Как обозначается источник тока: Как обозначается источник тока в физике буква

Условные обозначения источника тока формула



Источник тока.

Давайте попробуем разобраться, что же все таки называют источником тока и как он обозначается в различных схемах.

Обычно источник тока условно отображается так, как указано на рисунке ниже:

При этом на схемах он изображается следующим образом:

Здесь изображен источник тока в составе генератора тока, собранного с использованием биполярных транзисторов.

Источником или генератором тока обычно называют двухполюсник, создающий ток, который не зависит от присоединенного к нему сопротивлению нагрузки. И часто такое название дают любому источнику электрического напряжения (розетке, генератору, батарее и т.п.). Но если говорить только в физическом смысле, такое обозначение нельзя называть правильным, наоборот – источники напряжения, применяемые для бытовых целей, скорее можно назвать источниками ЭДС.

На вышеуказанной схеме содержится источник тока в составе схемы замещения триполярного транзистора. Стрелка служит указателем положительного направления тока. При этом ток, генерируемый этим источником, зависит от напряжения на другом участке данной схемы.

Разница между идеальным и реальным источниками тока.

Идеальный источник тока имеет напряжение на клеммах, зависящее только от того, какое сопротивление возникает на внешней цепи: U=L*R

Чтобы определить, какую мощность источник тока отдает в сеть, используется следующая формула: P=L 2 *R

При этом следует учитывать следующее уравнение: L=const

Это позволяет понять, что мощность и напряжение, выделяемые источником тока, будут неограниченно расти, если будет расти сопротивление.

Реальный источник тока в линейном приближении можно описать внутренним сопротивлением. В этом он очень схож с обычным источником ЭДС. Различие между ними состоит в следующем: с увеличением внутреннего сопротивления источник тока приближается по параметрам к идеальному, а источник ЭДС приближается к идеальному по мере того, как внутреннее сопротивление уменьшается.

Реальный источник тока с показателем внутреннего сопротивления r и реальный источник ЭДС будут эквивалентными при соблюдении условия:

Реальный источник тока будет иметь напряжение на клеммах:

При силе тока, равной:

И мощности, определяемой по формуле:

Катушку индуктивности, по которой на протяжении некоторого времени проходил ток от внешнего источника после его отключения, можно назвать источником тока.

Это объясняет искрение контактов, происходящее, когда индуктивная нагрузка быстро отключается. Пробой зазора возникает из-за сохранения тока при резком увеличении уровня сопротивления.

Если первичная обмотка трансформатора подключена к мощной линии переменного тока, его вторичную обмотку можно рассматривать как идеальный источник тока, но переменного, а не постоянного, что приводит к невозможности размыкания его вторичной цепи. Это значит, что вторичная обмотка должна быть шунтирована.

Реальный генератор обладает рядом ограничений, среди которых следует отметить одно – ограничение по напряжению на выходе. Например, реальный источник тока работает только с тем диапазоном напряжений, верхний порог которого зависит от того, каким будет напряжение, питающее источник. Это приводит к наличию некоторых ограничений по нагрузке.

Такой источник тока нашел широкое применение во многих сферах. Например, для работы в паре с дифференциальными усилителями и измерительными мостами в аналоговой схемотехнике.

Источник

Особенности источников тока

Время на чтение:

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.

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.

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.

Источник

Источник постоянного тока обозначение на схеме

Давайте попробуем разобраться, что же все таки называют источником тока и как он обозначается в различных схемах.

Обычно источник тока условно отображается так, как указано на рисунке ниже:

При этом на схемах он изображается следующим образом:

Здесь изображен источник тока в составе генератора тока, собранного с использованием биполярных транзисторов.

Источником или генератором тока обычно называют двухполюсник, создающий ток, который не зависит от присоединенного к нему сопротивлению нагрузки. И часто такое название дают любому источнику электрического напряжения (розетке, генератору, батарее и т.п.). Но если говорить только в физическом смысле, такое обозначение нельзя называть правильным, наоборот – источники напряжения, применяемые для бытовых целей, скорее можно назвать источниками ЭДС.

На вышеуказанной схеме содержится источник тока в составе схемы замещения триполярного транзистора. Стрелка служит указателем положительного направления тока. При этом ток, генерируемый этим источником, зависит от напряжения на другом участке данной схемы.

Разница между идеальным и реальным источниками тока.

Идеальный источник тока имеет напряжение на клеммах, зависящее только от того, какое сопротивление возникает на внешней цепи: U=L*R

Чтобы определить, какую мощность источник тока отдает в сеть, используется следующая формула: P=L 2 *R

При этом следует учитывать следующее уравнение: L=const

Это позволяет понять, что мощность и напряжение, выделяемые источником тока, будут неограниченно расти, если будет расти сопротивление.

Реальный источник тока в линейном приближении можно описать внутренним сопротивлением. В этом он очень схож с обычным источником ЭДС. Различие между ними состоит в следующем: с увеличением внутреннего сопротивления источник тока приближается по параметрам к идеальному, а источник ЭДС приближается к идеальному по мере того, как внутреннее сопротивление уменьшается.

Реальный источник тока с показателем внутреннего сопротивления r и реальный источник ЭДС будут эквивалентными при соблюдении условия:

Реальный источник тока будет иметь напряжение на клеммах:

При силе тока, равной:

И мощности, определяемой по формуле:

Катушку индуктивности, по которой на протяжении некоторого времени проходил ток от внешнего источника после его отключения, можно назвать источником тока.

Это объясняет искрение контактов, происходящее, когда индуктивная нагрузка быстро отключается. Пробой зазора возникает из-за сохранения тока при резком увеличении уровня сопротивления.

Если первичная обмотка трансформатора подключена к мощной линии переменного тока, его вторичную обмотку можно рассматривать как идеальный источник тока, но переменного, а не постоянного, что приводит к невозможности размыкания его вторичной цепи. Это значит, что вторичная обмотка должна быть шунтирована.

Реальный генератор обладает рядом ограничений, среди которых следует отметить одно – ограничение по напряжению на выходе. Например, реальный источник тока работает только с тем диапазоном напряжений, верхний порог которого зависит от того, каким будет напряжение, питающее источник. Это приводит к наличию некоторых ограничений по нагрузке.

Такой источник тока нашел широкое применение во многих сферах. Например, для работы в паре с дифференциальными усилителями и измерительными мостами в аналоговой схемотехнике.

Исто́чник то́ка (в теории электрических цепей) — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока.

Источник тока используется в качестве простейшей модели некоторых реальных источников электрической энергии или как часть более сложных моделей реальных источников, содержащих другие электрические элементы. Следует заметить, что электрические характеристики реальных источников могут быть близки к свойствам источника тока или его противоположности — источника напряжения.

В электротехнике источником тока называют любой источник электрической энергии.

Содержание

Свойства [ править | править код ]

Идеальный источник тока [ править | править код ]

Сила тока, текущего через идеальный источник тока, всегда одинакова по определению:

I = const >>

Напряжение на клеммах идеального источника тока (не путать с реальным источником!) зависит только от сопротивления R

подключенной к нему нагрузки:

U = I ⋅ R

Мощность, отдаваемая источником тока в нагрузку:

P = I 2 ⋅ R cdot R>

Поскольку ток через идеальный источник тока всегда одинаков, то напряжение на его клеммах и мощность, передаваемая им в нагрузку, с ростом сопротивления нагрузки возрастают, достигая в пределе бесконечных значений.

Реальный источник [ править | править код ]

В линейном приближении любой реальный источник тока (не путать с описанным выше источником тока — моделью!) или иной двухполюсник может быть представлен в виде модели, содержащей, по меньшей мере, два элемента: идеальный источник и внутреннее сопротивление (проводимость). Одна из двух простейших моделей — модель Тевенина — содержит источник ЭДС, соединенный последовательно с сопротивлением, а другая, противоположная ей, модель Нортона — источник тока, соединенный параллельно с проводимостью (т. е. идеальным резистором, свойства которого принято характеризовать значением проводимости). Соответственно, реальный источник в линейном приближении может быть описан при помощи двух параметров: ЭДС E >>

источника напряжения (или силы тока I источника тока) и внутреннего сопротивления r (или внутренней проводимости y = 1 / r ).

Можно показать, что реальный источник тока с внутренним сопротивлением r

эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление r и ЭДС E = I ⋅ r >=Icdot r> . >>.>

Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например, по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. В частности, 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.

Примеры [ править | править код ]

Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( t ≪ L / R

) после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) приводит к резкому возрастанию напряжения между контактами и к пробою зазора.

Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник переменного тока. Следовательно, размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо. Вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки (без отключения линии) эту обмотку предварительно шунтируют.

Применение [ править | править код ]

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 (ИТУН). Применяется в основном для полевых транзисторов и электронных ламп.
  • Источник тока, управляемый током (ИТУТ). Применяется, как правило, для биполярных транзисторов.

В схеме токового зеркала (рисунок 2) ток нагрузки в правой ветви задается равным эталонному току в левой ветви, так что по отношению к нагрузке R2 эта схема выступает как источник тока.

Обозначения [ править | править код ]

Существуют различные варианты обозначений источника тока. Наиболее часто встречаются обозначения (a) и (b). Вариант (c) устанавливается ГОСТ [1] и IEC [2] . Стрелка в кружке указывает положительное направление тока в цепи на выходе источника. Варианты (d) и (e) встречаются в зарубежной литературе. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками напряжения.

Электротехника связывает природу электричества со строением вещества и объясняет его движением свободных заряженных частиц под воздействием энергетического поля.

Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходимо иметь источник энергии, совершающий преобразование в электричество:

механической энергии вращения роторов генераторов;

протекания химических процессов или реакций внутри гальванических приборов и аккумуляторов;

теплоты в терморегуляторах;

магнитных полей в магнитогидродинамических генераторах;

световой энергии в фотоэлементах.

Все они обладают различными характеристиками. Чтобы классифицировать и описать их параметры принято условное теоретическое разделение на источники:

Электрический ток в металлическом проводнике

Определение силы тока и электродвижущей силы в 18-м веке дали известные физики того времени.

Им считается идеальный источник, представляющий собой двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением. На него не влияет нагрузка сети, а внутреннее сопротивление у источника равно нулю.

На схемах он обычно обозначается кругом с буквой «Е» и стрелкой внутри, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).

Схемы обозначения и вольт-амперные характеристики источников ЭДС

Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.

На графике видно, что ЭДС Е состоит из суммы падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника и нагрузке.

В действительности источниками напряжения работают различные химические и гальванические элементы, аккумуляторные батареи, электрические сети. Их разделяют на источники:

постоянного и переменного напряжения;

управляемые напряжением или током.

Ими называют двухполюсники, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.

Схемы обозначения и вольт-амперная характеристика источника тока

Для идеального источника тока напряжение на его клеммах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней схемы. При этом с увеличением сопротивления они возрастают.

Реальный источник тока отличается от идеального значением внутреннего сопротивления.

Примерами источника тока могут служить:

Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенных в первичную схему нагрузки своей силовой обмоткой. Все вторичные цепи работают в режиме надежного шунтирования. Размыкать их нельзя — иначе возникнут перенапряжения в схеме.

Катушки индуктивности, по которым проходил ток в течение некоторого времени после снятия питания со схемы. Быстрое отключение индуктивной нагрузки (резкое возрастание сопротивления) может привести к пробою зазора.

Генератор тока, собранный на биполярных транзисторах, управляемый напряжением или током.

В различной литературе источники тока и напряжения могут обозначаться неодинаково.

Виды обозначений источников тока и напряжения на схемах

Источник

Электрический ток и закон Ома

теория по физике 🧲 постоянный ток

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц под действием внешнего электрического поля.

Условия существования электрического тока:

  • наличие заряженных частиц;
  • наличие электрического поля, которое создается источниками тока.

Носители электрического тока в различных средах

Среда Носители электрического тока
Металлы Свободные электроны
Электролиты (вещества, проводящие ток вследствие диссоциации на ионы) Положительные и отрицательные ионы
Газы Ионы и электроны
Полупроводники Электроны и дырки (атом, лишенный одного электрона)
Вакуум Электроны

Электрическая цепь и ее схематическое изображение

Электрическая цепь — это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Основные элементы электрической цепи:

  • Источник тока (генератор, гальванический элемент, батарея, аккумулятор).
  • Потребители тока (лампы, нагревательные элементы и прочие электроприборы).
  • Проводники — части цепи, обладающие достаточным запасом свободных электронов, способных перемещаться под действием внешнего электрического поля. Проводники соединяют источники и потребители тока в единую цепь.
  • Ключ (переключатель, выключатель) для замыкания и размыкания цепи.

Электрическая цепь также может содержать:

  • резистор — элемент электрической цепи, обладающий некоторым сопротивлением;
  • реостат — устройство для регулировки силы тока и напряжения в электрической цепи путём получения требуемой величины сопротивления;
  • конденсатор — устройство, способное накапливать электрический заряд и передавать его другим элементам цепи;
  • измерительные приборы — устройства, предназначенные для измерения параметров электрической цепи.

Определение

Электрическая схема — графическое изображение электрической цепи, в котором реальные элементы представлены в виде условных обозначений.

Условные обозначения некоторых элементов электрической цепи

Простейшая электрическая цепь содержит в себе источник и потребитель тока, проводники, ключ. Схематически ее можно отобразить так:

Направление электрического тока в металлах

По металлическим проводам перемещаются отрицательно заряженные электроны, т.е. ток идет от «–» к «+» источника. Направление движения электронов называют действительным. Но исторически в науке принято условное направление тока от «+» источника к «–».

Действия электрического тока (преобразования энергии)

Электрический ток способен вызывать различные действия:

  • Тепловое — электрическая энергия преобразуется в тепло. Такое преобразование обеспечивает электроплита, электрический камин, утюг.
  • Химическое — электролиты под действием постоянного электрического тока подвергаются электролизу. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) — положительные ионы (катионы).
  • Магнитное (электромагнитное) — при наличии электрического тока в любом проводнике вокруг него наблюдается магнитное поле, т.е. проводник с током приобретает магнитные свойства.
  • Световое — электрический ток разогревает металлы до белого каления, и они начинают светиться подобно вольфрамовой спирали внутри лампы накаливания. Другой пример — светодиоды, в которых свет обусловлен излучением фотонов при переходе электрона с одного энергетического уровня на другой.
  • Механическое — параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.

Основные параметры постоянного тока

Постоянный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Основными параметрами электрического тока являются:

  • Сила тока. Обозначается как I. Единица измерения — А (Ампер).
  • Напряжение. Обозначается как U. Единица измерения — В (Вольт).
  • Сопротивление. Обозначается как R. Единица измерения — Ом.

Сила тока

Сила тока показывает, какой заряд q проходит через поперечное сечение проводника за 1 секунду:

I = q t . . = Δ q Δ t . . = N q e t .

N — количество электронов, q e = 1 , 6 · 10 − 19 Кл — заряд электрона, t — время (с).

Заряд, проходящий по проводнику за время t при силе тока, равной I:

Пример №1. Источник тока присоединили к двум пластинам, опущенным в раствор поваренной соли. Сила тока в цепи 0,2 А. Какой заряд проходит между пластинами в ванне за 2 минуты?

2 минуты = 120 секунд

q = I t = 0 , 2 · 120 = 24 ( К л )

Заряд, проходящий за время ∆t при равномерном изменении силы тока от I1 до I2:

Δ q = I 1 + I 2 2 . . Δ t

Сила тока и скорость движения электронов:

n — (м –3 ) — концентрация, S (м 2 ) — площадь сечения проводника, v — скорость электронов.

Внимание!

Электроны движутся по проводам со скоростью, равной долям мм/с. Но электрическое поле распространяется со скоростью света: c = 3∙10 8 м/с.

Сопротивление

Сопротивление металлов характеризует тормозящее действие положительных ионов кристаллической решетки на движение свободных электронов:

ρ — удельное сопротивление, показывающее, какое сопротивление имеет проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 , изготовленный из определенного материала. l — длина проводника (м), S — площадь его поперечного сечения.

Пример №2. Медная проволока имеет электрическое сопротивление 6 Ом. Какое электрическое сопротивление имеет медная проволока, у которой в 2 раза больше длина и в 3 раза больше площадь поперечного сечения?

Сопротивление первого и второго проводника соответственно:

Поделим электрическое сопротивление второго проводника на сопротивление первого:

R 2 R 1 . . = ρ 2 l 3 S . . ÷ ρ l S . . = ρ 2 l 3 S . . · S ρ l . . = 2 3 . .

Отсюда сопротивление второго проводника равно:

Напряжение

Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению положительного заряда:

Пример №3. Перемещая заряд в первом проводнике, электрическое поле совершает работу 20 Дж. Во втором проводнике при перемещении такого же заряда электрическое поле совершает работу 40 Дж. Определить отношение U1/U2 напряжений на концах первого и второго проводников.

U 1 U 2 . . = A 1 q . . ÷ A 2 q . . = A 1 q . . · q A 2 . . = A 1 A 2 . . = 20 40 . . = 1 2 . .

Закон Ома для участка цепи

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:

Иллюстрация закона Ома.

Сила тока направлена в сторону движения заряженных частиц (электронов). Силе тока противостоит сопротивление: чем оно больше, тем меньше сила тока (тем меньше проходит электронов через проводник в единицу времени). Но росту силы тока способствует напряжение, которое словно толкает заряженные частицы, заставляя их упорядоченно перемещаться.

Закон Ома для участка цепи с учетом формулы для расчета сопротивления:

Для сравнения и расчета сопротивления часто используют вольтамперную характеристику. Так называют графическое представление зависимости силы тока от напряжения. Пример вольтамперной характеристики:

Чем круче график, тем меньше сопротивление проводника. При расчете сопротивления важно учитывать единицы измерения величин, указанных на осях.

Пример №4. На рисунке изображен график зависимости силы тока от напряжения на одной секции телевизора. Каково сопротивление этой секции:

Точке графика, соответствующей 5 кВ, соответствует сила тока, равна 20 мА.

Сначала переведем единицы измерения величин в СИ:

R = U I . . = 5000 0 , 02 . . = 250000 ( О м ) = 250 ( к О м )

При определении сопротивления резистора ученик измерил напряжение на нём: U = (4,6 ± 0,2) В. Сила тока через резистор измерялась настолько точно, что погрешностью можно пренебречь: I = 0,500 А. По результатам этих измерений можно сделать вывод, что сопротивление резистора, скорее всего,

Источник

Источник тока: типы, принцип работы, особенности

Источник тока – элемент питания электрической цепи, обеспечивающий постоянное потребление, измеренное амперами, либо заданную форму закона изменения параметра. Так работают сварочные аппараты, каждой толщине металла соответствует номер (диаметр) электрода. Процесс обеспечен постоянным током. В противном случае начинается срыв дуги, происходят другие неприятные эффекты.

Отличие реального источника от идеального

Известно, мощность источника питания электрической цепи ограничена. В результате увеличение нагрузки вызывает изменение параметров. Общеизвестны скачки напряжения гаражных кооперативов, дач, прочих специфичных объектов. Подстанция выделяет ограниченный ресурс, потребление бывает немаленьким. В первую очередь, подразумеваются нагревательные приборы (воды), сварочные аппараты.

Таким образом, розетка выступает источником напряжения. Вольтаж сильно зависит от поведения потребителей. Замечено, утренние часы подстанции перегружают, соответствующим образом учитывается областями при тарификации. Что касается идеальных источников, подразумевается, параметры постоянные. До некоторых пор встретить подобное оборудование представлялось невозможным, современные технологии рамки ограничений сильно расширили.

Инвертор сварочный

Сварочный инвертор IWM 220 сохраняет работоспособность в диапазоне питающих напряжений 180 – 250 вольт, выдавая постоянное действующее значение тока на зажимы. Электронные блоки питания достигают столь высоких показателей путем гибкого регулирования режимов работы. Брать инверторы, принцип действия основан на выпрямлении, фильтрации напряжения 220 вольт, последующей нарезкой пачками импульсов. Варьированием скважности посылок, длиной достигается изменение тока.

Измерительный датчик Холла влияет, напрямую или опосредованно, на напряжение смещения силового ключа. Возможны другие, процессорные, схемы управления выходными параметрами приборов. В последнем случае заботы забирает процессор, несущий соответствующую программу, заложенную в память цифровым кодом.

Для сварки используются переменный и постоянный токи, для черных и цветных металлов. Важно понимать: источник способен поддерживать любой закон изменения параметров. Это признаётся отличительной особенностью, предназначением. Обеспечивает правильное функционирование потребителей.

Работа источника тока

Требования к факторам питания

В учебниках физики приводятся в качестве примеров источников тока:

  1. Батарейки.
  2. Аккумуляторы.

Несложно заметить, сплошь гальванические источники питания химического принципа действия. Автоводитель знает: аккумулятор бессилен выдать постоянный ток, напряжение. Мощность ограничена скоростью протекания химических реакций на пластинах, обкладках. В результате параметры не остаются постоянными.

Лучший пример источника питания тока, напряжения – инвертор. Электроника гибко изменяет параметры устройства, добиваясь достижения нужного эффекта. На выходе переменные, постоянные напряжения, токи. В зависимости от возникающих потребностей. В персональном компьютере уйма питающих напряжений: для жестких дисков, процессора, DVD-приводов. 5, 12, 3,3 В. У каждого предназначение, несколько предназначений.

Протекание тока в цепи

Таким образом, потребитель определяет, нужен постоянный ток, либо требуется напряжение, сформированное по определенному закону. Если брать сварку, скорость протекания через плазму зарядов определяет рабочую температуру процесса, напрямую предопределяет условия существования дуги, глубину плавления металла. Технологи давно просчитали условия, определили экспериментально, руководство сварочного аппарата пишет следующее:

  • толщина листа – 3 мм;
  • диаметр электрода – 3,2 мм;
  • рабочий ток процесса 100 – 140 А.

Сварщик молниеносно выставляет указанные параметры на корпусе IWM 220, берет электрод нужного диаметра, обжимает ухватом, заводит второй выход на землю. Потом надевает маску, начинает легонько постукивать детали, получая искру. Не слишком обеспокоен результатами труда, отраслевое пособие промышленности сообщает, с какой скоростью двигаться вдоль шва, под каким углом наблюдать результат процесса. Сварщик твердо знает, чего делать не нужно. Чтобы удостовериться, специальная комиссия по результатам тестов (выполнение определенных швов) присваивает рабочему разряд (ощутимо влияет на спектр полномочий, заработную плату).

Итак, род тока определяют потребности идущего процесса. В большинстве случаев требуется напряжение, часто приборы первоначально требовали постоянства тока. Прежде это обогреватели различного толка, основывающие принцип действия законом Джоуля-Ленца. Мощность, преобразующаяся в тепло, определяется размером сопротивления, протекающим током.

В бытовых целях удобнее поддерживать напряжение. Помимо обогревателей имеется множество других приборов. Прежде всего электроника. Напряжение на активном сопротивлении проводника линейно зависит от тока. Нет разницы, что поддерживать постоянным. Отчего тогда при сварочном процессе приходится стабилизировать.

Рука сварщика неспособна двигаться с достаточной твердостью, флуктуации воздуха постоянно меняют длину дуги. Имеются другие помехи. Напряжение на участке непостоянно. Следовательно, ток менялся бы (согласно закону Ома). Недопустимо по причинам описанным выше: изменится температура, технологический процесс пойдет неправильным путем. Приходится поддерживать постоянным ток, не напряжение.

Как практики получают ток заданной формы

Исторически первыми открыты гальванические источники тока. Произошло в 1800 году. Гением, подарившим человечеству первый источник питания, является Алессандро Вольта. Последовала плеяда открытий. Первым измерителем стал гальванометр – прибор, регистрирующий силу электрического тока. Принцип действия новинки, представленной миру Швейггером, основывался на взаимодействии магнитных полей проводника, стрелки компаса.

Вопрос важен по простой причине, для поддержания нужного закона тока нужно измерить физическую величину. Первые гальванометры оценивали параметр по силе магнитного поля, создаваемого проводником. В дальнейшем заложило основу действия первых тестеров. Как работает современное оборудование?

В зарядных устройствах поддерживается постоянным напряжение. Ток измеряется с целью оценки полноты наполненности батареи. Благодаря продуманному подходу, телефон способен сигнализировать мнемонически о ходе процесса. Когда батарея полна, полоса зарядки полностью закрашивается (первые сотовые телефоны), либо исчезает (на многих смартфонах в выключенном состоянии). Ход процесса регистрируется датчиком Холла: только исчезают импульсы, считается, устройство не нуждается в дальнейшей подзарядке.

На основе указанного эффекта первое время было возможным регистрировать наличие/отсутствие тока. С развитием науки, техники появились преобразователи на основе соединений индия, отличающиеся неплохими метрологическими качествами. По величине выходного напряжения способные оценивать параметры тока. Современные аналого-цифровые преобразователи измерения позволят перевести разницу потенциалов в цифры, понятные процессору. Последний выполняет необходимые операции по управлению устройством, способствуя получению тока заданной формы.

Инвертор действует схожим образом. Последовательности импульсов, нарезаемые ключом, проходят малогабаритный параметр в неизменном виде (форма графика), с измененными характеристиками. Остается только измерить нужные величины, произвести интегрирование на некотором участке. В результате современный сварочный аппарат по определению защищен против залипания: при резком возрастании тока питания отключается. Имеются у инверторов некоторые другие полезные качества, обеспечиваемые электроникой. Вот почему сварщикам нравятся аппараты.

В мощных цепях ток контролируется трансформаторами. Датчики Холла с десятками, сотнями амперов не работают напрямую. Типичный лимит составляет десятки мА. Используется принцип, схожий с имеющим место быть в цифровых мультиметрах: из потока движущихся по электрической цепи зарядов вычленяется некоторая малая часть. Далее пропорцией оценивается полная величина. Трансформаторы тока действуют аналогичным образом. Не имея первичной обмотки, путем электромагнитной индукции передают малую часть энергии поля измерительному средству (например, счетчику, аппаратуре контроля).

Отличительные особенности

Из сказанного понимаем следующее:

  1. Физика под источником тока понимает агрегат, формирующий на выходе постоянный параметр. Практика часто предъявляет иные требования. Хотя чаще ток требуется постоянный.
  2. На схемах источник тока обозначают по-другому, нежели источник ЭДС. Круг с двумя галками. Иногда рядом стоит латинская литера I. Сие помогает решать согласно уравнениям Кирхгофа задачи нахождения условий элементов электрической цепи.
  3. Форма закона генерируемого тока определяется нуждами потребителя. Большинство бытовых приборов питается напряжением. Постоянство тока, особая форма не нужны, даже приносят вред. Мясорубка при заклинивании вала костью требует больше энергии. На это настроена регулирующая и защитная электроника.
  4. Мощность, отдаваемая идеальным источником, растет пропорционально активному сопротивлению нагрузки. В реальности видим некий лимит, выше которого параметры начнут отличаться от заданных.

Проще говоря, исторически с точки зрения практики удобнее постоянным поддерживать напряжение, не ток. Термин, рассматриваемый разделом, вызывает много затруднений у людей посторонних, далеких электронике, вполне сведущих в технике. Итак, источник тока – отвечает за поддержание нужной формы тока. Чаще требуется постоянный.

Величина тока послужит целям регулирования. Искрение коллекторного двигателя сопровождается возрастанием нагрузки. Растет потребляемый ток, цепи контроля повышают напряжение на обмотках с целью преодолеть возникший «кризис». Приводит к необходимости контроля величины тока. В мясорубках задачу решает цепь обратной связи, формирующая угол отсечки ключом входного напряжения.

Пытаясь сохранить постоянной разность потенциалов, приборы варьируют потребление тока. В результате запрашиваемая от подстанции мощность меняется, эффект приводит к проседанию вольтажа. Визуально наблюдаем медленным миганием лампочек накала (энергосберегающие несут в цоколе драйвер для поддержания постоянства напряжения). Аналогичным образом устройства показали бы проседание тока при неизменном напряжении.

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 источникаХарактеристики источника тока
МеханическийСпециальное устройство (генератор) обеспечивает трансформацию механической энергии в электрическую. В настоящее время большое количество тока производится именно с помощью механических источников.
ТепловойВ 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.
ХимическийХимические 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.

СветовойВ 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.

1.04. Источники тока и напряжения

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Напряжение, ток и сопротивление


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).


Сигналы


Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии

  

Для поддержания электрического тока в проводнике требуется внешний источник энергии, создающий все время разность потенциалов между концами этого проводника. Такие источники энергии получили название источников электрической энергии (или источников тока).

Источники электрической энергии обладают определенной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС), которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов между концами проводника. Иногда говорят, что ЭДС создает электрический ток в цепи. Нужно помнить об условности такого определения, так как выше мы уже установили, что причина возникновения и существования электрического тока — электрическое поле.

Источник электрической энергии производит определенную работу, перемещая электрические заряды по всей замкнутой цепи..

Определение: Работа, совершаемая источником электрической энергии при переносе единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи, называется ЭДС источника

За единицу измерения электродвижущей силы принят вольт (сокращенно вольт обозначается буквой В или V — «вэ» латинское).

ЭДС источника электрической энергии равна одному вольту, если при перемещении одного кулона электричества по всей замкнутой, цепи источник электрической энергии совершает работу, равную одному джоулю:

В практике для измерения ЭДС используются как более крупные, так и более мелкие единицы, а именно:

1 киловольт (кВ, kV), равный 1000 В;

1 милливольт (мВ, mV), равный одной тысячной доле вольта (10-3 В),

1 микровольт (мкВ, μV), равный одной миллионной доле вольта (10-6 В).

Очевидно, что 1 кВ = 1000 В; 1 В = 1000 мВ = 1 000 000 мкВ; 1 мВ= 1000 мкВ.

В настоящее, время существует несколько видов источников электрической энергии. Впервые в качестве источника электрической энергии была использована гальваническая батарея, состоящая из нескольких цинковых и медных кружков, между которыми была проложена кожа, смоченная в подкисленной воде. В гальванической батарее химическая энергия превращалась в электрическую (подробнее об этом будет рассказано в главе XVI). Свое название гальваническая батарея получила по имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани (1737—1798), одного из основателей учения об электричестве.

Многочисленные опыты по усовершенствованию и практическому использованию гальванических батарей были проведены русским ученым Василием Владимировичем Петровым. Еще в начале прошлого века он создал самую большую в мире гальваническую батарею и использовал ее для ряда блестящих опытов.

Источники электрической энергии, работающие по принципу преобразования химической энергии в электрическую, называются химическими источниками электрической энергии.

Другим основным источником электрической энергий, получившим широкое применение в электротехнике и радиотехнике, является генератор. В генераторах механическая энергия преобразуется в электрическую.

На электрических схемах источники электрической энергии и генераторы обозначаются так, как это показано на рис. 1.

Рисунок 1. Условные обозначения источников электрической энергии: а — источник ЭДС, общее обозначение, б — источник тока, общее обозначение; в — химический источник электрической энергии; г — батарея химических источников; д — источник потоянного напряжения; е — источник переменного нарияжения; ж —  генератор.

 

У химических источников электрической энергии и у генераторов электродвижущая сила проявляется одинаково, создавая на зажимах источника разность потенциалов и поддерживая ее длительное время. Эти зажимы называются полюсами источника электрической энергии. Один полюс источника электрической энергии имеет положительный потенциал (недостаток электронов), обозначается знаком плюс ( + ) и называется положительным полюсом. Другой полюс имеет отрицательный потенциал (избыток электронов), обозначается знаком минус (—) и называется отрицательным полюсом.

От источников электрической энергии электрическая энергия передается по проводам к ее потребителям (электрические лампы, электродвигатели, электрические дуги, электронагревательные приборы и т. д.).

Определение: Совокупность источника электрической энергии, ее потребителя и соединительных проводов называется электрической цепью.

Простейшая электрическая цепь показана на рис. 2.

Рисунок 2. Простейшая электрическая цепь: Б — источник электрической энергии; SA — выключатель; EL — потребитель электрической энергии (лампа).

Для того чтобы по цепи проходил электрический ток, она должна быть замкнутой. По замкнутой электрической цепи непрерывно проходит ток, так как между полюсами источника электрической энергии существует некоторая разность потенциалов. Эта разность потенциалов называется напряжением источника и обозначается буквой U. Единицей измерения напряжения служит вольт. Так же как и ЭДС, напряжение может измеряться в киловольтах, милливольтах и микровольтах.

Для измерения величины ЭДС и напряжения применяется прибор, называемый вольтметром. Если вольтметр подключить непосредственно к полюсам источника электрической энергии, то при разомкнутой электрической цепи он покажет ЭДС источника электрической энергии, а при замкнутой — напряжение на его зажимах: (рис. 3).

Рисунок 3. Измерение ЭДС и напряжения источника электрической энергии: а— измерение ЭДС источника электрической энергии; б — измерение напряжения на зажимах источника электрической энергии..

Заметим, что напряжение на зажимах источника электрической энергии всегда меньше его ЭДС.  

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Идеальный источник — ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Идеальный источник — ток

Cтраница 1

Идеальный источник тока обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением, поэтому ток j ( t) не зависит от параметров внешней цепи, присоединенной к источнику. В режиме холостого хода, когда к внешним зажимам присоединено бесконечно большое сопротивление, ток идеального источника должен сохранить свое значение, а напряжение на нем и отдаваемая им мощность стремятся к бесконечности.  [1]

Идеальный источник тока должен обеспечивать постоянный ток, не зависящий от величины сопротивления нагрузки. Соберите схему в соответствии с рис. 7.8. Изменяющееся сопротивление нагрузки обеспечивает потенциометр. Ток на нагрузке измеряется универсальным цифровым измерительным прибором, а напряжение на нагрузке осциллографом.  [3]

Идеальный источник тока обеспечивает протекание неизменного тока в приемниках при всех изменениях их сопротивления. У реального источника ток во внешней цепи изменяется при изменениях сопротивления.  [5]

Идеальный источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его выводах. Предполагается, что внутреннее сопротивление такого идеального источника бесконечно велико и поэтому параметры внешней электрической цепи, от которых зависит напряжение на выводах источника, не влияют на ток источника.  [6]

Идеальный источник тока обеспечивает протекание неизменного тока в приемниках при всех изменениях их сопротивления. У реального источника ток so внешней цепи изменяется при изменениях сопротивления. Поэтому реальный источник тока изображается на схемах замещения как идеальный источник тока с параллельным включением резистивного элемента ( рис. 1 — 3, г), сопротивление которого определяется из характеристики элемента. Примером реального источника тока может служить электронный усилитель, внутреннее сопротивление которого обычно велико по сравнению с сопротивлением нагрузки.  [7]

Идеальный источник тока обозначается на схемах кружочком с двойной стрелкой внутри ( рис. 1.7), показывающей направление тока.  [8]

Идеальный источник тока — это черный шщк, имеющий два вывода и поддержи-шющий постоянный ток во внешней цепи гезависимо от величины сопротивления гагрузки и приложенного напряжения.  [10]

Идеальный источник тока — это черный 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 любое нужное напряжение между своими выводами. Реальные источники тока ( самая нелюбимая тема для большинства учебников) [ 1; мд имеют ограниченный диапазон, в котором может изменяться создаваемое ими напряжение ( он называ — ется 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.  [11]

Идеальные источники тока Is и мощности Ag задаются формулами ( гл.  [12]

Идеальным источником тока называется такой источник электрической энергии, который создает в цепи заданное значение тока независимо от величины сопротивления нагрузки.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

1.3. Источники ЭДС и тока

К активным элементам электрических цепей относятся источники ЭДС и источники тока.

Электродвижущая сила (ЭДС) – это количество энергии, затраченное сторонними силами на перенос единичного положительного заряда от меньшего потенциала к большему

За положительное направление э.д.с. принимается направление возрастания потенциала (рис. 1.6).

 

Таким образом, положительные направления  ЭДС и напряжения всегда противоположны.

Численно ЭДС равна разности потенциалов между выводами источника при разомкнутой цепи.

Если внутри источника  ЭДС не содержится пассивных элементов, то его внутреннее сопротивление r0 равно нулю. Такой источник  является идеальным.

На практике обычно приходится иметь дело с реальными источниками  ЭДС, обладающими некоторым внутренним сопротивлением (рис. 1.7).

В таких источниках напряжение на зажимах зависит от тока в нагрузке.

Напряжение на зажимах реального источника в работающей цепи определяется соотношением

Это выражение называют внешней характеристикой источника  ЭДС.

Анализируя внешнюю характеристику источника, можно сделать вывод, что напряжение на зажимах источника в режиме нагрузки всегда меньше  ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Зависимость напряжения от тока нагрузки показана на рис. 1.8 пунктирной линией. В свою очередь величина тока нагрузки зависит от сопротивления внешней цепи, поэтому можно считать, что напряжение на зажимах реального источника зависит от сопротивления внешней цепи.

В случае идеального источника внутренне сопротивление равно нулю. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока нагрузки и равно  ЭДС источника U = E. Зависимость напряжения от тока в идеальном источнике показана на рис. 1.8 сплошной линией.

 Источники тока

Идеализированный источник тока – это активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Считается, что внутреннее сопротивление идеального источника бесконечно велико, поэтому параметры внешней цепи не будут оказывать влияния на ток в источнике тока. На электрических схемах источник тока обозначается так, как показано на рис. 1.9.


 Реальный источник тока обладает конечным внутренним сопротивлением или отличной от нуля проводимостью. Схема реального источника представлена на рис. 1.10. Ток реального источника определяется разностью тока идеального источника J и внутреннего тока I0:

где U – напряжение, приложенное к зажимам источника. Полученное выражение называют внешней характеристикой источника тока.

Зависимость тока источника от напряжения на его зажимах показано на рис. 1.11. В случае идеального источника внутренняя проводимость равна нулю и, исходя из уравнения внешней характеристики, можно заключить, что ток, идущий от источника равен току короткого замыкания источника. Эта зависимость показана на рис. 1.11 сплошной линией.

В случае реального источника   g≠ 0 и часть тока будет ответвляться через внутреннюю проводимость. Чем больше напряжение, приложенное к источнику, тем больший ток ответвляется и тем меньший ток поступает в нагрузку. Вольт-амперная характеристика реального источника показана на рис. 1.11 пунктирной линией. Источник тока – это теоретическое понятие, но оно часто применяется для расчета электрических цепей. Примером источника тока может служить пентод.

Эквивалентное   преобразование   источников   конечной    мощности

Преобразование какого-либо участка цепи по отношению к внешним зажимам называют эквивалентным, если напряжение и ток i на внешних зажимах при этом не изменяются.

 Рассмотрим условие эквивалентности реальных источников напряжения и тока, представленных на рис. 1.12, а,б.  Воспользуемся уравнением внешней характеристики источника  ЭДС

Поделим почленно это уравнение на r0


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:

Что такое источник тока?

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

Что такое источник тока? Ничего, или, лучше сказать, просто математическая модель. Тот, который вы описываете, не существует, как не существует источника напряжения.

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

Итак, почему у нас есть источники напряжения и тока? Ну, идея в том, что работа инженера состоит в том, чтобы в основном построить устройство, которое делает что-то довольно хорошо, и, как оказалось, для этого 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 к примеру с батареей еще раз. Вот простой эксперимент, который я провел с имеющимся у меня литий-полимерным аккумулятором: Сначала я полностью зарядил аккумулятор. Поскольку это двухэлементная батарея, ее напряжение при полной зарядке составляло 8,4 В, хотя номинальное напряжение 7,4 В. Затем я подключил к батарее резистор \$ 100 \mbox{ } k\Omega\$. Его напряжение осталось 8,4 В, и из этого я, возможно, мог сделать вывод, что батарея действительно является идеальным источником напряжения, так как я подключил к ней нагрузку, но ее напряжение не изменилось.Затем я взял имеющийся у меня электродвигатель, подключил его к аккумулятору и снова измерил напряжение аккумулятора. На этот раз оно составило 8,2 В. Очевидно, 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 аккумуляторе было 8,4 В.

Так что здесь происходит? Является ли батарея идеальным источником напряжения или нет? Ну, мы знаем, что это не так, потому что я так сказал 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 представляет собой математическую модель. Когда внешняя цепь не оказывает большого влияния на работу батареи, я могу ее использовать, а когда внешняя цепь оказывает большое влияние на батарею, я не могу ее использовать. Итак, мы используем простую модель для представления поведения реальной схемы. Другой моделью может быть использование идеального источника напряжения с резистором, включенным последовательно на его выходе. Когда я подключаю внешнюю нагрузку к этой цепи, на внутреннем резисторе будет падать некоторое напряжение, а внешний резистор будет видеть более низкое напряжение на выходе.Это позволяет мне еще раз использовать идеальный источник напряжения для представления батареи, а поскольку я использую внутренний резистор вместе с идеальным источником напряжения, вывод будет более точно представлять поведение реальной батареи. Если мне нужно больше точности, я мог бы 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 приступим к анализу более сложных компонентов схемы, таких как, например, транзистор или диод, мы разобьем 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 детального анализа его работы, если для наших нужд достаточно простой модели.

Совершенно та же история работает и 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 вашего понимания на данный момент.

Итак, подведем итог: нет реальных объектов, которые можно использовать для представления идеальных источников напряжения и тока, но есть некоторые объекты, которые могут быть (в некоторых случаях довольно точно) представлены идеальными источниками 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 будете удивлены, если батарея не обеспечивает номинальное напряжение или если схема, обозначенная как идеальный источник тока, начнет дымить в какой-то момент, хотя она должна быть полностью невосприимчива к внешним изменениям в цепи.

В качестве примечания рассмотрим, что происходит с идеальным источником напряжения, когда его выходы замкнуты накоротко, и что происходит с идеальным источником тока, когда его выходы разомкнуты? И что происходит, когда вы закорачиваете батарею, и почему все батареи имеют предупреждение не закорачивать выходные контакты?

Введение в электрическую энергию: источник тока и источник тока.Источник напряжения

Инженеры-электрики используют электричество для выполнения полезных задач, разрабатывая схемы, в которых напряжения и токи контролируются, изменяются и используются множеством различных компонентов. Однако эти напряжения и токи представляют энергии : цепь — это энергетическая система, в которой напряжение функционирует как потенциальная энергия, а ток аналогичен кинетической энергии. Компоненты, которые мы включаем в электрические цепи, не могут контролировать и использовать электрическую энергию, если только что-то не генерирует электрическую энергию, и поэтому цепи имеют источников напряжения и источников тока .Мы называем эти элементы источниками , потому что они снабжают цепь электрической энергией, которая требуется для правильной работы.

 

Характеристики источников напряжения

Источник напряжения создает разность потенциалов на двух своих клеммах. Когда эти две клеммы соединены в сеть взаимосвязанных компонентов, образующих непрерывный проводящий путь, по ним будет течь ток.

Простые электрические цепи часто состоят из одного источника напряжения, соединенного с несколькими компонентами.В этих ситуациях отрицательная клемма источника интерпретируется как эталонный узел с нулевым напряжением, 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 положения в электрической сети, и, следовательно, отрицательная клемма не всегда будет на 0 В. Например:

 

 

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

 

шт.

Значение источника напряжения представляет собой разность потенциалов, генерируемую между двумя клеммами 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 перемещает 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 i источник напряжения . Под «идеальным» мы подразумеваем, что напряжение, генерируемое источником, никогда не колеблется и не зависит от величины тока, потребляемого цепью. Реальные источники напряжения никогда не бывают идеальными.

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

 

Характеристики источников тока

Источник тока устанавливает определенное количество электрического тока в части цепи. Значение источника тока представляет собой величину тока, создаваемого источником, а символ включает стрелку, указывающую направление тока.

 


 

Когда вы видите источник тока на принципиальной схеме, вы знаете, что токопроводящий путь, подключенный к источнику тока, будет иметь ток, равный значению источника.Если этот путь разделяется на несколько ответвлений , как показано на диаграмме ниже, вам необходимо выполнить анализ схемы, чтобы определить долю тока источника, который поступает в каждую ветвь.

 


 

шт.

Значение источника тока указывается в амперах. Эта единица говорит нам о скорости, с которой электрический заряд проходит через данную точку цепи. Если мы измеряем ток в один ампер, мы знаем, что каждую секунду через любую точку измеряемой ветви проходит один кулон заряда.

 

Идеальные источники тока

Идеальный источник тока всегда генерирует точно свой номинальный ток, и на него не влияют характеристики цепи, к которой он подключен. Реальные источники тока, как и реальные источники напряжения, неидеальны и должны быть представлены идеальным источником в сочетании хотя бы с одним дополнительным компонентом.

 

Примеры источников напряжения и тока

Когда мы анализируем и проектируем основные 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 в качестве основного поставщика электрической энергии в цепи. Чаще всего они являются средством 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 схемы с питанием 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 и независимыми источниками, а также взаимосвязь между источниками напряжения переменного тока (AC) и источниками напряжения постоянного тока (DC).

Источник напряжения и источник тока — идеальное сравнение с практическим

Источник – это устройство, которое преобразует механическую, химическую, тепловую или другую форму энергии в электрическую. В электрической сети доступны следующие типы источников: 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 создать идеальный источник напряжения. Он имеет нулевое внутреннее сопротивление. Обозначается этим символом.

Символ источника напряжения

Идеальный источник напряжения

График представляет изменение напряжения источника напряжения во времени.Он постоянен в любой момент времени.

Источники напряжения, которые имеют некоторое внутреннее сопротивление, 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 собой внутреннее сопротивление источника.

Практический источник напряжения

На графике представлена ​​зависимость напряжения источника напряжения от времени. Она не постоянна, но продолжает уменьшаться с течением времени.

Источник тока

Источник тока — это устройство, которое обеспечивает постоянный ток для 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 не существует. Обладает бесконечным сопротивлением.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, поэтому нагрузка включается. Стараемся подавать 100% мощности в нагрузку. Для этого мы подключаем некоторое сопротивление для передачи 100% мощности в нагрузку, потому что ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления.Итак, чтобы ток шел по пути наименьшего сопротивления, мы должны подключить сопротивление выше, чем нагрузка. 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

Практически источники тока не имеют там бесконечного сопротивления, но имеют конечное внутреннее сопротивление. Таким образом, ток, подаваемый практическим источником тока, не является постоянным, а также в некоторой степени зависит от напряжения на нем.

Практический источник тока представлен как идеальный источник тока, соединенный параллельно с сопротивлением.

Практический Источник тока

График представляет ток источника тока в зависимости от времени. Она не постоянна, но также продолжает уменьшаться с течением времени.

Примеры источников тока и напряжения

Примерами источников тока являются солнечные элементы, транзисторы, а примерами некоторых источников напряжения являются батареи и генераторы переменного тока.

Все дело было в идеальных и практичных источниках энергии. Идеальные источники очень полезны для расчетов в теории, но поскольку идеальные источники практически невозможны, в практических схемах используются только практические источники. Батареи, которые мы используем, являются практичным источником энергии, и напряжение и сила тока уменьшаются по мере их использования. Таким образом, оба полезны для нас по-своему.

Источники тока и зачем они нужны

Все инженеры хорошо знакомы с источниками напряжения, такими как батареи или источники переменного/постоянного тока.Функция источника напряжения, представленная простым символом, ясна: обеспечивать столько тока, сколько необходимо (вплоть до максимального предела тока) при заданном, определенном напряжении; это значение напряжения может быть фиксированным или переменным в конструкции.

Источники напряжения, безусловно, имеют функциональное дополнение: источник тока. Его роль состоит в том, чтобы обеспечить заданную величину тока при любом требуемом напряжении (опять же, до максимального напряжения, называемого напряжением соответствия и аналогично максимальному току источника напряжения).Источник тока необходим, потому что есть компоненты и системы, которые должны видеть конкретное значение тока, а не конкретное значение напряжения.

Типичные символы для текущих источников.

Может показаться, что источник тока не нужен, поскольку разработчик всегда может отрегулировать напряжение, чтобы обеспечить желаемую величину тока. В некотором смысле это верно, поскольку ток и напряжение связаны законом Ома (V = I × R). Но использование источника напряжения таким образом приводит к непостоянному источнику тока.Вопрос в том, является ли ток или напряжение независимой или зависимой переменной. Другими словами, нужен ли вам ток, чтобы следовать за напряжением, или напряжение, чтобы следовать за током.

Где нужны источники тока?

Хорошим примером приложения, требующего источника тока, является последовательная цепочка светодиодов. Светодиоды обеспечивают свой световой поток в результате протекающего через них тока и определяются кривой «ток-выход». Обычному светодиоду требуется 20 мА для его номинального выхода, поэтому цепочка может питаться от источника тока 20 мА.Даже если добавляется еще один светодиод, используется тот же источник тока.

Этого бы не произошло, если бы вместо этого использовался источник напряжения. Предположим, что каждый светодиод имеет прямое падение напряжения V F , равное 1,5 В. Предположим, что ток на светодиоды поступает от источника напряжения с токоограничивающим резистором, рассчитанным на ток только 20 мА после учета суммы эти капли. В этом случае светодиодная цепочка будет работать правильно. Но если бы был добавлен светодиод или один из них был закорочен, ток от этого источника напряжения больше не был бы 20 мА: он падал бы при добавлении светодиода или возрастал бы при коротком замыкании.

Напротив, при использовании настоящего источника тока количество светодиодов в цепочке не имеет значения. Максимальное количество светодиодов, с которым можно работать, зависит от напряжения соответствия источника тока, которое должно превышать сумму всех падений на диодах. Кроме того, схема не нуждается в последовательном токозадающем резисторе, поскольку источник тока по своей природе устанавливает правильное значение.

Еще одно широко используемое применение источника тока — в контурах управления промышленными процессами для передачи аналоговых показаний от датчиков, а также для отправки аналоговых управляющих сигналов на исполнительные механизмы.В отрасли управления уже много лет используется простая токовая петля 4–20 мА, где 4 мА представляет собой минимальную настройку выходного сигнала датчика/исполнительного механизма, а 20 мА — максимальную.

Зачем использовать здесь токовую петлю, а не сигнал напряжения? Две причины. Во-первых, если провод в петле обрывается, ток падает до нуля, что сразу и легко обнаруживается. Напротив, обрыв провода, передающего сигнал напряжения, нелегко распознать, и он может давать ложные напряжения, которые выглядят достоверными.

Во-вторых, источник тока и его контур образуют топологию с изначально низким импедансом, в то время как источник напряжения представляет собой конфигурацию с высоким импедансом. Таким образом, токовая петля гораздо менее восприимчива к шуму от близлежащих источников ЭМИ/РЧ-помех, в то время как шум легко улавливается системой напряжения.

Базовый источник тока может быть построен из источника напряжения и резистора, соединенных последовательно, чтобы ограничить ток до заданного значения, используя закон Ома. Этот подход иногда используется в недорогих приложениях, где точность и согласованность не важны, поскольку любое изменение нагрузки изменит ток.Кроме того, резистор рассеивает мощность, что ограничивает время работы (при использовании батареи) и увеличивает тепловую нагрузку.

Лучший способ начать с транзистора в конфигурации с общим эмиттером, где нагрузка через коллектор является функцией тока база-эмиттер согласно известному уравнению:

I C = β × I B ,

Базовый источник тока использует принцип усиления по току однотранзисторной схемы. Установка тока база-эмиттер также устанавливает ток коллектора.

, где I C = ток коллектора; β = коэффициент усиления транзистора, зависящий от конструкции транзистора; I B = базовый ток, установленный конструкцией базовой цепи. Этот подход используется в качестве ядра многих источников тока с различными улучшениями для обеспечения стабильности и точности. Источники тока доступны в ИС, которые обеспечивают ток в несколько миллиампер или 20 мА для промышленных контуров, вплоть до модулей, которые обеспечивают много ампер с соответствующими напряжениями в десятках или сотнях вольт.

Простой операционный усилитель с резистором — это все, что нужно для преобразования небольшого тока в напряжение.

При использовании с источником тока светодиоды «преобразовывают» ток в свет. Однако во многих схемах необходимо преобразовать ток в напряжение, которое будет использоваться остальной частью схемы (например, усилением, фильтрацией и аналого-цифровым преобразованием). К счастью, построить преобразователь тока в напряжение (называемый преобразователем I/V) несложно. Ток проходит через резистор, а операционный усилитель определяет и усиливает напряжение на резисторе.Значение резистора рассчитывается для обеспечения желаемого коэффициента масштабирования. Например, если максимальный ток контура составляет 20 мА, а желаемая шкала напряжения достигает 10 В, необходим резистор 500×.

 

Что такое источник напряжения и источник тока — идеально и практично

A Источник — это устройство, которое преобразует механическую, химическую, тепловую или другую форму энергии в электрическую. Другими словами, источник – это активный элемент сети, предназначенный для выработки электрической энергии.

В электрической сети имеются различные типы источников: источник напряжения и источник тока. Источник напряжения имеет вынуждающую функцию ЭДС, тогда как источник тока имеет вынуждающую функцию тока.

Комплектация:

Источники тока и напряжения далее классифицируются как идеальный источник или практичный источник.

Источник напряжения

Источник напряжения представляет собой двухполюсное устройство, напряжение которого в любой момент времени является постоянным и не зависит от потребляемого от него тока.Такой источник напряжения называется идеальным источником напряжения и имеет нулевое внутреннее сопротивление.

Практически невозможно получить идеальный источник напряжения.

Источники, имеющие некоторое внутреннее сопротивление, известны как Практический источник напряжения . Из-за этого внутреннего сопротивления; происходит падение напряжения, что приводит к уменьшению напряжения на клеммах. Чем меньше внутреннее сопротивление (r) источника напряжения, тем ближе он к идеальному источнику.

Символическое изображение идеального и практичного источника напряжения показано ниже.

На приведенном ниже рисунке А показана принципиальная схема и характеристики идеального источника напряжения:

На рис. B, показанном ниже, показаны принципиальная схема и характеристики практического источника напряжения:

.

Примером источников напряжения являются батареи и генераторы переменного тока.

Источник тока

Источники тока подразделяются на идеальные и практичные источники тока.

Идеальный источник тока представляет собой элемент схемы с двумя выводами, который подает одинаковый ток на любое сопротивление нагрузки, подключенное к его выводам. Важно иметь в виду, что ток, подаваемый источником тока, не зависит от напряжения на клеммах источника. Обладает бесконечным сопротивлением.

Практический источник тока представлен как идеальный источник тока, соединенный параллельно с сопротивлением. Символическое представление показано ниже:

Рисунок C, показанный ниже, показывает его характеристики.На рисунке D, показанном ниже, показаны характеристики практического источника тока.

Примером источников тока являются фотоэлементы, коллекторные токи транзисторов.

Пример источника напряжения и тока, свойства, отличие

Эй, в этой статье мы собираемся обсудить источник тока и источник напряжения. Источники напряжения и тока — это тип источников электроэнергии для управления электрической нагрузкой. Источники электрической энергии являются активными устройствами и могут быть зависимыми или независимыми.Итак, здесь мы обсудим пример источника тока и напряжения, свойства, типы и разницу между ними. Помните, что концепции источника напряжения и тока отличаются как с практической, так и с идеальной точек зрения. Хотя в реальном мире нет идеальных источников, мы должны обсудить это для лучшего понимания.


Что такое источник напряжения?

Идеальный источник напряжения — это источник электроэнергии, который всегда обеспечивает или поддерживает постоянный уровень напряжения независимо от отдаваемого им тока.Хотя идеального источника не существует, а практические источники напряжения никогда не поддерживают точно постоянный уровень напряжения. В идеальном источнике напряжения нет концепции короткого замыкания. Потому что в случае короткого замыкания напряжение на источнике напряжения будет равно нулю, что не поддерживает определение идеального источника напряжения.

Возможны различные типы источников напряжения, такие как идеальные источники напряжения, практические источники напряжения, зависимые источники напряжения, независимые источники напряжения, управляемые источники напряжения.

Свойства источника напряжения

1. Идеальный источник напряжения всегда обеспечивает постоянное напряжение независимо от потребляемого от него тока.

2. Идеальное напряжение имеет нулевое внутреннее сопротивление, но в реальном мире не существует идеального источника напряжения, поэтому практический источник напряжения имеет некоторое сопротивление, но оно очень низкое по сравнению с сопротивлением нагрузки.

3. В практическом источнике напряжения напряжение на клеммах всегда ниже фактического напряжения, генерируемого источником, из-за его внутреннего сопротивления.

4. В практическом источнике напряжения уровень напряжения меняется в зависимости от отдаваемого им тока.

5. Поскольку источник напряжения всегда обеспечивает постоянное напряжение, то потребляемый от источника ток зависит от внешней цепи или нагрузки, и любой ток может потребляться от источника напряжения.

6. Падение напряжения зависит от тока, потребляемого нагрузкой, и сопротивления нагрузки или сопротивления компонентов цепи.

Пример источника напряжения

Некоторые примеров источника напряжения : батарея (источник постоянного тока), генератор переменного тока (источник переменного тока), генератор постоянного тока (источник постоянного тока)

Что такое источник тока?

Источник тока — это источник электроэнергии, который всегда имеет постоянный ток независимо от напряжения на нем или без изменения уровня напряжения.Здесь также доступна практичная и идеальная концепция, такая как источник напряжения. Идеальный источник тока с бесконечным внутренним сопротивлением гайки практически невозможен. Практический источник тока имеет очень высокое внутреннее сопротивление, но оно конечно. Источник тока всегда имеет замкнутую цепь только потому, что если цепь разомкнута, ток не будет течь или ток будет равен нулю.

Источники тока также могут быть различных типов, таких как — зависимые источники тока, независимые источники тока, практические источники тока, идеальные источники тока

Свойства источника тока

1. Идеальный источник тока имеет бесконечное внутреннее сопротивление, а реальный источник тока имеет очень высокое внутреннее сопротивление.

2. Источник тока является двойным источником напряжения.

3. Напряжение на источнике тока зависит от внешней цепи и нагрузки.

4. Поскольку источник тока всегда обеспечивает постоянный ток, падение напряжения или потребляемая мощность зависят от сопротивления нагрузки и компонента цепи.

Примеры источников тока

На самом деле надежных источников тока нет. Источник тока можно сделать, подключив последовательно к источнику напряжения очень высокое сопротивление. Примерами источников тока являются: вторичный ток в трансформаторе тока, солнечных панелях, полупроводниковых устройствах и т. д.

Разница между источником напряжения и источником тока

Источник напряжения

Источник тока

Всегда обеспечивает постоянное напряжение независимо от тока

Всегда обеспечивает постоянный ток независимо от напряжения

Имеет ноль или очень низкое внутреннее сопротивление

Он имеет бесконечное или очень высокое внутреннее сопротивление

Напряжение падение зависит от сопротивления нагрузки и тока

Напряжение падение зависит от сопротивления нагрузки

Загрузка сопротивление всегда выше внутреннего сопротивления

Загрузка сопротивление всегда ниже внутреннего сопротивления

Читайте также:  

Благодарим Вас за посещение сайта.продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

Источники тока — Electronics-Lab.com

Введение

В продолжение учебника по источникам напряжения мы представляем в этой статье источников тока , которые являются вторым типом источников электричества, которые мы рассмотрим.

Аналогично тому, что было сделано для источников напряжения, мы сначала введем понятие идеальных источников тока , где обсуждаются их особенности и характеристики.

Однако в реальных цепях идеальные источники тока не могут быть найдены, так как в этой модели появляются некоторые парадоксы и невозможности. Мы различаем эти практические источники как реальных источников тока , и мы увидим, каковы их отличия от идеальной модели. Правила взаимосвязи между двумя или несколькими источниками тока также обсуждаются далее в том же разделе.

Наконец, последний раздел подробно описывает зависимых источников тока , которые являются источниками тока, управляемыми напряжением или током.

Презентация

Идеальный источник тока — это устройство, которое может обеспечивать постоянное и стабильное значение тока независимо от напряжения, которое необходимо обеспечить для конкретной выходной нагрузки. Идеальные источники тока представлены двойным кругом или стрелкой внутри круга, как показано на Рисунок 1 ниже:

рис. 1: Идеальный источник тока, питающий нагрузку с импедансом Z (слева) и связанная с ним характеристика напряжения/тока (справа)

Характеристика идеального источника тока иногда представляется как I=f(V), так как приведенное выше представление Рисунок 1 , строго математически говоря, является не функцией, а распределением.

Реальные источники тока

Внутренние потери мощности, происходящие в источнике тока, можно смоделировать с помощью резистора (R S ), подключенного параллельно. ВАХ больше не является плоской, но, например, для источников напряжения, корректируется с наклоном значения -1/R с , как показано на рисунке 2 :

. рис. 2: Реальный источник тока, питающий нагрузку с импедансом Z (слева) и связанная с ним вольт-амперная характеристика (справа)

Можно 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 при включении источников тока в цепь необходимо помнить о некоторых правилах подключения.

Прежде всего, клеммы источника тока нельзя размещать в разомкнутой цепи:

рис. 3: Источник тока в разомкнутой цепи, запрещенное подключение

Сопротивление разомкнутой цепи равно +∞, когда источник дает ток, не равный нулю, величина напряжения стремится к +∞, что невозможно.На практике напряжение будет увеличиваться до значения пробоя , заставляя воздух/вакуум между клеммами источника становиться проводящими. Это явление часто приводит к разрушению источника или хотя бы одного из его компонентов.

Кроме того, запрещается последовательное соединение двух или многих источников тока, даже если оба источника обеспечивают одинаковое значение тока.

рис. 4: Источники тока в последовательной конфигурации, запрещенное подключение

Причина, по которой этот тип соединения не разрешен, заключается в том, что эквивалентную схему нельзя предсказать: добавятся ли источники или эффективно будет работать только один?

Ток в ветви цепи может принимать только одно значение, не может быть наложения многих токов.

Наконец, параллельное объединение источников тока абсолютно разрешено и рекомендуется для получения более высокого выходного тока:

рис. 5: Источники тока в параллельной конфигурации, допустимое подключение

Как показано во второй схеме 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 , а 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, управляемые напряжением (VCCS) и Источники тока, управляемые 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 с регулируемым напряжением

Для этого типа зависимого источника тока характер входного сигнала (напряжение) отличается от выходного (ток), коэффициент связи обозначен σ=1/R и представляет проводимость в Сименсах (См) или Ом -1 .

Мы проиллюстрируем, как может выглядеть простая схема, содержащая VCCS, на Рис. 7 и покажем, как вычислить ее вход.

Рис. 7: Цепь VCCS

Поскольку источник напряжения V 1 питает делитель напряжения 1 кОм/1 кОм, вход VCCS определяется выражением V IN =V 1 /2=5 В. Поскольку усиление ВСУ 0,2 С, выходной ток зависимого источника I S =0,2×В IN =1 А . Выходное напряжение просто вычисляется путем применения закона Ома к резистору R 3 , получаем В S = I S × R 3 = 200 В .

Примером VCCS является усилитель MOSFET, который представляет собой транзистор на основе эффекта напряжения:

Рис. 8: Пример VCCS, MOSFET обеспечивает выходную нагрузку R L

В качестве VCCS усилитель MOSFET принимает на вход напряжение, известное как напряжение затвора , и обеспечивает выходной ток, известный как ток стока .

Мы можем утверждать, что МОП-транзистор действительно является источником тока, взглянув на его характеристику I D =f(V DS ):

рис. 9: Выходная характеристика MOSFET

В зависимости от управляющего напряжения 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 и вход, и выход имеют одинаковую природу (токи), поэтому коэффициент усиления представляет собой безразмерную величину, обозначенную k .

Мы снова проиллюстрируем аналогичную схему, которая интегрирует CCCS, чтобы прояснить, как получить выходные величины:

Рис. 10: Цепь CCCS

Входной ток, управляющий CCCS, определяется здесь непосредственно законом Ома: I IN =V 1 /(R 1 +R 2 )=5 мА .Выходной ток получается путем умножения входного тока на коэффициент усиления k, I S =k.I IN =3 мА . Наконец, выходное напряжение снова определяется применением закона Ома к резистору R 3 , В S = I S × R 3 = 0,6 В .

Примерами CCCS являются усилители на основе биполярных транзисторов (BJT), читатель может обратиться к руководствам по усилителю с общим эмиттером и усилителю с общим коллектором, чтобы получить более подробную информацию.

Рисунок 11 представляет собой график выходной характеристики в коллекторной ветви (C) для нескольких токов базы команд (I B ):

рис. 11: ВАХ биполярного транзистора

. Мы снова обнаруживаем плоскую ВАХ после определенного значения напряжения, типичного для источника тока, точно такого же, как для усилителя на МОП-транзисторах.

Заключение

Чтобы концептуализировать источники тока, мы сначала представили идеальных источников тока , которые не являются реальными 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 вольт-амперной характеристике, которая предполагает, что может быть обеспечена бесконечная мощность.

Реальные источники тока, однако, имеют небольшой наклон в своей ВАХ для учета внутренних потерь мощности. Значение этого наклона определяется проводимостью сопротивления источника, расположенного параллельно источнику.Сопротивление источника физически не присутствует в устройстве, это скорее способ объяснить и упростить расчеты.

Более того, мы видели, что при проектировании цепей, включающих в себя источники тока, необходимо учитывать некоторые правила подключения. Размещение источника тока в разомкнутой цепи и объединение двух или более источников не рекомендуется. Однако параллельное соединение допустимо, поскольку это полезный метод, который может увеличить выходной ток.

Наконец, мы видели, что некоторыми специальными источниками тока можно управлять с помощью внешней величины схемы. Они известны как зависимых источников , а для текущих источников существует два типа:

  1. Источники тока, управляемые напряжением (VCCS)
  2. Источники тока с регулируемым током (CCCS)

Типичными примерами токозависимых источников являются MOSFET (VCCS) и BJT транзисторы (CCCS).

.

0 comments on “Как обозначается источник тока: Как обозначается источник тока в физике буква

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.