3. Активные элементы электрической цепи
Активные линейные элементы – это источники электромагнитной энергии. Источниками электрической энергии в электрической цепи являются: генератор постоянного тока (рис. 3.1, а), гальванический элемент (аккумуляторная бата-
рея) (рис. 3.1, б).
Электрическая схема замещения источника
постоянного тока [3], приведена на рис.
3.1, в.
На рис. 3.1, а
введены обозначения
и
− ЭДС генератора постоянного тока и
сопротивление его обмотки якоря. На
рис. 3.1, в
введено
обозначение
внутреннее
сопротивление источника электрической
энергии постоянного тока. Как правило,
оно невелико и не превышает 0,1
Ом.
а б в
Рис. 3.1
Рассмотрим процессы в электрической цепи, состоящей из источника элект-
рической энергии,
нагруженного резистором с сопротивлением
.
Представим источник электрической энергии схемой замещения на рис. 3.1, в, а всю цепь − схемой на рис. 3.2, а.
а б
Рис. 3.2
Свойства источника электрической энергии определяет вольт-амперная ха-
рактеристика, или внешняя характеристика, – зависимость напряжения на за-
жимах источника
от тока
источника, т.е.
(3.1)
которой соответствует
прямая на рис. 3.3, а.
Здесь
−
напряжение на зажимах
источника
электрической энергии при отключенной
нагрузке
.
Уменьше-
ние напряжения источника при увеличении тока объясняется увеличением па-
дения напряжения
на его внутреннем сопротивлении
.
При напряжении
ток источника равен току короткого
замыкания
Во многих
случаях внутреннее сопротивление
источника электрической энергии мало
по сравнению с сопротивлением
и справедливо неравенство
<<
.
В этих случаях напряжение между выводами
источника электричес-
кой энергии
практически не зависит от тока, т.е.
.
а б в
Рис. 3.3
Источник электрической энергии с малым внутренним сопротивлением мож-
но заменить
идеализированной моделью, для которой
.
Такой идеализи-
рованный источник
электрической энергии называется
идеальным
источником
ЭДС с одним
параметром
.
Напряжение между выводами идеально-
го источника ЭДС не зависит от тока, а его внешняя характеристика определя-
ется выражением
,
(3.2)
которому соответствует прямая на рис. 3.3, б.
В ряде специальных
случаев, в частности в цепях с
полупроводниковыми приборами и
электронными лампами, внутреннее
сопротивление источника электрической
энергии во много раз больше сопротивления
нагрузки
.
При выполнении условия
>>
в таких цепях ток источника
электрической энергии
,
(3.3)
т.е. равен току короткого замыкания источника. Источник электрической энер-
гии с большим внутренним сопротивлением можно заменить идеализированной
моделью, у которой
и
и справедливо равенство
.
Такой идеализированный
источник электрической энергии называется
идеаль-
ным источником
тока с одним параметром
.
Ток источника тока не зави-
сит от напряжения между его выводами, а его внешняя характеристика опреде-
ляется выражением
,
(3.4)
которому соответствует прямая на рис. 3.3, в.
От схемы замещения источника энергии на рис. 3.2, а можно перейти к эквивалентной схеме замещения с источником тока. Для этого разделим все слагаемые выражения (3.1) на внутреннее сопротивление источника :
или
Последнее равенство можно истолковать следующим образом: ток источни-
ка тока
складывается из тока
в резистивном элементе
(во внешнем участке цепи) и тока
в резистивном элементе с сопротивлением
,
вклю-
чённым между выводами a и источника энергии (см. рис. 3.2, б).