Источник напряжения

Источник напряжения представляет собой двухполюсное устройство , которое может поддерживать фиксированное напряжение . ^[1] Идеальный источник напряжения может поддерживать фиксированное напряжение независимо от сопротивления нагрузки или выходного тока . Однако реальный источник напряжения не может обеспечивать неограниченный ток.

Источник напряжения является двойником источника тока . Реальные источники электрической энергии, такие как батареи и генераторы , могут быть смоделированы для целей анализа как комбинация идеального источника напряжения и дополнительных комбинаций элементов импеданса .

Идеальные источники напряжения

Идеальный источник напряжения — это двухполюсное устройство, поддерживающее фиксированное падение напряжения на своих клеммах. Его часто используют как математическую абстракцию, упрощающую анализ реальных электрических цепей. Если напряжение на идеальном источнике напряжения может быть задано независимо от любой другой переменной в цепи, его называют независимым источником напряжения. И наоборот, если напряжение на идеальном источнике напряжения определяется каким-либо другим напряжением или током в цепи, его называют зависимым или управляемым источником напряжения . Математическая модель усилителя будет включать в себя зависимые источники напряжения, величина которых определяется, например, некоторым фиксированным соотношением с входным сигналом. ^[2] При анализе неисправностей электроэнергетических систем всю сеть взаимосвязанных источников и линий передачи можно с пользой заменить идеальным источником напряжения (переменного тока) и одним эквивалентным импедансом.


Идеальный источник напряжения	Идеальный источник тока

Управляемый источник напряжения	Контролируемый источник тока

Батарея ячеек	Одна ячейка

Символы, используемые для источников

Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю; он способен подавать или поглощать любое количество тока. Ток через идеальный источник напряжения полностью определяется внешней цепью. При подключении к разомкнутой цепи ток равен нулю, а значит, и мощности. При подключении к сопротивлению нагрузки ток через источник приближается к бесконечности, а сопротивление нагрузки приближается к нулю (короткое замыкание). Таким образом, идеальный источник напряжения может обеспечивать неограниченную мощность.

Если два идеальных независимых источника напряжения соединены напрямую параллельно , они должны иметь одинаковое напряжение; В противном случае это создает ошибку в логике, подобную записи уравнения $1=2$ .

Параллельно подключенные источники напряжения разделяют бремя тока: если точная копия напряжения подключена параллельно исходному, любой из них будет обеспечивать половину электрического тока , который обеспечивал бы исходный источник напряжения. В остальной части схемы ничего не изменилось: эти два источника напряжения вместе обеспечивают то же напряжение и тот же ток, что и исходный источник по отдельности.

Никакой реальный источник напряжения не является идеальным; все они имеют ненулевое эффективное внутреннее сопротивление, и ни один из них не может обеспечивать неограниченный ток. Однако внутреннее сопротивление реального источника напряжения эффективно моделируется при анализе линейных цепей путем последовательного объединения ненулевого сопротивления с идеальным источником напряжения ( эквивалентная схема Тевенена ).

Сравнение источников напряжения и тока

Большинство источников электрической энергии ( сеть , аккумулятор ) моделируются как источники напряжения.Идеальный источник напряжения не дает энергии , когда он нагружен разомкнутой цепью (т. е. с бесконечным импедансом ), но приближается к бесконечной энергии и току, когда сопротивление нагрузки приближается к нулю ( короткое замыкание ). Такое теоретическое устройство будет иметь 0 Ом, выходное сопротивление включенное последовательно с источником. Реальный источник напряжения имеет очень низкое, но ненулевое внутреннее сопротивление и выходное сопротивление , часто намного меньше 1 Ома.

И наоборот, источник тока обеспечивает постоянный ток, пока нагрузка, подключенная к клеммам источника, имеет достаточно низкий импеданс. Идеальный источник тока не будет обеспечивать энергию короткого замыкания и будет приближаться к бесконечной энергии и напряжению, когда сопротивление нагрузки приближается к бесконечности (разомкнутая цепь). Идеальный бесконечное источник тока имеет выходное сопротивление параллельно с источником. Реальный источник тока имеет очень высокое, но конечное выходное сопротивление . Для транзисторных сопротивление в несколько МОм источников тока типично (на низких частотах).

Поскольку идеальных источников любого типа не существует (все реальные примеры имеют конечное и ненулевое полное сопротивление источника), любой источник тока можно рассматривать как источник напряжения с тем же полным сопротивлением источника , и наоборот. Иногда говорят, что источники напряжения и источники тока являются двойниками друг друга, и любой неидеальный источник можно преобразовать из одного в другой, применив теорему Нортона или теорему Тевенена .

Ссылки и примечания

^ Введение в электронику
^ KCA Smith, RE Alley, Электрические цепи: введение , Cambridge University Press, 1992 ISBN 0-521-37769-2 , стр. 11–13.

См. также

[1] Введение в электронику

[2] KCA Smith, RE Alley, Электрические цепи: введение , Cambridge University Press, 1992 ISBN 0-521-37769-2 , стр. 11–13.

[1]

[2]