Cos'è esattamente una fonte attuale?

Ciò che ho capito dalla definizione di sorgenti attuali è che è una sorgente che fornisce una corrente costante attraverso un carico, indipendentemente da come vengono cambiati gli altri parametri (come ad esempio le resistenze) nel circuito. Ho ragione?

Se ho ragione, qual è un esempio di una sorgente di corrente utilizzata in un circuito pratico?

Wikipedia ha fornito l'esempio di un generatore Van de Graaff come fonte di corrente costante. (Non ho letto l'articolo, perché c'era una nota che la sezione sembrava contraddirsi. Non volevo confondermi.)

Posso pensare alle fonti di tensione - ad esempio una batteria che ha una differenza di potenziale costante tra le sue estremità indipendentemente dai cambiamenti nel circuito a cui è collegata, ma non riesco a pensare a una fonte di corrente. Qualsiasi esempio a cui riesco a pensare riguarda il cambiamento della corrente quando vengono cambiate le resistenze.

Una sorgente di corrente è il doppio di una sorgente di tensione. Una sorgente di tensione ideale ha un'impedenza di uscita zero, in modo che la tensione non scenda sotto carico. Non dovrebbe essere messo in corto circuito, perché in teoria fluirebbe una corrente infinita.
Una sorgente di corrente ideale ha un'impedenza di uscita infinita. Ciò significa che l'impedenza del carico è trascurabile e non influenza il flusso di corrente. Come le fonti di tensione non dovrebbero essere messe in corto circuito, le fonti di corrente non dovrebbero essere lasciate aperte. Una sorgente di corrente aperta tenterà comunque di generare la corrente impostata e la sorgente di corrente teorica passerà a una tensione infinita.

modifica (seguendo il tuo commento)
Qui puoi leggere l'impedenza come resistenza. Se la sorgente corrente avesse una resistenza limitata, le variazioni di carico cambieranno la corrente, perché la resistenza totale cambierebbe. Non lo vuoi. Quindi, se la resistenza della sorgente corrente è infinita, il carico può essere ignorato e la resistenza rimane sempre la stessa (infinita). Pertanto anche la volontà attuale.

Una sorgente di corrente pratica può essere costruita come segue:

Un diodo ha la stessa caduta di tensione della giunzione emettitore di base, quindi l'altro diodo imposta l'emettitore del transistor su circa 0,7 V. Una tensione fissa attraverso un resistore fisso fornisce una corrente di emettitore fissa, che è circa la stessa della corrente del collettore se del transistor è abbastanza alto. (A rigor di termini questo è un pozzo attuale piuttosto che una fonte attuale, ma il principio rimane lo stesso.) $H_{FE}$

Un altro dissipatore di corrente utilizza un opamp come elemento di controllo:

la cosa principale che devi sapere sugli opamp in questa configurazione è che cercheranno di mantenere uguale la tensione su entrambi gli ingressi. Supponiamo quindi di impostare su 1V, quindi l'opamp proverà a rendere l' ingresso anche 1V. Lo fa inserendo corrente nella base del transistor. Ciò causerà una corrente attraverso il carico che è (quasi) uguale a . E è costante per ottenere 1V su , secondo la legge di Ohm: I L O A D I S E T I S E T R S E $V_{SET}$-$I_{LOAD}$$I_{SET}$$I_{SET}$$R_{SET}$

$I_{SET} = \dfrac{V_{SET}}{R_{SET}}$

Poiché e sono costanti, lo sarà anche . QED. R S E T I S E $V_{SET}$$R_{SET}$$I_{SET}$

Dopo aver letto i tuoi commenti, farò una risposta leggermente diversa a questa domanda.

Cos'è esattamente una fonte attuale? Non è niente, o per dirla un po 'meglio è solo un modello matematico. Quello che stai descrivendo non esiste, proprio come non esiste una sorgente di tensione.

Penso che il problema principale qui sia racchiuso in questa affermazione: for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected toche non è corretto. Che il comportamento della batteria ideale che è reale come fonte di corrente ideale e proprio come la fonte di corrente ideale non esiste. L'uscita (e lo stato interno) di ogni batteria reale è influenzata dal circuito a cui è collegata.

Quindi perché abbiamo fonti di tensione e corrente? Bene, l'idea è che il lavoro dell'ingegnere sia fondamentalmente quello di costruire un dispositivo che faccia qualcosa abbastanza bene e che si scopra per quella completa comprensione di come non sia necessario ogni componente utilizzato nel dispositivo. Ecco perché abbiamo cose come fonti ideali di corrente e tensione.

Torniamo nuovamente all'esempio della batteria. Ecco un semplice esperimento che ho fatto con una batteria ai polimeri di litio che ho: Innanzitutto ho caricato completamente la batteria. Poiché è una batteria a due celle, la sua tensione era di 8,4 V quando era completamente carica, anche se la sua tensione nominale è di 7,4 V. Quindi ho collegato un$100 \mbox{ } k\Omega$resistenza alla batteria. La sua tensione è rimasta 8,4 V e da ciò potrei forse concludere che la batteria è davvero la fonte di tensione ideale da quando ho collegato il carico ad essa, ma la sua tensione non è cambiata. Quindi ho preso un motore elettrico che ho e l'ho collegato alla batteria e misurato di nuovo la tensione della batteria. Questa volta era 8,2 V. Chiaramente il motore ha influenzato la batteria e non è più una fonte di tensione ideale, anche se è la stessa batteria di prima. Quindi ho disconnesso il motore e ho collegato la resistenza ancora e ancora la tensione della batteria era di 8,4 V.

Quindi cosa sta succedendo qui? La batteria è una fonte di tensione ideale o no? Bene sappiamo che non è perché la causa l'ho detto all'inizio della risposta, ma qui spiegherò perché a volte sembra che sia così e a volte sembra che non lo sia. Come ho detto, la sorgente di tensione è un modello matematico. Quando il circuito esterno non ha un grande impatto sul funzionamento della batteria, posso usarlo e quando il circuito esterno ha un grande impatto sulla batteria, non posso usarlo. Quindi stiamo usando un modello semplice per rappresentare il comportamento di un circuito reale. Un altro modello sarebbe quello di utilizzare una sorgente di tensione ideale con un resistore in serie alla sua uscita. Quando mi collego e carico esterno a quel circuito, una certa tensione verrà lasciata cadere sulla resistenza interna e la resistenza esterna vedrà una tensione più bassa in uscita. Ciò mi consente di utilizzare ancora una volta la fonte di tensione ideale per rappresentare la batteria e poiché sto usando la resistenza interna insieme alla fonte di tensione ideale, l'uscita rappresenterà più da vicino il comportamento di una batteria reale. Se dovessi desiderare una maggiore precisione, potrei decidere di utilizzare un modello più complesso e ottenere risultati più accurati.

Un punto importante dell'ingegneria elettrica è imparare quando usare il modello giusto per rappresentare un componente del circuito estremamente complesso della vita reale (e persino l'umile resistenza, se analizzata in dettaglio, è un capolavoro della scienza moderna). Ma per essere in grado di farlo, iniziamo con circuiti semplici in modo da poter conoscere come funzionano effettivamente i modelli matematici più semplici.

Quando iniziamo le analisi di componenti di circuiti più complicati, come ad esempio transistor o diodi, li suddividiamo in un semplice circuito costituito da elementi come resistori e sorgenti di corrente e tensione ideali. Questo ci consentirà di semplificare il comportamento di componenti più complessi ed evitare di analizzare in dettaglio come funziona, se il modello semplice è sufficiente per le nostre esigenze.

La stessa storia funziona completamente per le fonti attuali, ma ho deciso di non raccontarla qui poiché, come puoi vedere dalle altre risposte, i circuiti che possono essere modellati come fonti di corrente ideali sono troppo complicati per te da capire a questo punto.

Quindi, per riassumere: non ci sono oggetti nella vita reale che possono essere usati per rappresentare la tensione e le fonti di corrente ideali, ma ci sono alcuni oggetti che possono essere (in alcuni casi abbastanza strettamente) rappresentati con le fonti di tensione e corrente ideali. La cosa migliore che puoi fare ora è memorizzare correttamente le definizioni della tensione ideale e delle fonti di corrente e non confonderle con oggetti reali. In questo modo non rimarrai sorpreso se una batteria non fornisce la sua tensione nominale o se una sorgente di corrente ideale contrassegnata da un circuito inizia a fumare ad un certo punto anche se dovrebbe essere completamente immune alle modifiche esterne nel circuito.

Come nota a margine, considera cosa succede alla sorgente di tensione ideale quando le sue uscite sono in corto e cosa succede alla sorgente di corrente ideale quando le sue uscite sono aperte? E cosa succede quando si mette in corto una batteria e perché tutte le batterie hanno l'avvertenza di non cortocircuitare i pin di uscita?

Forse questa risposta aiuterà. Sto dicendo praticamente la stessa cosa di AndrejaKo, ma il mio post sarà più breve.

Proprio come le fonti di tensione, le fonti di corrente sono solo un costrutto teorico. Una batteria può essere un'approssimazione molto vicina a una sorgente di tensione, ma non è esatta.

Tuttavia, diversamente dalle fonti di tensione, che sono approssimate dalle batterie, non esiste un componente semplice che si avvicini particolarmente bene a una sorgente di corrente generale. Ciò non significa che il concetto non sia utile, poiché molti circuiti del mondo reale possono essere modellati usando il concetto.

Ho visto alimentatori da laboratorio che hanno due manopole, una che regola la tensione, l'altra che regola la corrente. Per utilizzare questi alimentatori come sorgente di tensione, è sufficiente impostare la corrente al massimo e comporre la tensione desiderata. Finché il circuito non richiede più della corrente massima, l'alimentazione fornirà la tensione scelta. Per usarlo come sorgente di corrente, comporre la tensione al massimo e impostare la corrente desiderata. L'alimentazione fornirà che la corrente finché non lo richiede non richiede una tensione superiore al massimo.

Se questo ti aiuta a capire:

Una sorgente di corrente è un po 'come una batteria che regola la propria tensione per garantire che la corrente che la attraversa sia il valore scelto.

Ad esempio, se si dispone di una sorgente di corrente da 1A e si collega un resistore da 10 ohm, la sorgente regolerà la tensione di uscita su 10 volt, il che garantisce che 1 Amp attraversi il resistore.

Questo è come dire che una sorgente di tensione fornirà tutta la corrente necessaria per garantire che la sua tensione rimanga costante.

Pertanto, una sorgente di corrente fornirà tutta la tensione necessaria per garantire che la sua corrente rimanga costante.

Questa è una spiegazione semplificata, ma penso che riesca a capire.

Una sorgente di corrente è un circuito che ha una resistenza di uscita idealmente infinita ; come hai detto, fornisce (se possibile) la stessa corrente indipendentemente da ciò a cui è connessa.

Il concetto è davvero semplice: se lo metti in un ramo di un circuito, saprai che la corrente ci sarà quella; ma, non puoi conoscere la tensione su quella sorgente se non derivandola calcolando la caduta sugli altri componenti.

Guarda questa simulazione per capire meglio il concetto. Accendi e spegni gli interruttori e osserva la corrente che fuoriesce dalla sorgente.

Una sorgente di corrente può essere creata con un mirror di corrente , in cui due transistor BJT sono polarizzati con la stessa tensione di emettitore di base per fornire la stessa corrente (o quasi, la differenza è di due correnti di base). Quindi, una gamba del mirror viene polarizzata con un carico fisso (spesso un resistore) per impostare la corrente, quindi l'altra la replicherà.

Questo schema può essere migliorato con la connessione a cascata (utilizzando transistor di base comuni per aumentare la resistenza di uscita) o altri trucchi, spesso usando il feedback.

Le fonti di corrente sono ampiamente utilizzate negli amplificatori operazionali, dove gli stadi di guadagno devono essere distorti con correnti accurate per fornire un guadagno bilanciato e maggiore.

I pannelli solari fungono da fonte corrente in parte della loro regione operativa. Guarda queste caratteristiche:

Se si collega una resistenza da 36 mΩ al pannello 2,75 A scorrerà attraverso la resistenza producendo una caduta di tensione di 0,1 V su di essa. Se ora si aumenta la resistenza a 150 mΩ, la corrente rimarrà costante a 2,75 A e la caduta di tensione attraverso la resistenza aumenterà a ~ 0,4 V.

Se continui ad aumentare la resistenza la corrente alla fine diminuirà. Questo perché non è una fonte di corrente ideale. Funziona come uno solo nell'intervallo 0–0,4 V.

Esistono fonti di alimentazione lineari e commutate che possono fungere da fonti correnti. Un metodo sarà quello di prendere una sorgente di tensione e regolarne la tensione per "compensare" le sovracorrenti usando il feedback. che si chiama modalità corrente.

Vi sono tuttavia alcuni convertitori che fungono naturalmente da fonti correnti, con il nome teorico di Gyrators . queste sono fonti di corrente dipendenti dalla tensione.

Un articolo correlato a tali fonti (Il mio articolo): http://www.ee.bgu.ac.il/~cervera/publications/pdf/conf4.pdf