Источник тока

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

Исто́чник то́катеории электрических цепей) — двухполюсник, создающий в нагрузке электрический ток, причем сила тока не зависит от сопротивления нагрузки. Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока. Источник тока — модель реального источника электроэнергии или часть такой модели.

В быту «источником тока» называют реальные устройства-источники электрической энергии, например, батарейку (гальванический элемент, аккумулятор), электрогенератор, вторичный источник электропитания, электросеть 220 В и даже настенную розетку такой электросети. Некорректность состоит в смешении понятий реального объекта (источника электроэнергии) и его модели. Кроме того, с точки зрения теории электрических цепей, по своим техническим характеристикам большинство бытовых «источников тока» гораздо ближе к другой, противоположной источнику тока модели — источнику ЭДС. К модели источника тока близки, например, зарядные устройства аккумуляторов, узлы питания (балласты) газоразрядных и светодиодных ламп.

Свойства[править | править вики-текст]

Источник тока[править | править вики-текст]

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

U = I \cdot R

Мощность, отдаваемая источником тока в нагрузку,

P = I^2 \cdot R

Поскольку для источника тока I = \text{const}, 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 вики-текст]

Любой реальный источник тока (не путать с описанным выше источником тока — моделью!) 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.