Источник тока

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Рисунок 1. Обозначение источника тока на схемах (вариант)

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

Свойства[править | править вики-текст]

Идеальный источник тока[править | править вики-текст]

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

U = I \cdot R

Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:

P = I^2 \cdot R

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

Реальный источник тока[править | править вики-текст]

Реальный источник тока в линейном приближении может быть описан при помощи внутреннего сопротивления r. Реальный источник представляется как идеальный источник тока, соединенный параллельно со внутренним сопротивлением. Можно показать, что реальный источник тока с внутренним сопротивлением r эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление r и ЭДС \mathcal{E} = I \cdot r.

Напряжение на клеммах реального источника тока равно

U_{\text{out}} = I \frac{R \cdot r}{R + r} = I \frac{R}{1 + R/r}.

Сила тока в цепи равна

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

Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна

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

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 вики-текст]

Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( t \ll 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 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 вики-текст]

Рисунок 2. Генератор тока типа «токовое зеркало», собранный на биполярных транзисторах

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:

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 вики-текст]

Существуют различные варианты обозначений источника тока. Наиболее часто встречаются обозначения (a) и (b). Вариант (c) устанавливается ГОСТ[1] и IEC[2]. Cтрелка 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.

Рисунок 3. Обозначения источника тока на схемах



Примечания[править | править вики-текст]

  1. ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
  2. IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application

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.