Під джерелом розуміють елемент, що живить ланцюг електромагнітної енергією. Ця енергія споживається пасивними елементами ланцюга - запасається в індуктивностях і ємностях і витрачається в активному опорі. Прикладами реальних джерел електромагнітної енергії можуть служити генератори постійних, синусоїдальних та імпульсних сигналів різноманітної форми, сигнали, одержувані від різних датчиків, антен радіоприймальних пристроїв, джерела живлення, сигнали, що надходять з виходів електронних пристроїв і т.д.

Для аналізу ланцюгів зручно вводити ідеалізовані джерела двох видів: джерело напруги і джерело струму, які враховують основні характеристики реальних джерел. При відповідному доповненні ідеалізованих джерел пасивними елементами можна передати всі властивості реальних джерел по відношенню до їх зовнішніх висновків.

Джерело напруги. Під джерелом напруги розуміють такий елемент з двома висновками (полюсами), напруга між якими задано у вигляді деякої функції часу незалежно від струму, що віддається в зовнішній ланцюг. Залежність напруги від струму ідеального джерела напруги показана на рис. 1.3. Такий ідеалізований джерело здатний віддавати необмежену потужність. Найбільш часто застосовуються умовні графічні зображення джерела напруги показані на тому ж малюнку, де прийнята позитивна полярність напруги джерела вказується або стрілкою всередині кружечка, або знаками "+", "-".

Реальні джерела сигналу мають внутрішні опору. До джерела напруги внутрішній опір підключається послідовно. На рис. 1.4 показані вольтамперная характеристика і схема реального джерела напруги. Для реального джерела вихідна напруга буде дорівнювати

Uн = U0 - URвн = U0 - Iн Rвн.

З формули видно, що вихідна напруга реального джерела струму залежить від струму навантаження Iн. Чим більше струм навантаження, тим більше падає напруга на внутрішньому опорі джерела, і менша частина напруги U0 надходить на навантаження (на вихід). З іншого боку, чим більше внутрішній опір Rвн при постійному струмі навантаження, тим більше падає на ньому напруги, що веде до зменшення напруги на виході джерела. Стосовно до електронних схем внутрішній опір джерела часто називають вихідним опором .

У разі ідеального джерела напруги, його внутрішній опір дорівнює 0 і напруга на навантаженні не залежить від струму навантаження. При цьому струм навантаження може зростати до нескінченності, якщо опір навантаження буде прагнути до 0. У дійсності неможливо побудувати ідеальне джерело напруги у всьому діапазоні зміни вихідного струму. Однак, у багатьох випадках, для обмеженого діапазону зміни вихідного струму деякі джерела можна розглядати як ідеальні.

Наприклад, джерело живлення в діапазоні робочих струмів має дуже мале внутрішній опір, яким можна знехтувати, в порівнянні з опором навантаження. Або інший приклад, вихідний опір операційного підсилювача, охопленого негативним зворотним зв'язком, може досягати декількох сотих часток Ома. Таким внутрішнім опором можна знехтувати і розглядати вихід операційного підсилювача як ідеальне джерело напруги в діапазоні допустимих вихідних струмів.

Джерело струму. Під ідеальним джерелом струму розуміють такий елемент ланцюга, через висновки якого протікає струм із заданим законом зміни в часі незалежно від напруги між висновками. Вольтамперная характеристика та умовні графічні зображення ідеального джерела струму показана на рис. 1.5. Незалежність струму від напруги означає, що внутрішня провідність джерела, куди може відгалужується струм, дорівнює 0, а внутрішній опір одно нескінченності. Вольтамперная характеристика та

схема реального джерела струму показана на рис. 6. При збільшенні напруги на навантаженні за рахунок збільшення опору навантаження збільшується внутрішній струм джерела струму. При цьому менша частина струму I0 надходить в навантаження. Вихідний струм Iн буде дорівнює

Iн = I0 - Iвн = I0 - Uн / Rвн.

З формули видно, що чим більше внутрішній опір джерела струму, тим менше внутрішній струм Iвн і велика частина струму I0 віддається в навантаження. У межі при Rвн = ∞ весь струм I0 віддається в навантаження, і струм навантаження не буде залежати від напруги на навантаженні. У цьому випадку маємо справу з ідеальним джерелом струму. Отже, в ідеальному джерелі струму внутрішній опір одно нескінченності. В ідеальному джерелі струму при нескінченній величиною опору навантаження (обрив ланцюга навантаження) на його затискачах буде напруга нескінченної величини.

Це звичайно ідеалізація - не можна побудувати джерело струму, у якого величина внутрішнього опору рана нескінченності. Однак на практиці використовуються джерела струму, побудовані на транзисторах, з внутрішнім опором, що досягає величин багатьох мегом і більш, що працюють в обмеженому діапазоні вихідних напруг. Такі джерела струму широко використовуються в схемах диференціальних і операційних підсилювачів, при побудові ЦАП, при передачі сигналів по струмового петлі та ін.

Реальні джерела напруги і струму еквівалентні. Це означає, що відносно своїх затискачів схеми ведуть себе однаково, тобто при аналізі схеми один і той же джерело можна розглядати як реальне джерело напруги або реальне джерело струму. Умови еквівалентності можна отримати з виразу для напруги реального джерела напруги

Uн = U0 - Iн Rвн.

Розділимо праву і ліву частини рівняння на Rвн, отримаємо

Uн / Rвн = U0 / Rвн - Iн.

Введемо позначення U0 / Rвн = I0 = const; U0 / Rвн = Iвн і запишемо рівняння в наступному вигляді

Iвн = I0 - Iн або I0 = Iвн + Iн.

Причому на опорах Rвн і Rн падає одне і те ж напруга Uн, тобто вони з'єднані паралельно

I0 = Uн / Rвн + Uн / Rн.

Звідси приходимо до схеми реального джерела струму, показаного на рис.1.6.

Раз схеми реальних джерел напруги і струму еквівалентні, то виникає питання, коли використовувати при аналізі схеми те чи інше джерело? Відповідь проста. Використовуйте той тип джерела, при якому простіше аналізувати роботу схеми. На практиці часто надходять у такий спосіб. Якщо внутрішній опір джерела набагато менше опору навантаження, то таке джерело доцільно розглядати як джерело напруги. І в першому наближенні величиною внутрішнього опору можна знехтувати. Якщо внутрішній опір набагато більше опору навантаження, то таке джерело розглядають як джерело струму. І при первинному аналізі вважають його ідеальним. При більш детальному аналізі схеми враховують не ідеальність джерела струму.

Не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: