După cum sugerează și numele său, o sursă de curent este un element de circuit care menține un flux constant de curent indiferent de tensiunea dezvoltată pe terminalele sale, deoarece această tensiune este determinată de alte elemente de circuit. Adică, o sursă ideală de curent constant asigură o cantitate specifică de curent, indiferent de impedanța pe care o conduce și, ca atare, o sursă de curent ideală ar putea, teoretic, să furnizeze o cantitate infinită de energie. Deci, la fel cum o sursă de tensiune poate fi evaluată, de exemplu, ca 5V sau 10V, etc, o sursă de curent va avea de asemenea o evaluare, de exemplu, 3 amperi sau 15 amperi etc.

Sursele ideale de curent constant sunt reprezentate într-o manieră similară surselor de tensiune, dar de această dată simbolul sursei de curent este cel al unui cerc cu o săgeată înăuntru pentru a indica direcția fluxului de curent. Direcția curentului va corespunde polarității tensiunii corespunzătoare, care iese din terminalul pozitiv. Litera "i" este folosită pentru a indica faptul că este o sursă de curent, așa cum este arătat.

Sursă de curent ideală

Sursele independente de curent ideale sunt de obicei folosite pentru a rezolva teoreme de circuit și pentru tehnici de analiză a circuitului pentru circuite care conțin elemente active reale. Cea mai simplă formă a unei surse de curent este un rezistor în serie cu o sursă de tensiune care creează curenți care variază de la câțiva miliamperi la multe sute de amperi. Rețineți că o sursă de curent cu valoare zero este un circuit deschis.

Conceptul de sursă de curent este acela al unui element cu două borne care permite fluxul de curent indicat de direcția săgeții. Deci, o sursă de curent are o valoare i, în unități de amperi (A). Relația fizică dintre o sursă de curent și variabilele de tensiune dintr-o rețea este dată de legea lui Ohm, deoarece aceste variabile de tensiune și curent vor avea valori specificate.

Este dificil să se precizeze magnitudinea și polaritatea tensiunii unei surse de curent ideale ca funcție de curent, mai ales dacă există alte surse de tensiune sau curent în circuitul conectat. Astfel este posibil să cunoaștem curentul furnizat de sursa de curent, dar nu și tensiunea pe ea decât dacă este dată puterea furnizată de sursa de curent, ca P = V*I.

Cu toate acestea, dacă sursa de curent este singura sursă în circuit, atunci polaritatea tensiunii pe sursă va fi mai ușor de stabilit. Dacă totuși există mai multe surse, atunci tensiunea la terminale va depinde de rețeaua în care este conectată sursa.

Conectarea împreună a surselor de curent

La fel ca sursele de tensiune, sursele ideale de curent pot fi conectate împreună pentru a crește (sau micșora) curentul disponibil. Dar există reguli privind modul în care pot fi conectate două sau mai multe surse de curent independente cu valori diferite, fie în serie, fie în paralel.

Surse de curent în paralel

Conectarea a două sau mai multe surse de curent în paralel este echivalentă cu o sursă de curent a cărei ieșire totală de curent este dată ca suma algebrică a curenților surselor individuale. Aici, în acest exemplu, două surse de curent de 5 A sunt combinate pentru a produce 10 A cu IT = I1 + I2.

Surse de curent de diferite valori pot fi conectate împreună în paralel. De exemplu, una de 5 A și una de 3 A s-ar combina pentru a da o singură sursă de curent de 8 A, deoarece săgețile reprezentând sursele de curent sunt în aceeași direcție. Atunci când cei doi curenți se adună împreună, se spune că legătura lor este: paralel-adunate.

Chiar dacă nu este cea mai bună practică pentru analiza circuitului, conexiunile paralel-opuse utilizează surse de curent care sunt conectate în direcții opuse pentru a forma o singură sursă de curent a cărei valoare este scăderea algebrică a surselor individuale.

Surse de curent opuse în paralel

Aici, deoarece cele două surse de curent sunt conectate în direcții opuse (indicate de săgețile lor), cei doi curenți se scad unul din celălalt, deoarece cele două furnizează o cale de buclă închisă pentru un curent circulant care respectă Legea curenților a lui Kirchoff, KCL. De exemplu, două surse de curent de 5 A ar avea ca rezultat o ieșire zero cu 5A - 5A = 0A. De asemenea, dacă cei doi curenți au valori diferite, 5A și 3A, atunci ieșirea va fi valoarea curentul mai mic scăzută din valoarea curentul mai mare. Rezultă într-un IT de 5 - 3 = 2A.

Am văzut că sursele ideale de curent pot fi conectate împreună în paralel pentru a forma surse de curent paralel -adunate sau paralel-opuse. Ceea ce nu este permis, sau nu este cea mai bună practică pentru analiza circuitului, este conectarea împreună a sursele de curent ideale în combinații serie.

Surse de curent în serie

Sursele de curent nu au voie să fie conectate în serie, fie de aceeași valoare, fie de valori diferite. Aici, în acest exemplu, două surse de curent de 5 A sunt conectate împreună în serie, dar care este valoarea curentului rezultată? Este egală ca la o sursă de 5 A sau este egală cu adunarea celor două surse, adică 10 A. Deci, sursele de curent conectate în serie adaugă un factor necunoscut în analiza circuitului, ceea ce nu este bine.

De asemenea, un alt motiv pentru care sursele conectate în serie nu sunt permise pentru tehnicile de analiză a circuitelor este că ele nu pot furniza același curent în aceeași direcție. Curenții serie-adunare sau serie-opoziție nu există pentru sursele ideale de curent.

Exemplul nr. 1 de sursă de curent

Două surse de curent de 250 miliamperi și respectiv 150 miliamperi sunt conectate împreună într-o configurație paralel-adunare pentru a alimenta o sarcină conectată de 20 ohmi. Calculați căderea de tensiune pe sarcină și puterea disipată. Desenați circuitul.

Atunci, IT = 0,4 A sau 400 mA, VR = 8 V și PR = 3,2 W

Sursă de curent practică

Am văzut că o sursă ideală de curent constant poate furniza aceeași cantitate de curent pe termen nelimitat, indiferent de tensiunea pe terminalele sale, făcând-o astfel o sursă independentă. Aceasta înseamnă că sursa de curent are o rezistență internă infinită (R = ∞). Această idee funcționează bine pentru tehnicile de analiză a circuitelor, dar în lumea reală sursele de curent se comportă puțin diferit, deoarece sursele practice de curent au întotdeauna o rezistență internă, indiferent cât de mare (de obicei în gama megohmi), cauzând ca sursa generată să varieze oarecum cu sarcina.

O sursă de curent practică sau neideală poate fi reprezentată ca o sursă ideală cu o rezistență internă conectată pe ea. Rezistența internă (RP) produce același efect ca o rezistență conectată în paralel (șunt) cu sursa de curent așa cum se arată. Rețineți că elementele de circuit în paralel au exact aceeași cădere de tensiune pe ele.

Surse de curent ideală și practică

S-ar putea să fi observat că o sursă de curent practic seamănă foarte mult cu cea a unui circuit echivalent al lui Norton, deoarece teorema lui Norton afirmă că "orice rețea liniară DC poate fi înlocuită de un circuit echivalent constând dintr-o sursă de curent constant IS în paralel cu un rezistor RP". Rețineți că dacă această rezistență paralelă este foarte mică, RP = 0, sursa de curent este scurtcircuitată. Atunci când rezistența paralelă este foarte mare sau infinită, RP ≈ ∞, sursa de curent poate fi modelată ca fiind ideală.

O sursă de curent ideală descrie o linie orizontală pe caracteristica I-V așa cum este arătat mai sus. Cu toate acestea, deoarece sursele de curent practice au o rezistență internă a sursei, aceasta ia o parte din curent, astfel încât caracteristica acestei surse practice nu este plană și orizontală, ci va coborî, deoarece curentul este acum împărțit în două părți, cu o parte a curentului care curge în rezistența paralelă, RP și cealaltă parte a curentului care curge direct către bornele de ieșire.

Legea lui Ohm ne spune că atunci când un curent (i) curge printr-o rezistență (R) se produce o cădere de tensiune pe acea rezistență. Valoarea acestei căderi de tensiune va fi dată de i.RP. Deci VOUT va fi egal cu căderea de tensiune pe rezistor fără sarcină atașată. Ne amintim că pentru o sursă ideală de curent, RP este infinit deoarece nu există rezistență internă, deci tensiunea la terminale va fi zero, fiindcă nu există o cădere de tensiune.

Suma curenților în buclă dată de legea lui Kirchhoff a curenților, KCl este: IOUT = IS - VS/RP. Această ecuație poate fi reprezentată grafic pentru a da caracteristicile I-V ale curentului de ieșire. Este dat ca o linie dreaptă cu o pantă -RP care intersectează axa verticală de tensiune în același punct ca IS când sursa este ideală, după cum se arată.

Caracteristicile sursei practice de curent

Prin urmare, toate sursele ideale de curent vor avea o caracteristică liniară I-V, dar sursele neideale sau reale de curent practice vor avea o caracteristică I-V care este puțin înclinată în jos cu o cantitate egală cu VOUT/RP unde RP este rezistența internă a sursei.

Exemplul nr. 2 de sursă de curent

O sursă practică de curent constă dintr-o sursă de curent ideală de 3A care are o rezistență internă de 500 Ohmi. Fără sarcină, calculați tensiunea la terminalele circuitului deschis al sursei de curent și puterea absorbită, fără sarcină, de rezistorul intern.

1. Valori fără sarcină:

Atunci, tensiunea circuitului deschis, pe rezistență internă a sursei și bornele A și B (VAB) este calculată la 1500 volți.

Partea 2: Dacă la bornele aceleiași surse practice de curent este conectat un rezistor de sarcină de 250 Ohm, calculați curentul prin fiecare rezistență, puterea absorbită de fiecare rezistență și căderea de tensiune pe rezistorul de sarcină. Desenați circuitul.

2. Date cu sarcina conectată: IS = 3A, RP = 500Ω și RL = 250Ω

2a. Pentru a găsi curenții în fiecare ramură rezistivă, putem folosi regula divizorului de curent.

2b. Puterea absorbită de fiecare rezistor este dată de:

2c. Atunci, căderea de tensiune pe rezistența de sarcină RL este dată de:

Putem vedea că tensiunea la terminalele sursei de curent practice cu circuit deschis poate fi foarte mare, va produce orice tensiune este necesară, 1500 V în acest exemplu, pentru a furniza curentul specificat. Teoretic, această tensiune la terminale poate fi infinită deoarece sursa încearcă să livreze curentul nominal.

Conectarea unei sarcini la bornele sale va reduce tensiunea, la 500 de volți în acest exemplu, deoarece acum curentul are unde să circule, iar pentru o sursă de curent constant, tensiunea la terminale este direct proporțională cu rezistența de sarcină.

În cazul surselor de curent neideale care au fiecare o rezistență internă, rezistența internă totală (impedanța) va fi rezultatul combinării acestora în paralel, exact la fel ca și în cazul rezistoarelor în paralel.

Sursă de curent dependentă

Știm acum că o sursă ideală de curent oferă o cantitate specificată de curent, complet independentă de tensiunea din ea și, ca atare, va produce orice tensiune este necesară pentru a menține curentul necesar. Acest lucru îl face complet independent de circuitul la care este conectat, rezultând astfel că ea este numită o sursă ideală de curent independentă.

O sursă de curent controlată sau dependentă, pe de altă parte, își modifică curentul disponibil în funcție de tensiunea pe, sau de curentul prin, alt element conectat la circuit. Cu alte cuvinte, ieșirea unei surse de curent dependent este controlată de o altă tensiune sau curent.

Sursele dependente de curent se comportă similar cu sursele de curent pe care le-am analizat până acum, atât ideale (independente) cât și practice. Diferența de această dată este că o sursă de curent dependentă poate fi controlată de o tensiune sau curent de intrare. O sursă de curent care depinde de o intrare de tensiune este în general menționată ca o sursă de curent controlată de tensiune sau VCCS. O sursă de curent care depinde de o intrare de curent se referă, în general, la o sursă de curent controlată de curent sau CCCS.

În general, o sursă ideală dependentă de curent, controlată de tensiune sau de curent, este desemnată printr-un simbol în formă de diamant în care o săgeată indică direcția curentului, așa cum este arătat.

Simboluri pentru sursă de curent dependentă

O sursă ideală de curent dependentă controlată de tensiune, VCCS, menține un curent de ieșire IOUT proporțional cu tensiunea de intrare de control VIN. Cu alte cuvinte, curentul de ieșire "depinde" de valoarea tensiunii de intrare, făcând-o o sursă de curent dependentă.

Atunci, curentul de ieșire VCCS este definit de următoarea ecuație: IOUT = αVIN. Această constantă de multiplicare α (alpha) are unități SI: mho, ℧ (semn Ohm inversat) deoarece α = IOUT/VIN, iar unitățile sale vor fi, prin urmare, amperi/volți.

O sursă ideală de curent dependentă controlată de curent, CCCS, menține un curent de ieșire proporțional cu un curent de intrare de control. Atunci, curentul de ieșire "depinde" de valoarea curentului de intrare, făcând-o din nou o sursă de curent dependentă.

Deoarece un curent de control, IIN determină magnitudinea curentului de ieșire IOUT înmulțit cu constanta de mărire β (beta), curentul de ieșire pentru un element CCCS este determinat de următoarea ecuație: IOUT = β.IIN. Rețineți că constanta de multiplicare β este un factor de scalare fără dimensiune, deoarece β = IOUT/IIN, deci, unitățile sale ar fi amperi/amperi.

REZUMAT Sursa de curent

Am văzut în acest tutorial despre sursele de curent, că o sursă de curent ideală (R = ∞) este un element activ care asigură un curent constant care este total independent de tensiunea pe ea ca urmare a sarcinii conectate la ea producând o caracteristică I-V reprezentată de o linie dreaptă.

Sursele ideale de curent independente pot fi conectate împreună în paralel pentru tehnicile de analiză a circuitelor, fie ca configurații paralele-adunate, fie ca paralele-opuse, dar nu pot fi conectate în serie. De asemenea, pentru rezolvarea analizelor de circuit și a teoremelor, sursele de curent devin surse de circuit deschise pentru a-și face curentul egal cu zero. Rețineți, de asemenea, că sursele curente sunt capabile să livreze sau să absoarbă puterea.

În cazul surselor de curent neideale sau practice, ele pot fi modelate ca o sursă ideală de curent echivalentă și o rezistență internă paralelă (șunt) conectată care nu este infinită, dar cu o valoare foarte ridicată, deoarece R ≈ ∞ produce o caracteristică I-V care nu este dreaptă, dar se înclină în jos pe măsură ce sarcina scade.

De asemenea, am văzut aici că sursele de curent pot fi dependente sau independente. O sursă dependentă este cea a cărei valoare depinde de o altă variabilă a circuitului. Sursa de curent comandată de tensiune, VCCS și sursa de curent controlată de curent, CCCS, sunt tipuri de surse de curent dependente.

Sursele de curent constant cu rezistențe interne foarte mari găsesc numeroase aplicații în circuite electronice și analize și pot fi construite folosind tranzistoare bipolare, diode, zenere și FET-uri, precum și o combinație a acestor dispozitive solid-state.