Джерело струму: ідеальний і реальний

Джерело струму (ІТ) можна розглядати як електронний пристрій, який подає в зовнішню схему електричний струм, що не залежить від напруги на елементах схеми і на ньому самому.

Відмітною властивістю ІТ є його велика (нескінченно велике в ідеалі) внутрішній опір R_вн . Чому так?

Уявімо собі, що ми хочемо передати 100% потужності від джерела живлення до навантаження. Це є передача енергії.

Щоб доставити 100% потужності від джерела до навантаження, необхідно розподілити опір в ланцюзі таким чином, щоб навантаження отримала цю потужність. Цей процес називається розщепленням струмів.

Струм завжди йде по найкоротшому шляху, вибираючи собі маршрут з найменшим опором. Тому в нашому випадку ми повинні організувати джерело і навантаження таким чином, щоб перший мав набагато більш високу опором, ніж друга.

Це є гарантією того, що струм надійде від джерела до навантаження. Ось чому ми використовуємо в цьому прикладі ідеальне джерело струму, що має нескінченну внутрішній опір. Це забезпечує протікання струму від ІТ по найкоротшому шляху, тобто через навантаження.

Оскільки R_вн джерела нескінченно велике, вихідний струм від нього не зміниться (незважаючи на зміну значення опору навантаження). Струм буде завжди прагнути протікати через нескінченне опір ІТ в бік навантаження, що має відносно низький опір. Це демонструє графік вихідного струму ідеального джерела.

При нескінченно великому внутрішньому опорі ІТ будь-які зміни значення опору навантаження не мають жодного впливу на величину струму, що протікає у зовнішній ланцюга ідеального джерела.

Нескінченне опір є домінуючим в ланцюзі і не дозволяє змінюватися току (незважаючи на коливання опору навантаження).

Давайте розглянемо схему з ідеальним джерелом струму, показану нижче.

Оскільки ІТ володіє нескінченним опором, що випливає від джерела струм прагне знайти собі шлях найменшого опору, яким є 8Omega - ная навантаження. Весь струм від джерела струму (100 мА) протікає через навантажувальний резистор 8Omega-. Цей ідеальний випадок є прикладом 100% енергетичної ефективності.

Тепер давайте розглянемо схему з реальним ІТ (як показано нижче).

Це джерело має опір 10 МОм, яке є досить високим, щоб забезпечити струм, дуже близький до повного значенням джерела 100 мА, проте в даному випадку ІТ не віддасть 100% своєї потужності.

Це відбувається тому, що внутрішній опір джерела відбиратиме деяку частину струму, внаслідок чого з`являється певна його витік.

Вона може бути розрахована з використанням конкретного розщеплення.

Джерело видає 100 мА. Цей струм потім розділяється між опорами 10 МОм джерела і 8Omega- навантаження.

Нескладним розрахунком можна визначити, яка частина струму протікає через навантажувальний опір 8Omega-

I = 100 мА -100 мА (8х10^-6 MOmega- / 10MOmega-) = 99.99mA.

Хоча фізично ідеальних джерел струму не існує, вони служать в якості моделі для побудови реальних ІТ, близьких до них за своїми характеристиками.

На практиці використовуються різні види джерел струму, що відрізняються схемотехническими рішеннями. Найпростішим ІТ може служити схема джерела напруги з підключеним до нього резистором. Такий варіант називається резистивним.

Джерело струму дуже гарної якості можна побудувати на транзисторі. Існує також дешевий серійний джерело струму на польовому транзисторі, представляє собою всього лише ПТ з pn переходом і затвором, сполученим з витоком.