Существует ли какое-либо физическое устройство, называемое источником тока?

Я делаю этот ответ вики сообщества, чтобы каждый мог добавить к нему.

Схема токового зеркала является одним из очень распространенных источников тока, используемых в основном в ИС:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Линейный регулятор можно использовать для создания источника тока:

^{смоделируйте эту схему}

Также возможно сделать источник тока из операционного усилителя:

^{смоделируйте эту схему}

Самый простой источник тока может состоять всего из двух частей: JFET и резистора. Эта схема в основном похожа на описанную выше, используя напряжение отсечки JFET в качестве эталона.

^{смоделируйте эту схему}

Когда в учебниках говорится «источник напряжения» или «источник тока», они подразумевают источники постоянного напряжения или постоянного тока.

Если у вас постоянное напряжение, то ток цепи зависит от нагрузки. Источник напряжения должен быть в состоянии обеспечить любой ток, требуемый цепью.

Постоянный ток противоположен: чтобы в цепи был фиксированный ток, источник тока должен быть в состоянии обеспечить любое напряжение , необходимое для проталкивания тока через нагрузку.

Люди привыкли к мысли, что батарея или источник питания считаются источником напряжения. Но на самом деле они не постоянны. Напряжение батареи начнет падать, когда вы потребляете от нее слишком много тока, импульсный источник питания имеет пульсации и т. д.

Итак, если мы готовы расширить ожидания таким же образом, есть несколько общих устройств, которые можно назвать «источниками тока»:

1. Драйвер постоянного тока для светодиодов. BuckPuck, например, будет подавать (скажем) 350 мА через последовательно соединенную цепочку светодиодов, независимо от того, сколько светодиодов имеется. Если, конечно, вы не превысите его максимальное выходное напряжение.

2. Настольный блок питания с настройкой ограничения тока. Если вы уменьшите его до 1 ампера и замкнете выход, он все равно будет выдавать только один ампер. Напряжение рухнет почти до нуля, но вы получите 1 Ампер.

3. Солнечная панель! Если вы посмотрите на диаграмму V/I любой данной панели, вы увидите, что они выдают фиксированный ток при большом наборе условий нагрузки. Ток не начнет падать, пока нагрузка не станет достаточно большой. Однако вы редко думаете об этом, потому что мы всегда хотим эксплуатировать солнечную панель с полезной нагрузкой.

И так далее...

1. Источниками тока должны быть несколько электронных цепей. Самый простой состоит только из JFET и резистора. На схемах источники тока реализованы таким образом. Обратите внимание, что обычно источники напряжения одинаковы (см. Зенеровский диод и запрещенную зону).

2. Радиоизотопные, скажем, альфагальванические и бетагальванические элементы являются (экспоненциальными) источниками тока. Радиоизотоп в этой ячейке испускает фиксированное количество заряженных частиц за раз, поэтому между его выводами может быть фиксированный ток.

3. То же, что и предыдущее для некоторых химических элементов, ток которых определяется химическим процессом.

4. Фотогальванические элементы, как и фототранзисторы, могут иметь ток, определяемый количеством света.

Литиевая батарейка типа «таблетка» является своего рода источником тока. Вы можете тестировать светодиоды с их помощью, что является разумным применением источника тока.

Трансформаторы обычно предназначены для использования в качестве источников переменного напряжения, но существуют и трансформаторы, предназначенные для использования в качестве источников тока — трансформаторы тока, которые являются довольно точными источниками тока с выходной мощностью до нескольких ватт, и трансформаторы, разработанные с магнитными шунтами для использования с газоразрядными трубками (например, неоновыми). .

Устройство, которое могло бы безоговорочноподача постоянного количества тока (или постоянного напряжения в этом отношении) должна быть в состоянии поставлять неограниченное количество энергии. Это, конечно, невозможно. Можно сконструировать устройства, которые будут либо пропускать относительно постоянное количество тока в диапазоне напряжений, которые будут нагнетать в них энергию, либо сконструировать устройства, которые будут пропускать относительно постоянное количество тока в некотором диапазоне напряжений, которые вытягивают энергию. устройства до тех пор, пока у устройства есть энергия, доступная для отдачи (либо хранящаяся внутри, либо подаваемая извне). В общем, когда на схеме показан источник постоянного тока, предполагается, что он будет иметь форму устройства, которое будет пропускать или управлять постоянной величиной тока в диапазоне напряжений, с которыми ему приходится сталкиваться, чтобы общая схема достигла свою предполагаемую функцию.

Обратите внимание, что даже когда источник напряжения или источник тока используется в пределах предполагаемого рабочего диапазона, напряжение на нем и ток, протекающий через него, будут зависеть друг от друга. Например, пассивный (энергопоглощающий) источник тока может быть указан как пропускающий не менее 99,5 мкА при напряжении 1 вольт, не более 100,5 мкА при напряжении 10 вольт. В общем, схемы будут спроектированы так, чтобы они могли работать «идеально», если источники тока (а также все другие компоненты) ведут себя так, как они должны в идеале, но «приемлемо» для любой комбинации поведения в пределах требуемых допусков.

Давайте представим очень простую схему — например, источник постоянного напряжения, который обеспечивает разность потенциалов в 1 вольт на сопротивлении 1 Ом, что вызывает протекание тока в 1 ампер. Если вы затем разорвете цепь на стороне низкого напряжения (между резистором и землей), а затем подключите мультиметр последовательно с резистором, вы измерите ток в 1 ампер.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Если схема, которую я описал, является эквивалентом Thevenin, то с точки зрения «анализа схемы» источник тока больше похож на преобразование Нортона.

Если бы вы тогда подумали обо всей системе, включая источник напряжения, как о «черном ящике» и о том, что у него есть только два выхода (клеммы, к которым подключается мультиметр), то вы могли бы назвать это источником тока.

Однако, если вы затем попытаетесь подключить нагрузку к этому источнику тока, вы обнаружите, что ток изменится (из-за закона Ома, действующего внутри черного ящика).

Таким образом, существуют практические схемы, которые можно построить из набора операционных усилителей или других полупроводниковых материалов, обладающих этим «эффектом постоянного тока». Однако ни один из них не является чистым «источником тока».

Вы говорите, что батарея является «источником напряжения».

Однако без резистора, подключенного для протекания тока, батарея не может рассеивать электрическую энергию, поэтому ваш источник напряжения не может делать ничего полезного, не пропуская ток. Определение тока - скорость потока заряда. Одним из хороших определений напряжения является электрическая энергия на единицу заряда. Разделить их на «источники» сложно, потому что:

(а) пучки электронов, которые мы называем кулоновскими, не собираются двигаться и создавать явление, которое мы называем «ток», без движения электронов.

(б) разность потенциалов или работа, совершаемая против электронного поля при перемещении заряда из физической точки а в физическую точку b, также требует движения.

Я пытаюсь сказать, что напряжение и ток не возникают независимо, когда источник {называем ли мы его током или напряжением} подает энергию на нагрузку, поэтому я думаю, что трудно концептуально «думать» о напряжении. и текущие источники, как если бы они были/различны.