Идеализированные активные элементы: источник напряжения, источник тока. Схемы замещения реальных источников энергии.

Активными элементами электрической цепи являются независимые и зависимые источники электрической энергии, которые, в свою очередь, делятся на источники напряжения и источники тока.

Независимый (не управляемый) источник напряжения – это идеализированный двухполюсный элемент, на зажимах которого напряжение не зависит от протекающего через него тока. Условное обозначение и вольтамперная характеристика постоянного напряжения показаны на рис. 1.10. ВАХ идеального источника напряжения – это прямая, параллельная оси тока.

Источник напряжения полностью характеризуется электродвижущей силой (ЭДС) e(t), E или напряжением u(t) = e(t), U = E.

Внутреннее сопротивление источника напряжения равно нулю

R_вн = Δu /Δi = 0.

Такой источник должен обладать бесконечно большой мощностью, а это физически реализовать нельзя. Поэтому этот источник считается идеальным.

Независимый источник тока – это идеализированный двухполюсный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Условное обозначение и вольтамперная характеристика постоянного тока показаны на рис. 1.11. ВАХ представляется прямой, параллельной оси напряжения. Источник тока полностью характеризуется своим задающим током j(t), J.

Внутреннее сопротивление источника тока равно бесконечности

R_вн = Δu /Δi = ∞.

Такой источник должен обладать бесконечно большой мощностью, а это физически реализовать нельзя. Поэтому этот источник считается идеальным.

Реальные независимые (не управляемые) источники – это источники электрической энергии, у которых внутренне сопротивление R_вн имеет конечное значение (отличное от 0 и ∞). Свойства реальных источников можно моделировать с помощью независимых источников напряжения и тока с дополнительно включенным резистивным сопротивлением R_вн (см. рис. 1.12).

Если модель источника строить на основе идеального источника ЭДС, то внутреннее сопротивление включается последовательно с источником. Эта схема называется последовательной (рис. 1.12, а. Идеальный источник тока и внутреннее сопротивление могут моделировать реальный источник с помощью параллельной схемы (см. рис. 1.12, б. Эти схемы считаются эквивалентными, если они моделируют один и тот же реальный источник. В этом случае одну схему можно заменить другой, используя формулы преобразования:

J = E/R_вн;                E = JR_вн;                 R_внE = R_внJ.                                              (1.12)

Напряжение u на реальном источнике и ток i через него зависят от параметров цепей, подключаемых к источнику, а вольт-амперные характеристики имеют наклон, зависящий от внутреннего сопротивления (см. штриховые линии на рис. 1.10, б и 1.11, б).