Тема 2. Основні положення теорії електричних кіл

3. Джерела енергії

Джерела енергії

 Джерела енергії, як вже зазначалось, віддають електричну енергію у зовнішнє коло, тобто їхня потужність є від’ємною.

Цей факт на схемі відображається вибраними додатними напрямками струмів і напруг, як показано на рис.2.9.

Рис.2.9. Схемне позначення джерела енергії

 Джерело енергії характеризується зовнішньою характеристикою, тобто залежністю його струму від напруги, яка отримується у разі зміни опору навантаження, під’єднаного до джерела від 0 до . Для лінійних джерел енергії зовнішня характеристика має вигляд, показаний на рис.2.10.

Рис.2.10. Зовнішня характеристика джерела енергії

 Як бачимо, така характеристика являє собою відтинок прямої, що лежить у першому квадранті координатної площини, причому кінці цього відтинка відповідають двом спеціальним режимам роботи джерела – короткого замикання (кз) та неробочого ходу (нх). Коротке замикання джерела здійснюється за нульового опору навантаження, а неробочий хід – за від’єднаного навантаження, тобто його опір дорівнює нескінченності. Зазначені режими визначаються відповідними параметрами: струмом короткого замикання (iкз) та напругою неробочого ходу (uнх). Власне ці параметри повністю описують лінійне джерело енергії.

Рівняння, які описують графік зовнішньої характеристики джерела, можна записати так

                            а)    б)                        (2.9)

де       

Тоді у відповідність рівнянням можна поставити певні схеми, які є заступними схемами джерела енергії (рис.2.11).

а

б

Рис.2.11. Заступні схеми джерела енергії: а – неідеальне джерело ЕРС,

 б – неідеальне джерело струму

Зображені на рис.2.11 нові схемні елементи  характеризуються так

 ідеальне джерело ЕРС (електрорушійної сили);

 ідеальне джерело струму

 

 Ідеальне джерело ЕРС – це джерело енергії, напруга на затискачах якого не залежить від значення навантаження.

Ідеальне джерело струму – це джерело енергії, яке зумовлює у навантаженні стале значення струму, що не залежить від його опору.

            Очевидно, параметри обидвох заступних схем одного і того самого джерела енергії, зображених на рис.2.11, пов’язані між собою такими простими співвідношеннями:

                                                           (2.10)

            Зауважимо, що параметр r називають внутрішнім опором джерела ЕРС, а g – внутрішньою провідністю джерела струму. Розглянуті вище джерела енергії називають автономними джерелами, оскільки їхні параметри не залежать від струмів та напруг зовнішньої схеми.

            Водночас в теорії електричних кіл використовують спеціальні типи джерел, параметри яких є функціями певних струмів чи напруг цієї електричної схеми. Такі джерела енергії називають неавтономними, або керованими.

                Основне призначення таких джерел – побудова схем заміщення електронних компонент електричних кіл, таких, як електронні лампи, транзистори, інтегральні схеми.

            Розглянемо основні типи керованих джерел.

 

1.      1.      Джерело ЕРС, кероване напругою

 u – напруга на деякому елементі електронної схеми;

                          м– коефіцієнт керування.

 

2.      2.      Джерело ЕРС, кероване струмом

i – струм у деякому елементі електронної схеми;\

                         R – коефіцієнт (опір) керування.

 

3.      3.      Джерело струму, кероване струмом

     _i– струм у деякому елементі електронної схеми;

                              a – коефіцієнт керування.

 

             4. Джерело струму, кероване напругою

 

   u – напруга на деякому елементі електронної схеми;

   G – коефіцієнт (провідність) керування.

             Розглянуті вище керовані джерела є лінійними, однак в  окремих випадках застосовують складніші функціональні залежності e i j від  струмів та напруг схеми. Останнім часом доволі часто використовують керовані джерела енергії, параметри яких залежать від декількох струмів чи напруг зовнішньої схеми.