Джерело струму

1. Ідеальний джерело струму [ правити | правити код ]
2. Реальний джерело [ правити | правити код ]

Джерело струму (в теорії електричних ланцюгів ) - елемент, двухполюсник , сила струму через який не залежить від напруги на його затискачах (полюсах). Використовуються також терміни генератор струму і ідеальне джерело струму.

Джерело струму використовується в якості найпростішої моделі деяких реальних джерел електричної енергії або як частина більш складних моделей реальних джерел, що містять інші електричні елементи. Слід зауважити, що електричні характеристики реальних джерел можуть бути близькі до властивостей джерела струму або його протилежності - джерела напруги .

В електротехніці джерелом струму називають будь-яке джерело електричної енергії.

Ідеальний джерело струму [ правити | правити код ]

Сила струму , Поточного через ідеальне джерело струму, завжди однакова по визначенню:

I = const {\ displaystyle I = {\ text {const}}}

напруга на клемах ідеального джерела струму (не плутати з реальним джерелом!) залежить тільки від опору R {\ displaystyle R} підключеної до нього навантаження:

U = I ⋅ R {\ displaystyle U = I \ cdot R}

потужність , Що віддається джерелом струму в навантаження:

P = I 2 ⋅ R {\ displaystyle P = I ^ {2} \ cdot R}

Оскільки струм через ідеальний джерело струму завжди однаковий, то напруга на його клемах і потужність, що передається їм в навантаження, з ростом опору навантаження зростають, досягаючи в межі нескінченних значень.

Реальний джерело [ правити | правити код ]

У лінійному наближенні будь-який реальний джерело струму (не плутати з описаним вище джерелом струму - моделлю!) Або інший двухполюсник може бути представлений у вигляді моделі, що містить, щонайменше, два елементи: ідеальне джерело і внутрішній опір (провідність). Одна з двох простих моделей - модель Тевеніна - містить джерело ЕРС, з'єднаний послідовно з опором, а інша, протилежна їй, модель Нортона - джерело струму, з'єднаний паралельно з провідністю (т. Е. Ідеальним резистором, властивості якого прийнято характеризувати значенням провідності). Відповідно, реальне джерело в лінійному наближенні може бути описаний за допомогою двох параметрів: ЕРС E {\ displaystyle {\ mathcal {E}}} джерела напруги (або сили струму I {\ displaystyle I} джерела струму) і внутрішнього опору r {\ displaystyle r} (Або внутрішньої провідності y = 1 / r {\ displaystyle y = 1 / r} ).

Можна показати, що реальне джерело струму з внутрішнім опором r {\ displaystyle r} еквівалентний реальному джерела ЕРС, що має внутрішній опір r {\ displaystyle r} і ЕРС E = I ⋅ r {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = I \ cdot r} .

Напруга на клемах реального джерела струму одно

U out = I R ⋅ r R + r = I R 1 + R / r. {\ Displaystyle U _ {\ text {out}} = I {\ frac {R \ cdot r} {R + r}} = I {\ frac {R} {1 + R / r}}.}

Сила струму в ланцюзі дорівнює

I out = I r R + r = I 1 + 1 + R / r. {\ Displaystyle I _ {\ text {out}} = I {\ frac {r} {R + r}} = I {\ frac {1} {1 + R / r}}.}

потужність , Що віддається реальним джерелом струму в мережу, дорівнює

P out = I 2 R (1 + R / r) 2. {\ Displaystyle P _ {\ text {out}} = I ^ {2} {\ frac {R} {\ left (1 + R / r \ right) ^ {2}}}.}

Реальні генератори струму мають різні обмеження (наприклад, по напрузі на його виході), а також нелінійні залежності від зовнішніх умов. Зокрема, реальні генератори струму створюють електричний струм тільки в деякому діапазоні напруг, верхній поріг якого залежить від напруги живлення джерела. Таким чином, реальні джерела струму мають обмеження по навантаженню.

Джерелом струму є котушка індуктивності , По якій йшов струм від зовнішнього джерела, протягом деякого часу (t «L / R {\ displaystyle t \ ll L / R} ) Після відключення джерела. Цим пояснюється іскріння контактів при швидкому відключенні індуктивного навантаження: прагнення до збереження струму при різкому зростанні опору (поява повітряного зазору) призводить до різкого зростання напруги між контактами і до пробою зазору.

вторинна обмотка трансформатора струму , Первинна обмотка якого послідовно включена в потужну лінію змінного струму , Може розглядатися як майже ідеальний джерело змінного струму. Отже, розмикання вторинної ланцюга трансформатора струму неприпустимо. Замість цього при необхідності перекоммутации в колі вторинної обмотки (без відключення лінії) цю обмотку попередньо шунтируют .

Джерела струму широко використовуються в аналогової схемотехніки , Наприклад, для харчування вимірювальних мостів , Для харчування каскадів диференціальних підсилювачів , зокрема операційних підсилювачів .

Концепція генератора струму використовується для представлення реальних електронних компонентів у вигляді еквівалентних схем . Для опису активних елементів для них вводяться еквівалентні схеми, що містять керовані генератори:

У схемі струмового дзеркала (малюнок 2) струм навантаження в правій гілці задається рівним еталонному току в лівій гілці, так що по відношенню до навантаження R2 ця схема виступає як джерело струму.

Існують різні варіанти позначень джерела струму. Найбільш часто зустрічаються позначення (a) і (b). Варіант (c) встановлюється ГОСТ [1] і IEC [2] . Стрілка в гуртку вказує позитивний напрямок струму в ланцюзі на виході джерела. Варіанти (d) і (e) зустрічаються в зарубіжній літературі. При виборі позначення потрібно бути обачним і використовувати пояснення, щоб не допускати плутанини з джерелами напруги .

1. ↑ ГОСТ 2.721-74 Єдина система конструкторської документації. Позначення умовні графічні в схемах. Позначення загального застосування.
2. ↑ IEC 617-2: 1996. Graphical symbols for diagrams - Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application

• Бессонов Л.А. Теоретичні основи електротехніки. Електричні кола. - М.: Гардарики, 2002. - 638 с. - ISBN 5-8297-0026-3 .