Что такое идеальный источник тока

Чтобы электрический прибор мог работать, он должен получать питание от источника тока. Идеальным называют источник с нулевым внутренним сопротивлением. Но подобного устройства на практике не существует. Оно является физической абстракцией и обычно используется лишь при расчете электроцепей.

Виды реальных источников тока

Что такое идеальный источник тока

Реальный источник тока представляет собой объект, в котором происходят сложные процессы. Чтобы упростить ситуацию, выгодно использовать идеальную абстракцию. Её особенность заключается в том, что она обладает только строго определёнными свойствами. Такой подход позволяет упростить проведение расчётов и при этом обеспечивает получение данных имеющих необходимую точность.

Определение реального ИТ

Идеальным может быть не только источник тока, но и напряжения. В первом случае рассматривается активный элемент, обеспечивающий нужную силу электротока между его клеммами. При этом принято считать ток абсолютно не зависящим от напряжения. Он может иметь любую, наперёд заданную форму. Идеальный ИТ обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением.

Отличие идеального ИТ от реального

Идеальный источник напряжения обеспечивает на своих клеммах разность потенциалов, не зависящую от электротока, протекающего в цепи. У этого источника отсутствует внутреннее сопротивление. В реальности у любого источника ЭДС такое сопротивление есть и в этом заключается отличие реального источника ЭДС от идеального.

Зависимость между электронапряжением на зажимах ИТ и электротоком принято называть внешней характеристикой. Ее график для идеального ИН выражается прямой, параллельной оси токов. Внешняя характеристика идеального ИТ — это параллельная прямая с осью напряжений.

Идеальные источники тока и напряжения и их ВАХ

Важно отметить, что идеализированное отображение источников питания имеет существенные недостатки. В качестве примера можно рассмотреть следующую ситуацию. Представим себе цепь с идеальным источником тока, в которой присутствует только нагрузка.

Если повышать величину сопротивления, то выделяемая на резисторе мощность также будет увеличиваться. В рассматриваемой идеализированной ситуации таким образом можно получить бесконечную мощность. Но на практике это невозможно, поскольку мощность любого источника энергии — это величина конечная.

Идеальный ИТ с внешней нагрузкой

Следует различать неуправляемые (независимые) источники и управляемые (зависимые) источники. У неуправляемого идеального источника тока параметры не зависят от того, что происходит в электроцепи. Характеристики управляемого устройства представляют собой функцию от электротока или электронапряжения определённого участка схемы.

На практике управляемые источники тока — это устройства с четырьмя клеммами. На одну пару клемм подаётся управляющий ток или напряжение, а с других двух клемм снимают идеальные параметры, являющиеся функцией входной характеристики. Существует четыре типа подобных узлов:

  • Источник напряжения, управление которого осуществляется напряжением. Такой источник сокращенно называется ИНУН. Это вариант (а). Входной сигнал поступает на клеммы, расположенные слева. Напряжение на клеммах справа — это функция управляющего напряжения.
  • Источник напряжения, управление которого осуществляется током (ИНУТ). На схеме (б) видно, что на входные клеммы поступает управляющий ток, а справа снимается напряжение, являющееся функцией тока.
  • Источник, управление которого осуществляется током, являющимся функцией от управляющего напряжения (ИТУН). Вариант (в).
  • Источник, управление которого осуществляется током, являющимся функцией от управляющего тока (ИТУТ). Вариант (г).

Виды управляемых идеальных источников

Чем идеальный источник отличается от реального

Когда рассматривается идеальный источник тока, предполагается, что он обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением. Поэтому на его ток не оказывают влияние те параметры внешней электроцепи, от которых зависит напряжение на зажимах устройства. Реальный элемент питания ведёт себя по-другому: чем больший ток в нем, тем меньше разность потенциалов.

Это можно объяснить следующим образом. Ток представляет собой упорядоченное движение зарядов. Когда источник тока подсоединён к электрической цепи, то электроны перемещаются с одной клеммы на другую. Если ток в цепи сильный, электродвижущая сила хуже справляется с перемещением носителей внутри батареи. Это приводит к уменьшению разности потенциалов.

Параметры идеальных и реальных источников питания

При подключении электроприборов к электросети они создают для неё нагрузку. Если она значительная, то происходит изменение напряжения и силы тока, с которыми оборудование работает.

Когда рассматривается идеальный источник, то сила тока остаётся не зависящей от напряжения. В большинстве случаев речь идёт о постоянной силе тока, хотя она может изменяться в соответствии с произвольной, заранее определённой функцией. Наличие постоянной характеристики позволяет упростить расчёт схемы.

В реальности идущий по цепи ток зависит от нагрузки. Если она уменьшится, то сила тока может резко возрасти. Этот эффект называется коротким замыканием. Чтобы избежать этого, используют предохранители. Если ток слишком высокий, то выделяется большое количество тепловой энергии. Это приводит к тому, что предохранитель плавится и цепь разрывается.

При внезапном увеличении силы тока может произойти авария, но чрезмерное его уменьшение также способно стать причиной нештатной ситуации. Например, может оказаться, что сила тока недостаточна для нормальной работы прибора.

Как используются идеальные источники

Идеальные схемы иногда используются, когда требуется провести точный расчет реальных электрических приборов. В таких ситуациях замещение производится по строго определённым правилам. Их важно соблюдать, чтобы полученный результат обладал требуемой точностью. Такая замена допустима не во всех случаях, а для очень ограниченного диапазона электротоков и электронапряжений.

Например, управляемые источники нашли применение при построении замещающих схем таких полупроводниковых устройств, как транзисторы. В частности ИТУН можно увидеть в схеме замещения полевого транзистора.

Схема замещения полевого транзистора

Невозможно построить идеальный ИТ с бесконечно большим внутренним сопротивлением. Но на практике могут применяться устройства, созданные на транзисторах. Их внутреннее сопротивление достигает довольно больших величин. С использованием подобных источников тока строятся схемы дифференциальных и операционных усилителей, цифро-аналоговых преобразователей.

Видео по теме

Adblock
detector