Русская Википедия:Источник тока
Исто́чник то́ка — в теории электрических цепей — представляет собой активный элемент, с двумя зажимами (двухполюсник), ток которого не зависит от напряжения на его зажимах, это так называемый идеальный источник тока[1]. По другому определению, идеальный источник тока — элемент, который даёт во внешнюю цепь ток, сила которого не зависит от сопротивления нагрузки. Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление идеального источника тока равны бесконечности[2]. Идеальный источник тока — это источник бесконечной мощности[1]Шаблон:Переход.
В обиходе источниками тока иногда называют разные источники электрической энергии, хотя по своим параметрам они, как правило, ближе к идеальному источнику напряжения, например, гальванический элемент или электрический аккумуляторШаблон:Переход.
Понятие источник тока широко используется в полупроводниковой схемотехнике для схемных узлов, обеспечивающих питание нагрузки неизменным током[3]Шаблон:Переход. Понятие источник тока (как и источник напряжения) применимо также для цепей переменного тока[1].
Идеальный источник тока
Сила тока, текущего через идеальный источник тока, не зависит от сопротивления нагрузки (<math>R</math>):
- <math>I = \text{const}</math>
Мощность, отдаваемая источником в нагрузку:
- <math>P = I^2 \cdot R</math>
При неограниченном увеличении сопротивления нагрузки мощность, развиваемая идеальным источником тока, неограниченно возрастает, стремясь к бесконечности[1].
Реальный источник тока конечной мощности может быть представлен в виде идеального источника тока с подключённым к его зажимам пассивным элементом, характеризующим внутренние параметры реального источника[1].
Применение
Распространённые источники электрической энергии по своим параметрам, как правило, ближе к идеальному источнику напряжения, например, гальванический элемент, электрический аккумулятор или генератор постоянного пока с независимым возбуждением[1]. Так, внутреннее сопротивление химических источников электрической энергии обычно намного меньше сопротивления нагрузок, для которых они предназначены.
Иногда источник в зависимости от нагрузки проявляет себя и как источник напряжения (большое сопротивление нагрузки), и как источник тока (сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего сопротивления источника, соответственно, низкий КПД). Это может быть и гальванический элемент, и, например, солнечная батарея. Поскольку для солнечной батареи КПД — важный параметр, сопротивление нагрузки для неё выбирается так, чтобы значения выходного тока и напряжения находились в переходной зоне ВАХ между источником тока и источником напряжения.
В ряде применений требуется именно источник тока, например, источник для питания светодиода — нагрузки, имеющей малое активное сопротивление с существенной нелинейностью вольт-амперной характеристики (ВАХ) и её зависимостью от окружающей температуры. Неизменный (стабильный) ток нужен для питания соленоида, если заданы высокие требования к стабильности создаваемого им магнитного поля[4], для питания газоразрядных ламп, а также в электрохимии[5]. Управляемый источник тока используется в так называемой «токовой петле» в системах передачи данных.
Реализация
Некоторым подобием источника тока может служить устройство, состоящее, например, из аккумулятора (источник питания) и последовательно соединённого с ним резистора с сопротивлением намного больше сопротивления нагрузки. Для улучшения параметров такого источника тока — получения большого внутреннего сопротивления при относительно малом напряжении источника питания — вместо резистора применяют элементы и приборы с существенной нелинейностью ВАХ: бареттер, пентод[1], биполярный транзистор, полевой транзистор[6].
Промышленностью освоены электронные компоненты — двухполюсники с высоким внутренним сопротивлением, так называемые токоограничивающие диоды, или Шаблон:Iw[7][8]. Токоограничивающий диод не подходит для прецизионных приложений — разброс тока между устройствами одного типа достигает 10 %, температурный коэффициент примерно 1 %/°C. Токоограничивающие диоды изготавливаются для токов примерно от 0,05 до 22 мА и максимального рабочего напряжения до 100 В (минимальное рабочее напряжение от одного до нескольких вольт). Для увеличения тока в нагрузке несколько таких токоограничивающих диодов можно включить параллельно.
Если источник питания — сеть переменного тока, то для повышения КПД вместо описанных выше токозадающих элементов применяют балласт с реактивным сопротивлением в виде катушки индуктивности (дросселя).
Линейный стабилизатор тока
Источник стабильного тока может быть построен на микросхеме линейного стабилизатора напряжения (например, LM317) с отрицательной обратной связью по выходному току. Представленная схема поддерживает постоянное падение напряжения 1,25 В на включённом последовательно с нагрузкой резисторе 1,25 Ом, поэтому через резистор и нагрузку протекает постоянный ток 1 А. При входном напряжении 5 В стабилизация тока сохраняется в диапазоне выходного напряжения от нуля до 1,8 В. Недостаток схемы — большая потеря мощности в регулирующем устройстве (микросхеме).
Импульсный стабилизатор тока
Значительное уменьшение потерь мощности в регулирующем устройстве достигается применением импульсного стабилизатора тока, который в основном отличается от импульсного стабилизатора напряжения только построением цепи отрицательной обратной связи (по выходному току, а не по напряжению) и устройством защиты на выходе стабилизатора.
Полупроводниковая схемотехника
Источники тока широко используются для питания каскадов дифференциальных усилителей и других узлов операционных усилителей.
Так, для обеспечения правильной работы дифференциального усилительного каскада необходим источник неизменного постоянного тока. Сложные схемы дифференциального усилительного каскада могут содержать несколько источников постоянного тока. Основной схемной конфигурацией для источника тока является так называемое «токовое зеркало»[3].
В представленной схеме 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.
В электрических схемах кроме пассивных элементов используются идеализированные активные элементы в виде управляемых источников напряжения и тока, в том числе[6]:
- источники тока, управляемые напряжением:
- с незаземлённой нагрузкой,
- с заземлённой нагрузкой,
- на транзисторах с операционными усилителями,
- плавающие источники тока;
- источники тока, управляемые током.
Обозначения
Существуют различные варианты обозначений источника тока. Наиболее часто встречаются обозначения (a) и (b). Вариант (c) устанавливается ГОСТ[9] и IEC[10]. Стрелка в кружке указывает положительное направление тока в цепи на выходе источника. Варианты (d) и (e) встречаются в зарубежной литературе.
См. также
Примечания
Литература
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 3,0 3,1 Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 6,0 6,1 Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
- ↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
.svg){kind=link}
-Kennlinie.svg){kind=link}
