Неидеальный источник тока это

Неидеальный источник тока это

Идеальный источник напряжения и идеальный источник тока.

Идеальными источниками напряжения и тока являются те теоретические устройства, которые могут обеспечивать постоянную номинальную мощность даже во время нагрузки и других операций. Ни один из реальных источников напряжения / тока не обеспечивает точную номинальную выходную мощность и не обеспечивает постоянного выходного значения. Многие проблемы реальной жизни, такие как падение внутреннего напряжения и колебания нагрузки.

Идеальное внутреннее сопротивление источника напряжения должно быть нулевым. Неидеальный источник напряжения имеет некоторое внутреннее сопротивление последовательно. Всякий раз, когда нагрузка подключена, наблюдается некоторое падение напряжения.

Идеальное значение тока внутреннего сопротивления должно быть равно нулю. Неидеальный источник тока имеет некоторое внутреннее сопротивление параллельно. Всякий раз, когда ток, подключенный к нагрузке, будет немного меньше номинального постоянного значения.

Идеальные источники будут обеспечивать требуемый ток и напряжение независимо (или независимо) от нагрузки, подключенной к нему.

Идеальный источник напряжения будет иметь нулевое последовательное сопротивление и не иметь внутреннего напряжения. Таким образом, он может доставлять постоянное напряжение и бесконечный ток.

Идеальный источник тока не будет иметь параллельного сопротивления, поэтому весь ток появляется на клеммах. Таким образом, он может доставлять постоянный ток и бесконечное напряжение.

Вот и все, что нужно сделать. Это просто определения.

Источник тока вводит постоянный ток в нагрузку. Предполагая, что нагрузка является резистором, тогда напряжение нагрузки будет I x R. Источник напряжения накладывает фиксированное напряжение на нагрузку. Предполагая, что нагрузка является резистором, ток будет V / R.

При идеальном источнике тока 1 А для резистора 100 000 Ом потребуется создать напряжение 100 000 В и подать нагрузочный резистор 100 000 Вт.

Аналогично, идеальный источник напряжения 100 В с нагрузкой 0,1 Ом должен обеспечивать ток 1000 А и 100 000 Вт.

Поскольку это большие числа (и ни в коем случае не ограничивающие — например, источник тока, приводящий в действие нагрузку разомкнутой цепи, должен обеспечивать бесконечное напряжение), реальные или неидеальные источники питаются от сети переменного тока или от батареи, неограниченной мощности и / или Напряжения выходят за рамки оборудования по разумным ценам.

Большинство реальных источников — источники питания . с режимами напряжения и тока, и они будут ограничены четырьмя значениями: полярность, общая мощность, напряжение и ток.

Кроме того, идеальный источник, подключенный к другому источнику с нагрузкой, может потребоваться для поглощения тока, а не источника для поддержания напряжения. Понижение — только способ инженера сказать, что ток будет отрицательным.

Большинство источников питания не будут потреблять ток, они не предназначены для этого. Более сложное устройство, называемое силовым операционным усилителем с биполярным выходным каскадом, требуется как для стока, так и для тока источника.

Особые характеристики источников идей:

• нулевое выходное сопротивление (источник напряжения) и бесконечное (это много) сопротивление источника (источник тока)
• Бесконечное соответствие напряжения (источник тока) или бесконечное соответствие тока (источник напряжения) — бесконечность очень большое число.
• способен генерировать и поглощать положительные и отрицательные токи или (VS) или качать положительные или отрицательные напряжения (CS)

Источник тока — это то, что может вызвать ток в любом компоненте. Идеально, когда это делается при каждом сопротивлении. Но реальный факт заключается в том, что вы не можете подать ток через диэлектрик или слишком дорогой резистор, потому что вам, возможно, придется поднять напряжение слишком высоко, и другие явления начнут происходить! (например, дуги, молнии, выбрасываемые электроны в виде плазмы и т. д.). Таким образом, идеального источника тока не существует, но реальный имеет ограниченный диапазон напряжений, которые он может подавать, и чем-то вроде реального внутреннего сопротивления, чем выше значение, тем лучше этот конкретный источник тока. Например: сток МОП-транзистора или JFET-транзистора, коллектор биполярного транзистора или анод трубки (пентод / тетрод) являются хорошими моделями классических и практических источников активного тока. И их внутреннее сопротивление является одной из переменных, чтобы увидеть, лучше или хуже приближается к идеалу. Вы также можете сделать один с высоким сопротивлением и высоким напряжением, но это непрактично из-за вышеупомянутых вещей.

Существует два типа источников: источник напряжения и источник тока. И мы также знаем закон Ома, который V = IR.

Идеальный источник напряжения — это источник напряжения, который поддерживает постоянное напряжение на своих клеммах независимо от того, какой ток от него. Идеальный источник напряжения будет иметь нулевое внутреннее сопротивление.

Таким образом, идеальный источник напряжения может полностью сбросить все свое напряжение на нагрузке. И, следовательно, внутренняя энергия не теряется. Теперь попробуйте измерить батарею 9 В с помощью мультиметра. Это дает точное 9V . Возможно нет. Показания напряжения варьируются + или — Некоторые вольт, что принимается за ошибку. Эта ошибка — прекрасный пример, который говорит нам, что ни один источник видеозаписи не идеален.

Идеальный источник тока — это источник тока, в который можно подавать постоянный ток независимо от падения напряжения в цепи. Идеальный источник тока будет иметь бесконечное внутреннее сопротивление.

Причиной бесконечного сопротивления является то, что ток протекает только через канал с наименьшим сопротивлением. Таким образом, чтобы ток мог течь от источника к нагрузке, сопротивление источника должно быть намного — намного — выше, чем сопротивление нагрузки. Только тогда мы можем ожидать больше тока от источника. Приведенным выше объяснением мы можем убедиться, что идеального источника тока не существует.

Источник

Какие существуют виды источников электрического тока?

Источник электрического тока – это устройство, с помощью которого создаётся электрический ток в замкнутой электрической цепи. В настоящее время изобретено большое количество видов таких источников. Каждый вид используется для определённых целей.

Виды источников электрического тока

Существуют следующие виды источников электрического тока:

• механические;
• тепловые;
• световые;
• химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

1. Гальванические
2. Аккумуляторы
3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

1. Солевые;
2. Щелочные;
3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

1. Свинцово-кислотные;
2. Литий-ионные;
3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.

Источник

Источник ЭДС. Идеальный и реальный источники.

Источник ЭДС это активный элемент цепи, который имеет два вывода. Напряжение на этих выводах не зависит от сопротивления цепи, в которую он включен. То есть независимо от того какой ток будет создавать источник ЭДС в цепи напряжение на его выводах не изменится.

Считается, что внутри источника ЭДС отсутствуют пассивные элементы, такие как активное сопротивление, индуктивность и емкость. То есть можно сказать, что внутренне сопротивление источника ЭДС равно нулю.

Как всем известно, в пассивных элементах схемы ток протекает от большего потенциала к меньшему. В источнике ЭДС процесс идет в обратном направлении. Внутренние силы источника будь то химические как в батарейке или механические как в динамо машине совершают работу по перемещению зарядов от отрицательного полюса к положительному.

Идеальный источник ЭДС в природе не существует. И в правду трудно себе представить такой источник. В котором при замыкании его выводов между собой, нулевым сопротивлением, возникнет бесконечно большой ток. Это видно из закона Ома. I=U\R при R=0 получим I=U/0.

В реальных же источниках ЭДС всегда присутствует внутренне сопротивление. Таким образом, при замыкании выводов между собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении уравновешивает ЭДС источника. Следовательно, ток короткого замыкания будет иметь какую-то конечную величину.

На схеме реальный источник обозначается как источник ЭДС с включенным последовательно сопротивлением. Его значение подбирается так чтобы отобразить поведение реального источника. Как правило, величина этого внутреннего сопротивления ничтожна, мала и может не браться в рассмотрение. Хотя все зависит от поставленной задачи и конкретной цепи.

ВАХ идеального источника ЭДС показана на рисунке 2. Как видно при изменении тока в цепи напряжение остается неизменным.

Вольтамперная характеристика реального источника показана на рисунке 3.

При увеличении тока в цепи происходит снижение ЭДС участок ac. Участок ab равен падению напряжения на внутреннем сопротивлении. ab=IR. Участок bc равен току в цепи. Следовательно, тангенс угла альфа будет равен внутреннему сопротивлению tga=R.

Источник



Классификация элементов.

линейные(с постоянными параметрами) инелинейные(с параметрами, зависящими от токов и напряжений); соответственно различают линейные и нелинейные цепи;

элементы с параметрами, зависящими от времени – параметрические элементы; иначе элементы называютвремя-инвариантными.

Элементы с сосредоточенными параметрами– если ток через любое сечение элемента неразветвленной ветви в любой момент времениt остается постоянным, т.е.. Если же ток зависит от координаты, то имеем дело с элементами с распределенными параметрами.

Конечно, элементы могут комбинировать несколько свойств (линейные с сосредоточенными параметрами и т.п.).

Любая часть цепи, содержащая 2 зажима, называется двухполюсником.Двухполюсники бывают активные и пассивные. Пассивным принято считать двухполюсник, для которого

.

Математическое определение: активный двухполюсник содержит в своем составе нескомпенсированные источники энергии; пассивный не содержит источников энергии, либо они взаимно скомпенсированы.

Элементы, генерирующие энергию.

Идеальный источник ЭДСИдеальный источник тока

разность потенциалов на зажимах идеального источника ЭДСне зависит от величины и направления протекающего тока;

величина и направление тока в ветви с идеальным источником тока не зависит от разности потенциалов на зажимах источника.

Вольт-амперные характеристики идеальных источников:

Еще одна характеристика двухполюсника — . Для идеального источника ЭДС имеем: ток может иметь конечное приращение, а разность потенциалов = 0, поэтому. Для идеального источника тока – наоборот: внутреннее сопротивление, т.к.,.

Задача.

Представлены 2 источника энергии; по закону сохранения энергии, кто-то из них источник, кто-то – потребитель. Нужно указать, кто кем является в каждом из вариантов подключения.

Является элемент источником или потребителем — зависит от того, в каком направлении протекает через него ток, и какова разность потенциалов на его зажимах. Если ток протекает от большего потенциала к меньшему (от плюса к минусу), то элемент является потребителем. Если от минуса к плюсу – источником. На рисунках к задаче все показано.

Неидеальные (реальные) источники тока и эдс.

Реализовать идеальный источник тока или ЭДС на практике невозможно. Значит, неидеальные источники тока и ЭДС будут выглядеть следующим образом:

Неидеальный источник ЭДСНеидеальный источник тока

Посмотрим, как изменятся вольт-амперные характеристики. Теперь для неидеального источника ЭДС в зависимости от протекающего тока разность потенциалов будет меняться. Очевидно, будет наблюдаться падение напряжения (ток через внутреннее сопротивление течет от + к –). Значит и характеристика будет падающей. Аналогично для неидеального источника тока, падение напряжение будет происходить на внутренней проводимости.

Заметим, что характеристики неидеальных источником тока и ЭДС практически ничем не отличаются, разве что наклоном к вертикали. Этого достаточно, чтобы преобразовать неидеальный источник ЭДС в неидеальный источник тока, и наоборот. Построим по двум известным точкам (значения тока и напряжения на координатных осях) общую прямую для неидеальных источников:

При совпадении характеристик мы получаем, что . Т.е. мы можем преобразовать неидеальный источник ЭДС в неидеальный источник тока, и наоборот. Идеальный источник тока к идеальному источнику ЭДС и наоборот преобразовать невозможно.

Это есть пример эквивалентного преобразования элементов. Преобразование считается эквивалентным, когда для внешней цепи токи, напряжения и мощности (внешние характеристики) сохраняются. С внутренними дело обстоит несколько по-другому. Рассмотрим этот случай.

Возьмем цепи, состоящие из неидеальных источников (тока и напряжения) и нагрузки.

В случае для источника ЭДС ток через нагрузку , значит, мощность, которая выделяется на нагрузке, равна:

.

Теперь рассмотрим аналогичную схему с источником тока. По нашему эквивалентному преобразованию, . Тогда ток, который будет протекать через нагрузку, будет равен

.

Тогда для мощности получаем:

Т.е. при таком изменении сохранились напряжение и мощность на нагрузке.

Посмотрим, что происходит с внутренними соотношениями. Для этого вычислим мощность, выделяющуюся на внутреннем сопротивлении источников.

В первом случае (для источника ЭДС ):

Во втором случае (для источника тока )

Если , то внутренние соотношения при эквивалентном преобразовании цепей в общем случае не сохраняются.

Источник