1.3.1. Идеальный источник эдс

Идеальный источник ЭДС - это такой источник, который вырабатывает напряжение на нагрузке, величина которого не зависит от сопротивления нагрузки или тока нагрузки (рис.1.4а), т.е. U_н = E = const. В обозначении источника ЭДС направлении стрелки «↑» показывает направление увеличения потенциала. Реальный источник постоянного напряжения, приближающимся к идеальному источнику ЭДС, является, аккумулятор.

а) б)

в)

Рис. 1.4. Источник ЭДС и его внешняя характеристика

Идеальный источник ЭДС невозможен, так как его мощность должна быть бесконечно большой, что реально невозможно. Рассчитаем (рис.1.4а) ток нагрузки: I_н = U_н /R_н. Если R_н ® , то P_ист = EI_н ® .

Для реальных источников ЭДС (рис.1.4б) необходимо учитывать их внутреннее сопротивление R_i, что приводит к зависимости напряжения на нагрузке от тока нагрузки

.

(1.7)

Реальные источники ЭДС называют источниками напряжения. Зависимость U_н =f(I_н) называется внешней характеристикой источника ЭДС (рис.1.4в). Чем меньше R_i, тем ближе источник к идеальному источнику ЭДС. Идеальный источник ЭДС имеет нулевое внутреннее сопротивление R_i = 0.

Внутреннее или вы­ходное сопротивление источника Ru, рассчитывают по формуле (1.8):

,

(1.8)

где ΔU - приращение выходного напряжения;

ΔI - приращение выходного тока соответствующее исходному приращению напряжения.

Итак, реальный источник напряжения характеризуется двумя параметрами: величиной ЭДС Е и внутренним сопротивлением Ri.

В зависимости от направления преобразования энергии источники могут работать в режиме генератора или в режиме потребителя. Если различные виды энергии в источнике преобразуются в электрическую, то данный источник работает в режиме генератора. Направления ЭДС и тока в источнике, работающем в режиме генератора, совпадают.

Если в источнике электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии, то такой источник является потребителем электрической энергии (например, аккумулятор в режиме зарядки). Направление ЭДС и тока в источнике, работающем в режиме потребителя, противоположны.

1.3.2. Идеальный источник тока

Идеальный источник тока вырабатывает ток I_н через сопротивление нагрузки, величина которого не зависит от напряжения на нагрузке и ее сопротивления R_н (рис.1.5а), т.е. I_н = I = const.

а) б)

в)

Рис. 1.5. Источник тока и его внешняя характеристика

Для изображения источника тока используется обозначение, представленное на рис.1.5а. Направление двойной стрелки соответствует положительному направлению тока источника тока.

Идеальный источник тока невозможен, так как мощность такого источника должна быть бесконечно большой. Рассчитаем U_н = I_нR_н. Если R_н®, то P = I_нU_н.

Для реального источника тока (рис.1.5б) необходимо учитывать его внутреннее сопротивление R_i, что приводит к зависимости тока через нагрузку от сопротивления нагрузки

,

(1.9)

где

.

(1.10)

Отсюда следует, что при увеличении сопротивления нагрузки часть тока I проходит через внутреннее сопротивление R_i, что приводит к уменьшению тока через нагрузку. Идеальный источник тока должен иметь внутреннее сопротивление R_i = , тогда I₁ = 0. На рис.1.5в показана внешняя характеристика источника тока идеального, когда R_i = и реального, когда R_i<.

Внутреннее или вы­ходное сопротивление источника тока R_i, рассчитывают по формуле :

,

(1.11)

где ΔU - приращение выходного напряжения;

ΔI - приращение выходного тока соответствующее исходному приращению напряжения.

Итак, реальный источник тока характеризуется двумя параметрами: величиной тока I и внутренним сопротивлением Ri.

Сравнивая выражения 1.7 и 1.9 можно заметить, что генератор тока может быть заменён на эквивалентный генератор напряжения при условии равенства их внутренних сопротивлений R_i и при условии, что E=I^.R_i. Их эквивалент­ность заключается в одинаковом поведении их совместно с равными резисто­рами нагрузки.

Справедлива и обратная замена источника ЭДС с выходным напряжением на холостом ходу равным E и внутренним сопротивлением R_i на генератор тока с тем же внутренним сопротивлением и током, равным I_г=E/R_i.