Источник ЭДС и источник тока

Источник электрической энергии характеризуется ЭДС Е и внутренним сопротивлением R_B. Если через него под действием ЭДС Е протекает ток I, то напряжение на его зажимах U = E-I R_B при увеличении I уменьшается. Зависимость напряжения U на зажимах реального источника от тока I изображена на рис. 2.2, а.

Рассмотрим два крайних случая.

1. Если у некоторого источника внутреннее сопротивление R_B = 0, то ВАХ его будет прямой линией (рис. 2.2 б). Такой характеристикой обладает идеализированный источник питания, называемый источником ЭДС. Следовательно, источник ЭДС представляет собой такой идеализированный источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока I) и равно ЭДС Е, а внутреннее сопротивление равно нулю.

Рис.2.2.

2. Если у некоторого источника беспредельно увеличивать ЭДС Е и внутреннее сопротивление R_B, то точка с (рис. 2.2 а) отодвигается по оси абсцисс в бесконечность, а угол а стремится к 90° (рис. 2.2 в). Такой источник питания называют источником тока.

Следовательно, источник тока представляет собой идеализированный источник питания, который создает ток J = I, не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединен, а его ЭДС Е _ити внутреннее сопротивление R _ит равны бесконечности. Отношение двух бесконечно больших величин Е _ит / R _итравно конечной величине - току J источника тока.

При расчете и анализе электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечным значением R_B заменяют расчетным эквивалентом. В качестве эквивалента может быть взят:

а) источник ЭДС Е с последовательно включенным сопротивлением R_B, равным внутреннему сопротивлению реального источника (рис. 2.3 а; стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС);

б) источник тока с током J = E/R_B и параллельно с ним включенным сопротивлением R_B (рис. 2.3б; стрелки в кружке указывают положительное направление тока источника тока, а небольшой разрыв между ними напоминает, что внутреннее сопротивление источника тока равно бесконечности).

Ток в нагрузке (в сопротивлении R) для схем на рис. 2.3 а,б одинаков:

I = E /(R + R_B).

Для схемы рис. 2.3 а это следует из того, что при последовательном соединении значения сопротивления R и R_B складываются. В схеме на рис. 2.3 б ток J = E/R_B распределяется обратно пропорционально значениям сопротивлений R и R_B двух параллельных ветвей. Ток в нагрузке R

Рис.2.3.

Каким из двух расчетных эквивалентов пользоваться, совершенно безразлично. В дальнейшем используется в основном первый эквивалент. Обратим внимание на следующее:

1) источник ЭДС и источник тока - идеализированные источники, физически изготовить которые, строго говоря, невозможно;

2) схема на рис. 2.3 б эквивалентна схеме на рис. 2.3 а в отношении энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки R, и не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника питания R_B;

идеальный источник ЭДС без последовательно соединенного с ним R_B нельзя заменить идеальным источником тока.

На примере схемы рис. 2.3 осуществим эквивалентный переход от схемы с источником тока к схеме с источником ЭДС. В схеме рис. 2.3 б источник тока дает ток J=50 А. Шунтирующее его сопротивление R_B = 2 Ом. Найти ЭДС эквивалентного источника ЭДС в схеме на рис. 2.3, а.

ЭДС Е = J R_B = 100В. Следовательно, параметры эквивалентной схемы на рис. 2.3, а таковы: Е = 100 В, R_B = 2 Ом