Источник тока

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока[1]
Рисунок 2.1 — Обозначение на схемах источника тока
Рисунок 3 — Генератор тока типа токовое зеркало, собранный на биполярных транзисторах

Исто́чник то́ка (также генератор тока) — двухполюсник, который создаёт ток I=I_k, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники электроэнергии по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока.

На рисунке 1 представлена схема замещения биполярного транзистора, содержащая источник тока (с указанием S·Uбэ; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока), генерирующий ток S·Uбэ, т. е. ток, зависящий от напряжения на другом участке схемы.

Свойства[править | править вики-текст]

Идеальный источник тока[править | править вики-текст]

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

U = \mathcal{I} \cdot R

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

P = \mathcal{I}^2 \cdot R

Так как для источника тока \mathcal{I} = \text{const}, напряжение и мощность, выделяемая им, неограниченно растут при росте сопротивления.

Реальный источник тока[править | править вики-текст]

Реальный источник тока, так же как и источник ЭДС, в линейном приближении может быть описан таким параметром, как внутреннее сопротивление r. Отличие состоит в том, что чем больше внутреннее сопротивление, тем ближе источник тока к идеальному (источник ЭДС, наоборот, тем ближе к идеальному, чем меньше его внутреннее сопротивление). Реальный источник тока с внутренним сопротивлением r эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление r и ЭДС \mathcal{E} = \mathcal{I} \cdot r.

Напряжение на клеммах реального источника тока равно:

U = \mathcal{I} \frac{R \cdot r}{R + r} = \mathcal{I} \frac{R}{1 + R/r}

Сила тока в цепи равна:

I = \mathcal{I} \frac{r}{R + r} = \mathcal{I} \frac{1}{1 + R/r}

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:

P = \mathcal{I}^2 \frac{R}{\left(1 + R/r \right)^2}

Примеры[править | править вики-текст]

Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( t \ll \frac{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) ведёт к пробою зазора .

Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник тока, только не постоянного, а переменного. Поэтому размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо; вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки без отключения линии эту обмотку предварительно шунтируют.

Применение[править | править вики-текст]

Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. Например, реальные генераторы тока создают электрический ток только в некотором диапазоне напряжений, верхний порог которого зависит от напряжения питания источника. Таким образом, реальные источники тока имеют ограничения по нагрузке.

Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике, например, для питания измерительных мостов, для питания каскадов дифференциальных усилителей, в частности операционных усилителей.

Концепция генератора тока используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Для описания активных элементов для них вводятся эквивалентные схемы, содержащие управляемые генераторы:

Примечания[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

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