источниками, и это нормально, если в схеме нет путей, замыкающих такие источники (если они есть, то схема неисправна и не представляет фактическую схему. так или иначе). С другой стороны, практические источники всегда имеют конечное внутреннее сопротивление, как показано на рис. 1.10a, что ограничивает ток до небесконечных значений в случае короткого замыкания батареи. Конечно, R _i не является реальным резистором внутри батареи, а представляет собой абстракцию химического состава реальной батареи и учитывает уменьшение напряжения на клеммах при увеличении тока нагрузки.Внутреннее напряжение В, , _B, также называется электродвижущей силой (ЭДС) батареи. Из нашего предыдущего обсуждения мы легко делаем вывод, что мощные батареи характеризуются низким внутренним сопротивлением (0,005 Ом для полностью заряженного автомобильного аккумулятора), а меньшие, менее мощные батареи — большим внутренним сопротивлением (0,15 Ом для щелочной батареи фонарика, размер «C»). »).

Рисунок 1.10. (а) Практичный аккумулятор с ЭДС V _B и внутренним сопротивлением R _i .(б) Характеристики разряда двух типов батарей.

Еще одной характеристикой практичных аккумуляторов является их повышенное внутреннее сопротивление при разряде. Например, на рис. 1.10b показаны зависимости напряжения на клеммах от часов непрерывного использования для двух типов. Ртутный элемент поддерживает свое напряжение на практически постоянном уровне 1,35 В в течение всего срока службы (но резко падает, когда батарея разряжена) по сравнению с обычными элементами фонарика, которые начинаются с 1,55 В, но постоянно снижаются по мере использования.Другие типы (литиевые, 3,7 В, очень долгий срок хранения, более 10 лет; никель-кадмиевые, 1,25 В, герметичные, но перезаряжаемые; свинцово-кислотные, 2 В, мощные и перезаряжаемые, используются в качестве автомобильных аккумуляторов при последовательном подключении по три батареи). ячейка 6 В или блоки с шестью ячейками 12 В) находятся где-то между двумя кривыми. Скорость уменьшения доступного напряжения по мере разряда батареи определяется химической реакцией внутри батареи. Хотя химия батарей выходит за рамки этой книги, нас интересует то, что уменьшение химической активности во время разряда может быть связано с увеличением внутреннего сопротивления батареи.Следовательно, полностью заряженный аккумулятор можно рассматривать как обладающий низким внутренним сопротивлением, которое постепенно увеличивается по мере использования аккумулятора и становится очень большим для разряженного аккумулятора.

На рисунке 1.11a показана схема, в которой практическая батарея подключена к нагрузке, обозначенной номером R _L , и подает питание на нагрузку. R _L может быть эквивалентным сопротивлением радио, телевизора или любого другого электрического устройства или оборудования, которое должно питаться от батареи.Доступная для нагрузки мощность равна i ² R _L . Однако, поскольку батарея имеет внутреннее сопротивление, энергия также будет рассеиваться внутри батареи. Внутренние потери определяются как i ² R _i и будут отображаться как внутреннее тепло. Поэтому опасно закорачивать мощную батарею, так как вся доступная энергия батареи тогда будет быстро преобразована во внутреннее тепло, и, если закорачивающий элемент быстро не расплавится, возможен опасный взрыв.

Рисунок 1.11. (a) Практическая батарея с подключенной переменной нагрузкой, (b) Характеристики источника с возрастающей нагрузкой, (c) Характеристики истощаемого источника.

Давайте теперь предположим, что на данный момент R _i является постоянным, но нагрузка R _L является переменной (показано стрелкой на R _L на рис. 1.11а) и проанализируйте схему по мере увеличения нагрузки на аккумулятор.Используя закон напряжения Кирхгофа (уравнение 1.10), получаем для схемы

(1.22) VB = iRi + iRL

Напряжение на нагрузочном резисторе ν _L = iR _L , что составляет также доступное напряжение на клеммах внешней батареи, дается из уравнения. (1.22) как

(1.23) υL = VB − iRi

Это уравнение прямой линии с постоянным наклоном — R _i , изображенное на рис. 1.11b. Таким образом, доступное напряжение — это ЭДС батареи за вычетом внутреннего падения напряжения батареи.Ток, который течет в последовательной цепи, получается из уравнения. (1,22) как

(1,24) i = VBRi + RL

По мере уменьшения сопротивления нагрузки R _L нагрузка на батарею увеличивается. Как показано на рис. 1.11b, это сопровождается уменьшением доступного напряжения ν _L , что обычно является нежелательным результатом. Устранение и из ур. (1,23) и (1,24) для получения

(1,25) υL = VBRLRi + RL

показывает уменьшение ν _L от V _B по мере уменьшения R _L .Таким образом, при отсутствии нагрузки на аккумулятор ( R _L очень большой) доступное напряжение максимально при ν _L ≈ V _B , но для большой нагрузки ( R _L ≈ 0) доступное напряжение падает до ν _L ≈ 0. Коммунальные предприятия, например, испытывают трудности с поддержанием постоянного напряжения летом, когда потребность в электроэнергии увеличивается в основном из-за энергоемкого оборудования для кондиционирования воздуха. . ¹² Напряжение ниже нормы (обычно называемое отключениями) вызывает чрезмерную нагрузку на электрическое оборудование потребителей, что приводит к перегреву и, в конечном итоге, к отказу. ¹³ Очевидным решением проблемы сбоев является уменьшение внутреннего сопротивления генерирующего оборудования R _i , поскольку это уменьшило бы наклон кривой на рис. 1.11b путем перемещения точки пересечения на V _B / R _i вправо, таким образом приближая кривую к кривой идеального источника на рис.1.9b. Разумеется, низкое оборудование — R _и — означает более крупные и дорогие генераторы.

Чтобы получить Рис. 1.11b, мы предположили, что внутреннее сопротивление R _i остается постоянным при изменении сопротивления нагрузки R _L . Рассмотрим теперь случай, когда нагрузка R _L остается постоянной, но изменяется R _и . Примером этого является разряд аккумулятора включенным фонариком, который оставляют включенным до тех пор, пока аккумулятор не разрядится.На рисунке 1.11c показана кривая ν — и для разряда батареи со стрелками, показывающими прогрессию разряда. Мы видим, что полностью заряженная батарея, начиная с небольшого внутреннего сопротивления ( R _i ≈ 0), может выдавать ток i ≈ V _B / R _L и напряжение ν _L ≈ В _B . После разряда ( R _i ≈ ∞) ток (уравнение.1.24) и напряжение на клеммах (уравнение 1.25) равны нулю.

Таким образом, можно сказать, что причина того, что ток падает до нуля при разряде аккумулятора, заключается не в том, что ЭДС, величина которой определяется как В _B , стремится к нулю, а в том, что внутреннее сопротивление R _i изменяется на очень большое значение. Можно предположить, что ЭДС разряженной батареи все еще не повреждена, но внутреннее сопротивление стало очень большим. R _i , таким образом, является переменной, зависящей от состояния заряда и возраста (срока годности) аккумулятора.

Чтобы измерить ЭДС батареи, мы снимаем нагрузку, то есть размыкаем цепь батареи, и когда ток и исчезает, мы получаем из уравнения. (1.23) что ν _L = V _B ; напряжение, возникающее на клеммах аккумулятора в разомкнутой цепи, является ЭДС аккумулятора. Для измерения ЭДС даже почти полностью разряженной батареи можно подключить к клеммам батареи вольтметр с высоким сопротивлением (10 ⁷ Ом или больше).Такой вольтметр приближается к нагрузке с разомкнутой цепью и требует лишь малейшей струйки заряда, чтобы получить показания. Если входное сопротивление измерителя намного больше, чем R _и , показание будет мерой V _B батареи.

Чтобы измерить R _i батареи, можно коротко замкнуть батарею на очень короткое время, подключив амперметр к батарее и считывая ток короткого замыкания.(Поскольку это опасная процедура, ее следует выполнять только с менее мощными батареями, такими как элементы фонарика. Она также может сжечь амперметр, если не используется соответствующая высокоамперная шкала на измерителе.) Затем задается внутреннее сопротивление. по V _B / I _sc . Менее рискованная процедура — подключить к батарее переменное сопротивление и измерить напряжение ν _L . Продолжайте изменять сопротивление, пока напряжение не станет половиной В _B .На данный момент переменное сопротивление равно R _i . Если это все еще слишком рискованно, так как при этом возникает слишком низкое сопротивление батареи, рассмотрите процедуру, описанную в следующем примере.

Пример 1.3

Определите R _i щелочной батареи (размер C), загрузив в элемент резистор 1 Ом.

Рассмотрим рис. 1.11a. Известно, что V _B для щелочной ячейки равно 1.5 В. Измеряя напряжение на резисторе 1 Ом, мы получаем 1,3 В, что должно оставлять падение напряжения 0,2 В на R _i . Поскольку ток в цепи равен и = 1,3 В / 1 Ом = 1,3 А, мы получаем для внутреннего сопротивления R _и = 0,2 В / 1,3 А ≅ 0,15 Ом.

Идеальные источники | Книга Ultimate Electronics

Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем

Идеальные источники напряжения, идеальные источники тока и неидеальные источники с внутренним сопротивлением.Читать 7 мин

Идеальные источники напряжения и тока — примитивные концепции для моделирования схем. Мы обсуждали напряжение и ток в предыдущем разделе.

Вот схематические обозначения этих двух идеальных источников:

Символ идеального источника напряжения помечен положительными и отрицательными выводами, указывающими его направление. Он определяется всего одним параметром В : разностью напряжений на его выводах.

Идеальный источник напряжения поддерживает одинаковую разницу напряжений на своих выводах независимо от величины тока, направления тока или общего заряда.

Идеальных источников напряжения не существует в физической реальности. Батарея (электрохимический элемент) ведет себя как идеальный источник напряжения, но это приближение не работает, когда токи велики и / или когда батарея разряжена. Мы обсудим батареи более подробно позже.

Когда какой-либо ток подается в идеальный источник напряжения или выходит из него, напряжение на нем остается неизменным. Вот простая симуляция, демонстрирующая этот эффект:

Exercise Щелкните схему, затем щелкните «Simulate» и «Run DC Sweep».Он настроен на регулировку тока, подаваемого на источник напряжения V1 или выходящего из него.

График напряжения показывает, что напряжение остается постоянным (ровная линия на 5 вольт) независимо от силы тока. Это скучная симуляция, но она показывает, что идеальный источник напряжения делает именно то, что должен!

На символе идеального источника тока есть стрелка, указывающая направление тока — при условии, что определенный параметр тока I положителен.

Идеальный источник тока подталкивает определенное постоянное количество заряда за раз, независимо от напряжения, энергии или общего заряда.

Источник тока также иногда называют приемником тока , в зависимости от того, с какого направления мы на него смотрим. Термин источник тока может использоваться в любом направлении.

Нет простого физического почти согласованного компонента, такого как батарея выше. Однако механические аналогии существуют. Водяной насос, который всегда выталкивает воду с заданной постоянной скоростью, независимо от того, насколько сильно он должен отталкивать любые препятствия в трубе, является разумным гидравлическим приближением к источнику тока.

Эта аналогия намекает на проблемы, которые мы увидим в электронике: что произойдет, если мы последовательно подключим идеальный водяной насос с производительностью 1 литр / час к идеальному водяному насосу с производительностью 2 литра / час? Кто победит? Ответ в том, что что-то нужно дать. Два последовательных идеальных источника тока несовместимы.

Аналогично, что, если мы возьмем наш идеальный водяной насос на 1 литр / час и полностью заблокируем его выходную трубу? Это похоже на то же самое, потому что заблокированный выход подобен источнику тока 0 литров / час.Итак, в конце концов, что-то должно дать — либо насос, либо препятствие — но математически мы создали невозможную ситуацию.

Хотя они могут не встречаться в природе, текущий источник является ценным методом моделирования, потому что в довольно широком диапазоне некоторые вещи ведут себя как текущие источники, и / или полезно создавать текущие источники как подкомпонент других систем или моделей. .

Вот простая симуляция, показывающая, что независимо от приложенного напряжения ток остается неизменным:

Exercise Щелкните схему, щелкните «Simulate» и «Run DC Sweep».”

Опять же, это скучная симуляция плоской линии, но источник тока поддерживает ток 10 А независимо от приложенного напряжения.

Моделирование неидеальных источников требует размышлений о сопротивлении и законе Ома, а также о том, как напряжения и токи ведут себя в сети, в соответствии с Законом Кирхгофа о напряжении и Законом Кирхгофа по току. Однако эти модели тесно связаны с идеальными источниками, поэтому мы кратко их представим здесь.

Практический источник напряжения смоделирован в первом порядке с внутренним сопротивлением серии :

Это означает, что фактическое напряжение, видимое снаружи, падает по мере того, как от него отводится ток.(В качестве альтернативы внешнее напряжение возрастает, если в него подается ток.) ​​

Иногда этот эффект важен, а иногда нет: он зависит от величины падения напряжения и от того, рассчитана ли остальная часть вашей системы на это.

На самом деле, это не всегда линейно. Это даже не всегда монотонно: например, посмотрите защита от перегрузки ломом , чтобы увидеть, как разработчики источников питания иногда намеренно хотят нелинейного поведения сопротивления для защиты схемы от перегрузки и перегрева.

Сравните это моделирование неидеального источника напряжения с приведенным выше примером идеального источника напряжения:

Exercise Щелкните схему, щелкните «Simulate» и «Run DC Sweep». Теперь, когда внутреннее сопротивление ненулевое, график напряжения больше не плоский. Наклон зависит от величины внутреннего сопротивления.

Поскольку батареи часто моделируются как источники напряжения, важно помнить, что настоящие электрохимические элементы батареи также имеют внутреннее сопротивление.Это сопротивление зависит от химического состава, конструкции и истории батареи. Свежие высококачественные батареи будут иметь более низкое внутреннее сопротивление, чем старые, использованные батареи. Когда люди, плохо знакомые с электроникой, рассматривают возможность управления большой нагрузкой от батарей, они часто забывают учитывать падение напряжения из-за внутреннего сопротивления, которое может привести к тому, что система не сможет обеспечить ожидаемую мощность для нагрузки. Кроме того, падение напряжения может привести к сбросу цифровых систем или вызвать колебания источника питания в точных аналоговых системах.Подумайте, может ли внутреннее сопротивление батареи повлиять на остальную часть вашей системы.

Практический источник тока смоделирован в первом порядке с параллельным внутренним сопротивлением :

Почему этот дополнительный резистор в параллельно здесь, а не в серии , как для неидеального источника напряжения? Это потому, что последовательный резистор ничего не сделает с идеальным источником тока. (Источник тока не заботится о падении напряжения, поэтому любое дополнительное падение напряжения из-за последовательного резистора не повлияет на идеальный источник внутри.Вместо этого параллельный резистор указывает на то, что потребляемый ток будет изменяться в зависимости от приложенного напряжения: и идеальный источник, и резистор будут потреблять ток одновременно.

Сравните эту имитацию неидеального источника тока с приведенной выше симуляцией идеального источника тока:

Exercise Щелкните схему, щелкните «Simulate» и «Run DC Sweep». Теперь, когда существует конечное (больше не бесконечное) внутреннее сопротивление, график тока больше не является плоским с внешним приложенным напряжением.

Поскольку истинного идеального напряжения не существует, а источники тока — это природа, у проектировщика есть три варианта:

1. Смоделируйте все нелинейное поведение источника. Это часто бывает сложно понять.
2. Смоделируйте линеаризованное поведение источника вблизи его рабочей точки. Это намного проще и легче для понимания.
3. Считайте неидеальный источник «достаточно близким» к идеальному (нулевое или бесконечное внутреннее сопротивление). Это наименее сложный и самый простой для понимания.

Практически это решение, которое может и должен делать инженер.Обычно моделирование как №2 или №3 в некотором ограниченном диапазоне, где мы считаем, что эффект «достаточно плоский, чтобы линеаризовать» или «достаточно мал, чтобы его можно было игнорировать», является хорошим решением, если мы не проектируем напрямую преднамеренно нелинейный источник.

Неидеальные источники напряжения и тока, показанные на этой странице, также называются эквивалентными схемами Тевенина и Нортона, которые мы изучим в следующем разделе.

В следующем разделе «Земля» мы поговорим о концепции единой точки отсчета нулевого напряжения — концепции, которая невероятно широко используется и невероятно сбивает с толку многих новичков.

Роббинс, Майкл Ф. Ultimate Electronics: Практическое проектирование и анализ схем. CircuitLab, Inc., 2021, ultimateelectronicsbook.com. Доступно. (Авторское право © CircuitLab, Inc., 2021)

Разница между идеальным и практичным источником напряжения и тока

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

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

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

Типы источников напряжения

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

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

Идеальный источник напряжения

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

Практический источник напряжения

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

Разница между идеальным и практическим источником напряжения

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

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

Типы источников тока

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

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

Что такое идеальный источник тока?

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

Что такое практический источник тока?

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

Разница между идеальным и практическим источником тока

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

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

Разница между независимым и зависимым источником

Независимый источник

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

• 4 совета по покупке промышленного оборудования для вашего бизнеса
• 8 общих электрических проблем дома, требующих немедленного вмешательства электрика

Зависимый источник

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

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

Источник напряжения и источник тока