Источник тока

Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока

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 напряжения 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·U_бэ; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока), генерирующий ток S·U_бэ, т. е. ток, зависящий от напряжения на другом участке схемы.

Свойства

Идеальный источник тока

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

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, чем ближе к идеальному, тем 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

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

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:

• Источник тока, управляемый напряжением (сокращенно ИТУН)
• Источник тока, управляемый током (сокращенно ИТУТ)

См. также

• Источник питания
• Источник ЭДС
• Закон Ома
• Метод узловых потенциалов
• Метод контурных токов
• Химические источники тока

Литература

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