2.3. Идеализированные активные элементы электрической цепи

К идеализированным активным элементам электрической цепи относят источник напряжения (ЭДС) и источник тока.

Источником напряжения (ЭДС) называют такой идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока (рис. 2.7).

Напряжение на зажимах источника равно ЭДС и может быть произвольной функцией времени. В частном случае напряжение может не зависеть от времени u(t) = U = const. Такие источники называют источниками постоянного напряжения.

Условные графические обозначения идеального источника напряжения показаны на рис. 2.8. Допускается поворот условных графических изображений на угол, кратный 90°. Крайнее левое изображение соответствует ГОСТ 2.721-74, остальные не соответствуют стандарту, но часто используются в учебной литературе.

Если к зажимам источника напряжения подключить сопротивление нагрузки R_н, то выделяемая в нагрузке мощность

.

Отсюда видно, что при R_н → 0, мощность p стремится к бесконечности, т. е. источник напряжения имеет бесконечно большую мощность.

В режиме короткого замыкания (R_н = 0) понятие «источник напряжения» теряет смысл. Режим короткого замыкания для источников напряжения недопустим. Схема включения источника напряжения в цепь показана на рис. 2.9.

Источником тока называют такой идеализированный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах (рис. 2.10). Ток источника может быть произвольной функцией времени. Если i(t) = I = const, то такой источник называют источником постоянного тока.

У словные графические обозначения идеального источника тока показаны на рис. 2.11. Допускается поворот условных графических изображений на угол, кратный 90°. Крайнее левое изображение соответствует ГОСТ 2.721-74, остальные не соответствуют стандарту, но часто используются в учебной литературе. Крайнее правое изображение самое неудачное, так как используется не только для обозначения источника тока, но и для обозначения трансформатора.

Если к зажимам источника тока подключить сопротивление нагрузки R_н, то выделяемая в нагрузке мощность

p = i² R_н.

Отсюда следует, что при R_н → 0 мощность p стремится к бесконечности, т. е. источник тока имеет бесконечно большую мощность. В режиме холостого хода (R_н = ∞), т. е. при разомкнутых зажимах источника, понятие «источник тока» теряет смысл. Для источников тока режим холостого хода является недопустимым. Схема включения источника тока в цепь показана на рис. 2.12.

Рассмотренные источники тока и напряжения называют неуправляемыми, или независимыми, поскольку их параметры определяются только внутренними свойствами. Наряду с независимыми в теории электрических цепей рассматриваются также зависимые или управляемые источники, под которыми понимают идеализированные активные элементы, параметры которых являются функцией некоторого тока или напряжения в цепи.

Если неуправляемые источники имеют одну пару выводов, то управляемые источники имеют две пары выводов. К одной паре выводов подключен идеализированный источник, параметр которого является заданной функцией напряжения или тока другой пары выводов, называемых управляющими выводами.

Различают четыре типа управляемых источников (рис. 2.13):

• источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН);

• источник напряжения, управляемый током (ИНУТ);

• источник тока, управляемый напряжением (ИТУН);

• и сточник тока, управляемый током (ИТУТ).

Вид зависимости выходного параметра управляемого источника от управляющего параметра в принципе может быть любым, однако чаще используются линейно управляемые источники, выходной параметр которых y, прямо пропорционален управляющему параметру x:

y = K_у x.

Коэффициент управления K_у в зависимости от типа управляемого источника может иметь размерность сопротивления, проводимости или быть безразмерной величиной. Из последнего соотношения следует, что управляемые источники не могут отдавать энергию в цепь при отсутствии управляющего воздействия (x = 0).