Б. выходная характеристика

ИТ имеет малую внутреннюю проводимость G_вн. И ток I_вн. очень мал. Поэтому ток нагрузки I_н = I - U_н·G_вн. практически равен I и мало изменяется при колебаниях значения U_н. Однако это справедливо лишь в заданном диапазоне изменения U_н. Если значение Uн выйдет за границы установленного диапазона, нормальная работа ИТ может быть нарушена. Очевидно, что идеальный источник имеет нулевую внутреннюю проводимость или, что то же самое, бесконечно большое внутреннее сопротивление.

Итак, следует запомнить, что источник напряжения должен иметь малое внутреннее сопротивление, а источник тока – большое внутреннее сопротивление.

Многие технические устройства можно рассматривать как ИН или ИТ. Например, усилитель напряжения (потенциальный выход) можно рассматривать как ИН. Источником напряжения также является стабилизированный блок питания, выходное напряжение которого должно быть малочувствительно к изменению сопротивления нагрузки. Типичным примером источника тока может служить зарядное устройство для аккумуляторов. Простейшее зарядное устройство обеспечивает постоянство зарядного тока аккумулятора, рис 1.20. Трансформатор

Рис. 1.20. Принципиальная схема зарядного устройства для аккумулятора

Тр₁ понижает сетевое напряжение U₁. Элементы (диод VD₁ и резистор R₁) обеспечивают протекание через аккумулятор требуемой формы зарядного тока. Величина внутреннего сопротивления такого ИТ равна:

где r – сопротивление вторичной обмотки трансформатора постоянному току;

r_пр – прямое сопротивление диода VD1;

r_обр – обратное сопротивление диода VD1.

Для улучшения эксплуатационных характеристик аккумулятора в один из полупериодов выпрямленного напряжения (U₂ < 0) направление зарядного тока изменяется на противоположное. Но величина этого тока много меньше величины основного заряжающего тока (U₂ > 0). Именно этот полупериод напряжения вторичной обмотки мы и рассмотрим. Сопротивление r мало (единицы Ом). Сопротивление открытого диода r_пр также относительно невелико (единицы или десятки Ом). Поэтому основной вклад в R_вн. ИТ вносит сопротивление R₂ (R₂ >> r_пр; R₂ >> r). Изменяя величину R_2, можно задавать необходимое значение выходного (зарядного) тока.

Создать простейший источник тока можно, подключив последовательно с химическим источником тока, например, аккумулятором, большое сопротивление.

Датчики физических величин, выдающие аналоговый электрический сигнал функционально связанный с измеряемым параметром также можно рассматривать как ИН или ИТ. Также говорят, что такие датчики имеют потенциальный или токовый выход. Очевидно, что датчики с потенциальным выходом (ИН) предполагают подключение высокоомной нагрузки, а датчики с токовым выходом (ИТ) – низкоомной нагрузки.

Почему выходной ток ИТ практически не зависит от сопротивления нагрузки? Обратимся к рис. 1,а (ИТ можно представить как ИН, но со значительной величиной R_вн.). На физическом уровне это объясняется тем, что величина тока нагрузки оказывается мы чувствительной к изменению R_н вследствие малости значения сопротивления нагрузки по отношению к R_вн. В самом деле, если , то отклонение сопротивления нагрузки даже на 100% по отношению к его номинальному значению не приведет к изменению выходного тока более чем на 1%.

В случае ИН, рис 1.18.а, напряжение на нагрузке равно:

.

На внутреннем сопротивлении ИН падает напряжение:

.

Очевидно, что падения напряжений на нагрузке и на R_вн оказываются прямо пропорциональны значениям соответствующих сопротивлений. Следовательно, по аналогии с ИТ, для того, чтобы изменение выходного напряжения не превышало 1% при возможном 100% отклонении величины R_н от своего номинального значения, необходимо обеспечить выполнение неравенства .

ИН и ИТ являются активными элементами электрических цепей. То есть их можно рассматривать как источники (генераторы) электрической энергии.

При расчете электрических цепей иногда бывает удобно производить замену ИН эквивалентными ИТ или, наоборот, ИТ эквивалентными ИН. Однако при этом не будут соблюдаться вышеуказанные свойства: малая зависимость выходного напряжения ИН от I_н и постоянство выходного тока ИТ при изменении выходного напряжения.

ИН и ИТ являются эквивалентными, если имеют одинаковые выходные характеристики: или . При присоединении к ним нагрузки с сопротивлением напряжение U_вых и ток I_вых в нагрузке будут в обоих случаях одинаковыми.

Рассмотрим теоретическое обоснование взаимозаменяемости ИН и ИТ. Уравнение выходной характеристики ИН имеет вид:

.

Или

.

Уравнение выходной характеристики ИТ имеет вид:

.

Эти выходные характеристики совпадают при соблюдении условий:

и .

По этим двум уравнениям можно вычислить параметры I и G_вн ИТ эквивалентного заданному ИН, имеющего параметры E и R_вн.

Аналогично из уравнений

и

можно рассчитать параметры ИН, эквивалентного заданному ИТ.

Дата добавления: 2014-01-07