Что именно является источником тока?

Из определения источников тока я понял, что это источник, который подает постоянный ток на нагрузку, независимо от того, как меняются другие параметры (например, сопротивления) в цепи. Я прав?

Если я прав, то какой пример источника тока используется в практической схеме?

Википедия привела пример генератора Ван де Граафа в качестве источника постоянного тока. (Я не читал статью, потому что было примечание, что раздел, казалось, противоречил самому себе. Я не хотел запутываться.)

Я могу думать об источниках напряжения - например, о батарее, которая имеет постоянную разность потенциалов на своих концах, независимо от изменений в цепи, к которой она подключена, но я не могу думать об источнике тока. Любой пример, который я могу придумать, включает изменение тока при изменении сопротивлений.

Источник тока является двойным источником напряжения. Идеальный источник напряжения имеет нулевой выходной импеданс, поэтому напряжение не падает под нагрузкой. Он не должен быть замкнут, потому что в теории будет течь бесконечный ток.
Идеальный источник тока имеет бесконечный выходной импеданс. Это означает, что полное сопротивление нагрузки пренебрежимо мало и не повлияет на протекающий ток. Как источники напряжения не должны быть замкнуты, источники тока не должны оставаться открытыми. Открытый источник тока по-прежнему будет пытаться подать установленный ток, и теоретический источник тока перейдет к бесконечному напряжению.

изменить (после вашего комментария)
Здесь вы можете прочитать сопротивление как сопротивление. Если источник тока будет иметь ограниченное сопротивление, изменения нагрузки будут изменять ток, потому что общее сопротивление будет меняться. Вы этого не хотите. Таким образом, если сопротивление источника тока бесконечно, нагрузку можно игнорировать и сопротивление всегда остается неизменным (бесконечно). Поэтому ток тоже будет.

Практический источник тока может быть сконструирован следующим образом:

Один диод имеет такое же падение напряжения, что и переход база-эмиттер, поэтому другой диод устанавливает эмиттер транзистора примерно на 0,7 В. Фиксированное напряжение на фиксированном резисторе дает фиксированный ток эмиттера, который примерно равен току коллектора, если транзистор достаточно высок. (Строго говоря, это скорее источник тока, чем источник тока, но принцип остается тем же.) $H_{FE}$

Другой текущий приемник использует операционный усилитель в качестве элемента управления:

главное, что вам нужно знать об операционных усилителях в этой конфигурации, это то, что они будут пытаться поддерживать напряжение на обоих входах одинаковым. Итак, предположим, что вы установили в 1V, тогда операционный усилитель попытается сделать вход также 1V. Это делается путем ввода тока в базу транзистора. Это вызовет ток через нагрузку который (почти) равен . И является постоянным для получения 1 В через соответствии с законом Ома: $V_{SET}$-$I_{LOAD}$$I_{SET}$$I_{SET}$$R_{SET}$

$I_{SET} = \dfrac{V_{SET}}{R_{SET}}$

Поскольку и являются постоянными, то и будет постоянным. QED.$V_{SET}$$R_{SET}$$I_{SET}$

Прочитав ваши комментарии, я собираюсь сделать немного другой ответ на этот вопрос.

Что именно является источником тока? Это ничего, или, если выразиться немного лучше, это просто математическая модель. Тот, который вы описываете, не существует, так же как источник напряжения не существует.

Я думаю, что главная проблема здесь связана с этим утверждением: for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected toчто неверно. То, что это поведение идеальной батареи, которая реальна как идеальный источник тока и точно так же, как идеальный источник тока, не существует. Выход (и внутреннее состояние) каждой реальной батареи зависит от схемы, к которой она подключена.

Так почему у нас есть источники напряжения и тока? Идея заключается в том, что задача инженера состоит в том, чтобы создать устройство, которое делает что-то довольно хорошо, и, как выясняется, для полного понимания того, как не нужен каждый компонент, используемый в устройстве. Вот почему у нас есть такие вещи, как идеальные источники тока и напряжения.

Давайте вернемся к примеру с аккумулятором еще раз. Вот простой эксперимент, который я провел с имеющейся у меня литий-полимерной батареей: сначала я полностью зарядил батарею. Поскольку это двухэлементная батарея, ее напряжение при полной зарядке составляло 8,4 В, хотя ее номинальное напряжение составляло 7,4 В. Затем я подключил$100 \mbox{ } k\Omega$резистор к батарее. Его напряжение оставалось 8,4 В, и из этого я, пожалуй, могу заключить, что аккумулятор действительно является идеальным источником напряжения, поскольку я подключил к нему нагрузку, но его напряжение не изменилось. Затем я взял у меня электрический двигатель, подключил его к аккумулятору и снова измерил напряжение аккумулятора. На этот раз оно составляло 8,2 В. Очевидно, что двигатель повлиял на батарею, и он больше не является идеальным источником напряжения, хотя это та же батарея, что и раньше. Поэтому я отключил двигатель и подключил резистор снова и снова, напряжение на аккумуляторе было 8,4 В.

Так что здесь происходит? Является ли аккумулятор идеальным источником напряжения или нет? Ну, мы знаем, что это не потому, что я так сказал в начале ответа, но здесь я объясню, почему иногда кажется, что это так, а иногда кажется, что это не так. Как я уже сказал, источник напряжения - это математическая модель. Когда внешняя цепь не оказывает большого влияния на работу батареи, я могу использовать ее, а когда внешняя цепь оказывает большое влияние на батарею, я не могу ее использовать. Поэтому мы используем простую модель для представления поведения реальной схемы. Другой моделью было бы использование идеального источника напряжения с последовательно включенным резистором на его выходе. Когда я подключаю внешнюю нагрузку к этой цепи, некоторое напряжение на внутреннем резисторе будет падать, а внешний резистор будет видеть более низкое напряжение на выходе. Это позволяет мне снова использовать идеальный источник напряжения для представления батареи, и, поскольку я использую внутренний резистор вместе с идеальным источником напряжения, выход будет более точно отражать поведение реальной батареи. Если бы я хотел большей точности, я мог бы решить использовать более сложную модель и получить более точные результаты.

Важным моментом в электротехнике является изучение того, когда использовать правильную модель для представления чрезвычайно сложного компонента реальной схемы (и даже скромный резистор, если его детально проанализировать, является шедевром современной науки). Но чтобы сделать это, мы начнем с простых схем, чтобы мы могли узнать, как на самом деле работают простейшие математические модели.

Когда мы начнем анализ более сложных компонентов схемы, таких как, например, транзистор или диод, мы разберем их на простую схему, состоящую из таких вещей, как резисторы и идеальные источники тока и напряжения. Это позволит нам упростить поведение более сложного компонента и избежать детального анализа его работы, если для наших нужд достаточно простой модели.

Совершенно та же история работает для источников тока, но я решил не говорить об этом здесь, поскольку, как вы можете видеть из других ответов, схемы, которые можно смоделировать как идеальные источники тока, слишком сложны для понимания на данный момент.

Итак, подведем итог: нет реальных объектов, которые можно использовать для представления идеальных источников напряжения и тока, но есть некоторые объекты, которые могут быть (в некоторых случаях довольно близко) представлены идеальными источниками напряжения и тока. Лучшее, что вы можете сделать сейчас, - это правильно запомнить определения идеальных источников напряжения и тока, а не путать их с реальными объектами. Таким образом, вы не будете удивлены, если батарея не обеспечивает своего номинального напряжения или если цепь, обозначенная как идеальный источник тока, начинает курить в одной точке, хотя она должна быть полностью невосприимчива к внешним изменениям в цепи.

В качестве дополнительного примечания рассмотрим, что происходит с идеальным источником напряжения, когда его выходы закорочены, и что происходит с идеальным источником тока, когда его выходы открыты? И что происходит, когда вы закорачиваете батарею, и почему все батареи имеют предупреждение не замыкать выходные контакты?

Возможно, этот ответ поможет. Я говорю почти то же самое, что и AndrejaKo, но мой пост будет короче.

Как и источники напряжения, источники тока являются лишь теоретической конструкцией. Аккумуляторная батарея может быть достаточно близка к источнику напряжения, но это не совсем точно.

Однако, в отличие от источников напряжения, которые аппроксимируются батареями, нет простого компонента, который особенно хорошо приближается к общему источнику тока. Это не означает, что концепция бесполезна, так как многие схемы реального мира могут быть смоделированы с использованием этой концепции.

Я видел лабораторные источники питания, которые имеют две ручки, одна из которых регулирует напряжение, а другая регулирует ток. Чтобы использовать эти источники в качестве источника напряжения, вы просто устанавливаете ток на максимум и набираете нужное напряжение. До тех пор, пока для цепи не требуется ток, превышающий максимальный, источник питания будет обеспечивать выбранное вами напряжение. Чтобы использовать его в качестве источника тока, наберите максимальное напряжение и установите желаемый ток. Источник питания будет обеспечивать этот ток, пока для этого не требуется напряжение, превышающее максимальное.

Если это поможет вам понять:

Источник тока немного похож на батарею, которая будет регулировать свое собственное напряжение, чтобы гарантировать, что ток, протекающий через него, является выбранным вами значением.

Например, если у вас есть источник тока 1 А, и вы подключаете через него резистор 10 Ом, источник отрегулирует свое выходное напряжение до 10 Вольт, что обеспечивает пропускание 1 А через резистор.

Это все равно что сказать, что источник напряжения будет обеспечивать любой ток, необходимый для обеспечения постоянного напряжения.

Таким образом, источник тока будет обеспечивать любое напряжение, необходимое для обеспечения постоянного тока.

Это упрощенное объяснение, но я чувствую, что оно доходит до конца.

Источник тока - это цепь с идеально бесконечным выходным сопротивлением; как вы сказали, он дает (если возможно) один и тот же ток независимо от того, к чему он подключен.

Концепция действительно проста: если вы поместите ее в ветвь цепи, вы будете знать, что ток будет такой; но вы не можете знать напряжение на этом источнике, если не рассчитаете его, рассчитав падение на других компонентах.

Посмотрите на эту симуляцию, чтобы лучше понять концепцию. Включите и выключите выключатели и посмотрите, как течет ток от источника.

Источник тока может быть изготовлен с помощью токового зеркала , где два BJT-транзистора смещены с одинаковым напряжением базового эмиттера, чтобы дать одинаковый (ну, почти, разница составляет два базовых тока) ток коллектора. Затем одна нога зеркала смещается с фиксированной нагрузкой (часто резистором) для установки тока, а затем другая будет копировать его.

Эта схема может быть улучшена с помощью каскадного соединения (использование общих базовых транзисторов для увеличения выходного сопротивления) или других приемов, часто с использованием обратной связи.

Источники тока широко используются в операционных усилителях, где ступени усиления должны быть смещены с точными токами, чтобы обеспечить сбалансированное и более высокое усиление.

Солнечные панели действуют как источник тока в части их рабочей области. Посмотрите на эти характеристики:

Если вы подключите резистор 36 мОм к панели, 2.75A будет протекать через резистор, что приведет к падению напряжения на нем 0,1 В. Если вы теперь увеличите резистор до 150 мОм, ток останется постоянным при 2,75 А, а падение напряжения на резисторе увеличится до ~ 0,4 В.

Если вы продолжите увеличивать сопротивление, ток в конечном итоге упадет. Это потому, что это не идеальный источник тока. Он действует как единое целое в диапазоне 0–0,4 В.

Существуют линейные и коммутируемые источники питания, которые могут действовать как источники тока. Один из методов - взять источник напряжения и отрегулировать его напряжение, чтобы «компенсировать» перегрузки по току с помощью обратной связи. это называется текущий режим.

Однако есть некоторые преобразователи, которые, естественно, выступают в качестве источников тока, имея теоретическое название Gyrators . это источники тока, зависящие от напряжения.

Связанная статья с такими источниками (Моя статья): http://www.ee.bgu.ac.il/~cervera/publications/pdf/conf4.pdf