1.8 Источник эдс и источник тока

В теории электрических цепей пользуются идеализированными источниками электрической энергии: источником ЭДС и источником тока. Им приписываются следующие свойства.

Источник ЭДС (или идеальный источник напряжения) представляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник.

Предполагается, что внутри такого идеального источника пассивные элементы (R, L, С) отсутствуют, и поэтому прохождение через него тока не вызывает в нем падения напряжения.

Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике от меньшего потенциала к большему возможно за счет присущих источнику сторонних сил. Величина работы, затрачиваемой сторонними силами на перемещение единицы положительного заряда от зажима «» к зажиму «+», называется электродвижущей силой (ЭДС) источника и обозначается е(t).

В соответствии со сказанным выше напряжение на зажимах рассматриваемого источника равно его ЭДС, т. е. u(t) = е(t).

Условные обозначения идеального источника напряжения приведены на рисунке 1.12, а и б. Здесь стрелкой или знаками «+» и «» указано положительное направление ЭДС, или полярность источника, т.е. направление возрастания потенциала в источнике для тех моментов времени, в которые функция е(t) положительна.

Величина тока в пассивной электрической цепи, подключенной к источнику напряжения, зависит от параметров этой цепи и ЭДС е(t). Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток теоретически должен быть бесконечно велик. Поэтому такой источник рассматривают как источник бесконечной мощности (теоретическое понятие). В действительности при замыкании зажимов реального источника электрической энергии  гальванического элемента, аккумулятора, генератора и т.д.  ток может иметь только конечное значение, так как ЭДС источника уравновешивается падением напряжения от тока внутри источника (например, в сопротивлении R, индуктивности L).

Источник напряжения конечной мощности изображается в виде источника ЭДС с подключенным к нему последовательно пассивным элементом, который характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю электрическую цепь (рисунок 1.12, в). Обычно внутренние параметры источника конечной мощности незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи; они могут быть отнесены к последней или в некоторых случаях могут вовсе не учитываться (в зависимости от соотношения величин и требуемой точности расчета).

Идеальный источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Предполагается, что внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно велико, и поэтому параметры внешней электрической цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника, не влияют на ток источника.

Условные обозначения идеального источника тока приведены на рисунке 1.13, а и б. Стрелка в источнике тока или знаки «+» и «» указывают положительное направление тока i(t) или полярность источника, т.е. направление перемещения положительных зарядов, или, что то же, направление, противоположное направлению движения отрицательных зарядов, для тех моментов времени, когда функция i(t) положительна.

По мере неограниченного увеличения сопротивления внешней электрической цепи, присоединенной к идеальному источнику тока, напряжение на его зажимах и соответственно мощность, развиваемая им, неограниченно возрастают. Поэтому идеальный источник тока, так же как и идеальный источник напряжения, рассматривается как источник бесконечной мощности.

Источник тока конечной мощности изображается в виде идеального источника тока с подключенным к его зажимам пассивным элементом, который характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю электрическую цепь (рисунок 1.13, в).

Представляя собой теоретическое понятие, источник тока применяется в ряде случаев для расчета электрических цепей.

Некоторым подобием источника тока может служить устройство, состоящее из аккумулятора, соединенного последовательно с дополнительным большим сопротивлением. Другим примером источника тока может являться транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. Имея внутреннее сопротивление, несоизмеримо большее, чем сопротивление внешней электрической цепи, эти устройства отдают ток, почти не зависящий от изменения внешней нагрузки в широких пределах, и именно в этом отношении они аналогичны источнику тока.

Вольт-амперные характеристики идеальных источников напряжения и тока представляются прямыми, параллельными осям i и u (рисунок 1.14, а). Реальные источники электрической энергии по своим вольтамперным характеристикам могут приближаться к идеальным источникам напряжения или тока. Так, например, в значительной части характеристики u = f(i) напряжение на зажимах генератора постоянного тока с независимым возбуждением (обмотка возбуждения питается от постороннего источника), а также ток i генератора постоянного тока с последовательным возбуждением (обмотка возбуждения соединена последовательно с цепью якоря) изменяются незначительно. На рисунке 1.14, б соответствующая часть характеристики показана сплошной линией.