Источник тока

Типы источников тока

Источниками электрического тока называют приборы, превращающие в электрическую энергию другие виды энергии, источники делятся на два класса: химические и физические.

Химические источники тока преобразуют химическую энергию в электрическую. Они состоят из одного источника или множества первичных или вторичных источников тока, объединенных в батарею. Превращение химической энергии в электрическую энергию выполняется в них непосредственно, без участия других видов энергий.

Химические источники тока имеют разную степень многократного использования. В зависимости от возобновляемости введено разделение на два типа.

Первичные источники – батарейки. Их невозможно использовать повторно из-за необратимости химических реакций протекающих во время работы.

Вторичные источники – аккумуляторы. Перед использованием они заряжаются специальными приборами. Накопленный заряд транспортируется вместе с аккумуляторами. Во время эксплуатации аккумуляторов химическая энергия веществ, образовавшихся в процессе зарядки, преобразуется в электрическую энергию.

После окончания заряда аккумулятора возможна регенерация веществ, необходимых для его работы путем зарядки.
Топливные элементы – аналогичны батарейкам, но для прохождения химической реакции вещества поступают в них снаружи, а продукты реакции удаляются, что дает возможность элементам эффективно работать долгое время.

Полутопливные элементы содержат одно из реагирующих веществ, второе при функционировании все время поступает в элемент. Срок службы установлен запасом не возобновляемого вещества.

Если возможна регенерация не возобновляемого вещества путем зарядки, то полутопливный элемент восстанавливает работоспособность как аккумулятор.
Возобновляемые элементы – механически или химически перезаряжаемые элементы. В них предусмотрена возможность замены после окончания разряда израсходованных веществ.

В отличие от топливных эти элементы работают с периодическим возобновлением реагентов. Следует учитывать некоторую условность разделения на аккумуляторы и батарейки. Свойства аккумуляторов проявляются у щелочных батареек, их можно реанимировать при степени разряда 24-40 %. Некоторые аккумуляторы, как и батарейки, используются один раз.

По типу используемого электролита химические источники тока делятся на: cолевые, щелочные, кислотные.

Физические источники тока преобразуют механическую, световую, тепловую, ядерную и другие виды энергии кроме химической в электрическую.

            Источником тока принято называть множество приборов питания: батарейки, электрогенераторы, лабораторные блоки питания, источники питания системных блоков персональных компьютеров и многие другие. Перечисленные источники питания характеризуются выходным напряжением.

Выбирая батарейку или блок питания, мы, прежде всего, ориентируемся на рабочее выходное напряжение, которое обязан поддерживать источник в пределах небольшого отклонения.

Электрический ток изменяется в зависимости от сопротивления нагрузки в широких пределах, на некоторых источниках электроэнергии указан максимально возможный ток, который может отдать источник в нагрузку в зависимости от его мощности.

Если основной параметр для выбора источника питания напряжение, то почему батарейки называются источниками тока, ведь правильнее их было бы называть источниками напряжения? Так сложилось исторически, принято называть источники питания источниками тока. На этом путаница не заканчивается.

В электротехнике существуют четко обозначенные понятия источник тока и источник напряжения. Учитывая все это, нам приходится иметь дело с терминологией сложившейся исторически и терминологией принятой в электротехнике, подкрепленной четкими определениями.

Идеальный источник напряжения обладает бесконечно малым внутренним сопротивлением, что дает возможность ему поддерживать напряжение на подключенной нагрузке, не зависимо от сопротивления нагрузки. Батарейки, аккумуляторы, источники питания компьютеров все это реальные источники напряжения.

При подключении нагрузки соответствующей области применения, например для батарейки фонарика это небольшая лампа накаливания, напряжение уменьшается на незначительную величину, так как мы имеем дело с реальным, а не идеальным источником напряжения, внутренне сопротивление источника не равно нулю, но имеет очень малую величину.

А что же такое источник тока с точки зрения электроники и электротехники? Идеальный источник тока обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением и способен поддерживать на нагрузке постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на клеммах источника тока.

Реальный источник тока это специальный электронный прибор, электрическая схема которого поддерживает стабильный ток в нагрузке независимо от сопротивления нагрузки. Такие приборы применяются мало, но в некоторых случаях они не заменимы. Наиболее часто источники стабильного тока применяются при зарядке аккумуляторов. Для правильной зарядки аккумуляторов их необходимо заряжать стабильным током, соответствующим паспортным данным. Интересное и очень ценное свойство источника стабильного тока – при замыкании выходных клемм не происходит выхода из строя прибора, так как ток остается стабильным, даже если сопротивление нагрузки около нуля. Это свойство лежит в основе источника стабильного тока, а не обеспечивается различными электронными защитами как у источников напряжения.

Источник: https://xn--80aabspfh9bq.xn--p1ai/current_sources.php

Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы. Аккумуляторы — урок. Физика, 8 класс

Электрический ток — направленное, упорядоченное движение электрических зарядов.

Электрические заряды могут быть разными.

Это могут быть электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле.

Под действием поля электрические заряды начнут перемещаться, возникнет электрический ток.

Обрати внимание!

Условия существования электрического тока:

• наличие свободных электрических зарядов;• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;• замкнутая электрическая цепь. Электрическое поле создают источники электрического тока.

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

Существуют различные виды источников тока:

• Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Сюда относятся: электрофорная машина, динамо-машина, генераторы.

Диски электрофорной машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щёток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака.

• Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

Обратите внимание

К нему относится термоэлемент. Две проволоки из разных металлов спаяны с одного края. Затем место спая нагревают, тогда между другими концами этих проволок появляется напряжение.

• Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию. Сюда относится фотоэлемент.

При освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

• Химический источник тока — в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.
К нему относится, например, гальванический элемент. 

В цинковый сосуд Ц вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещён в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углём С. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с углём заполнено желеобразным раствором соли Р.

В результате химической реакции цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле.

В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Они являются одноразовыми. В быту часто используют батарейки, которые можно подзаряжать многократно. Их называют аккумуляторами.

 Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде, в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить.

Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через раствор, зарядит один электрод положительно, а другой — отрицательно. Такие аккумуляторы называют кислотными или свинцовыми. Кроме них ещё существуют щелочные или железоникелевые аккумуляторы.

В них используется раствор щёлочи и пластины: одна — из спрессованного железного порошка, а вторая — из пероксида никеля.    Аккумуляторы используют в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах, железнодорожных вагонах и даже на искусственных спутниках Земли.

Наряду с источниками тока существуют различные потребители электроэнергии: лампы, пылесосы, компьютеры и многие другие. Чтобы электроэнергию доставить от источника до потребителя, необходимы соединительные проводники, а чтобы её поступлением можно было управлять, нужны рубильники, выключатели, кнопки и т.д.

Обрати внимание!

Источник электроэнергии, потребители электроэнергии, замыкающие устройства, соединённые между собой проводами, называют электрической цепью.

Чтобы в цепи существовал электрический ток, она должна быть замкнутой, т.е. состоять из проводников электричества. Если в каком-либо месте провод разорвётся, то ток в цепи прекратится. На этом основано действие выключателей.  

Обрати внимание!

Чертежи, на которых изображаются способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами.

Приборы на схемах обозначают условными знаками. Вот некоторые из них:

Гальванический элемент или аккумулятор Батарея элементов и аккумуляторов Ключ Электрическая лампочка накаливания Электрический звонок Резистор
Двигатель Генератор Мотор Клеммы Провод  Пересечение проводов без соединения Соединение проводов

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=09&id=9010
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba06a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_8.swf

Источник: https://www.yaklass.ru/p/fizika/8-klass/elektricheskie-iavleniia-12351/elektricheskii-tok-elektricheskaia-tcep-galvanicheskie-elementy-akkumulia_-12359/re-74a97d55-2db7-45a6-947f-a227ea083058

Источники тока на полевых и биполярных транзисторах

Схемы генераторов тока, разновидности токовых зеркал, Онлайн калькулятор
расчёта элементов источников тока.

На сегодняшнем мероприятии, посвящённом открытию “Культурно-досугового центра Лоховского муниципального образования”, поговорим о разновидностях источников постоянного и, желательно, стабильного выходного тока. - Если напряжение можно понять умом, то ток только чувством! – начал свой доклад руководитель кружка по художественному рукоделию Семён Самсонович Елдыкин. - Целью нашего сегодняшнего радиолюбительского заседания является освоение упорядоченного движения свободных электрически заряженных частиц – как суммы знаний, физических умений и врождённых навыков. “Как заземлить незаземлённое заземление? Сколько нужно выпить водки в граммах для снижения сопротивление тела на 1 кОм? И как не вступить с электричеством в интимные отношения?” – станет темой нашего научного коллоквиума. Спасибо Семёну Самсоновичу за вводные слова, а нам пора переместиться поближе к обозначенной в заголовке теме. Напустим энциклопедического глубокомыслия:

«Источник тока – элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока…» – учит нас Википедия.

Дополним редакцию. Источник тока должен иметь большое внутреннее дифференциальное сопротивление, такое чтобы при изменении сопротивления нагрузки сила тока в нагрузке практически не изменялась. Такую возможность нам предоставляет биполярный транзистор со стороны коллектора, полевик со стороны стока, либо операционник между инвертирующим входом и выходом.

Есть несколько основных характеристик, которые характеризуют источник тока. Первой и основной из них является величина выходного тока. Во-вторых, его выходное сопротивление, которое определяет, насколько ток источника меняется в зависимости от сопротивления нагрузки.

Читайте также:  Сок из яблок через соковыжималку

Третья спецификация – это минимальное и максимальное напряжения на выходе источника, при котором узел работает должным образом, т.е. выходной транзистор находится в активном режиме. В-четвёртых, температурная стабильность и способность противостоять колебаниям напряжения источника питания.

Для разминки рассмотрим схемы простейших генераторов (источников) тока на транзисторах и операционных усилителях. Рис.1 Схема источника тока на биполярном транзисторе – самая плохая.

В ней присутствует полный букет недостатков – и температурная нестабильность, и зависимость тока от колебаний напряжения источника питания и наличие пресловутого эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора).

Здесь входной делитель на резисторах R1, R2 задаёт ток базы транзистора Iб, выходной ток в первом приближении можно считать равным Iн =
Iк≈β×Iб.

Схема на полевом транзисторе не столь чувствительна к нестабильности источника питания, однако имеет другой существенный недостаток – практическую невозможность заранее рассчитать выходной ток генератора из-за значительности разброса параметров данных типов полупроводников.

Максимальный ток данного типа источника равен начальному току стока при R1=0 (паспортная характеристика), минимальный ограничен падением напряжения на токозадающем резисторе R1.

Генераторы тока на операционных усилителях (инвертирующий слева, неинвертирующий справа) – вполне себе работоспособные устройства, которые являются близкими аналогами идеальных источников тока, и практически лишены недостатков, присущих транзисторным схемам.

Единственное, но существенное в отдельных случаях “но” состоит в том, что нагрузка является «плавающей», т.е. не подключённой никаким боком к земле.

Ток через нагрузку практически с 100% точностью описывается формулой
Iн= Uвх/R1. Размялись? Пришло время избавляться от недостатков простейших источников тока, обкашлянных нами выше. Рис.

2 Схемы стабилизаторов тока, представленные на Рис.2, будут полезны в устройствах, работающих с конечными потребителями, которые чувствительны не столько к стабильности напряжения, сколько к постоянству протекающего через них тока. За примерами далеко ходить не надо – источники питания светодиодов, газоразрядных ламп, зарядные устройства для аккумуляторов и т.д.

Все они требуют наличия на выходе постоянного, либо изменяющегося по определённому алгоритму тока. Принцип работы приведённых схем предельно прост. При увеличении тока нагрузки пропорционально увеличивается и падение напряжения на токозадающем резисторе R1. При достижении уровня падения этого напряжения ≈0,6В, начинает открываться транзистор T1, снижая величину Uбэ (или Uзи) второго транзистора T2. Он начинает закрываться, соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через нагрузку.

Для схемы на биполярном транзисторе номинал резистора Rб следует выбирать из соображений Rб. Для полевика, в силу его высокого входного сопротивления, величина резистора Rз1 может выбрана достаточно высокой (десятки килоом). Единственное, за чем надо зорко послеживать – максимально допустимое значение напряжения затвор-исток транзистора. Если оно меньше Еп, следует добавить дополнительный резистор Rз2 такого номинала, чтобы образованный делитель вогнал напряжение на затворе в допустимые пределы.

Выходной ток рассчитывается по простой формуле
Iн≈0,6/
R1.

В этих схемах нет температурной компенсации, изменение выходного тока составляет величину ≈ 0,3% на один °С.

Рис.3 Про схему токового зеркала, изображённую на Рис.3, смело можно сказать, что это базовая схема источника тока. Резисторы в эмиттерных цепях транзисторов создают отрицательную обратную связь по току, что с одной стороны, приводит к улучшению термостабилизирующих свойств узла, а с другой, позволяет в широких пределах регулировать соотношения токов транзисторов Т1 и Т2. Здесь ток  
Ik1, задаваемый резистором R1:
Iк1≈(Eп-0,7)/(R1+
Rэ1), а ток, протекающий в нагрузке:
Iн≈
Rэ1×(Eп-0,7)/(R1×
Rэ2+
Rэ1× Rэ2).
Рис.4 Для снижения зависимости выходного тока от колебаний напряжения питания широкое применение нашли источники тока (Рис.4), называемые двойным зеркалом тока. Механизм работает следующим образом: Предположим, увеличилось напряжение питания. Тогда увеличивается и падение напряжения на резисторе R1. Это приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VТ3, транзистор VТ3 призакроется, его ток Iэ3 уменьшится, соответственно уменьшится ток базы Iб2 и Iн тоже уменьшится и вернётся в исходное состояние.
Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+
Rэ1),
Iн≈
Rэ1×(Eп-0,7)/(R1×
Rэ2+
Rэ1× Rэ2).
Рис.5 Источник тока, представленный на Рис. 5, называется схемой токового зеркала Уилсона и обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока за счёт подавления проявлений эффекта Эрли (эффект влияния напряжения между коллектором и базой на ток коллектора). Транзисторы T1 и T2 в этой схеме включены так же, как в обычном токовом зеркале, но благодаря транзистору T3 потенциал коллектора токозадающего Т2 фиксирован и не влияет на выходной ток. Все формулы аналогичны предыдущему описанию:
Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+
Rэ1),
Iн≈
Rэ1×(Eп-0,7)/(R1×
Rэ2+
Rэ1× Rэ2).
Рис.6 Каскодный генератор тока, изображённый на Рис. 6, обладает достоинствами, связанными с очень высоким внутренним сопротивлением и значительным ослаблением эффекта Эрли. Динамическое внутреннее сопротивление такого отражателя тока превышает величину в несколько МОм. И опять – всё то же самое:
Iк1≈(Eп-1,4)/(R1+
Rэ1),
Iн≈
Rэ1×(Eп-0,7)/(R1×
Rэ2+
Rэ1× Rэ2). Легко заметить, что для всех типов приведённых токовых зеркал формула для расчёта выходного тока – одна и та же. Формула приблизительная, не учитывающая влияние на расчётные показатели незначительных величин базовых токов транзисторов, однако дающая возможность с погрешностью, не превышающей 5-7%, рассчитать величины токозадающих элементов.

При необходимости сгенерить ток обратного направления, следует перевернуть схему вверх ногами и заменить n-p-n транзисторы на полупроводники обратной проводимости. И по традиции приведу таблицу, позволяющую не сильно утруждаться, при желании воплотить описанные узлы в реальную жизнь.

РАСЧЁТ ТОКОЗАДАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ. Источники тока на полевых транзисторах, в связи со значительностью разброса параметров данного типа полупроводников, практическое применение получили в основном при производстве аналоговых интегральных микросхем. При этом при использовании МОП-структур полевых транзисторов, схемотехника токовых зеркал практически не отличается от приведённых выше источников тока на биполярных собратьях. Рис.6 Проектировать источники тока на дискретных полевых транзисторах – занятие, на мой взгляд, довольно нецелесообразное. Другое дело – специально разработанные полупроводники, называемые токостабилизирующими диодами (CRD), в основе которых лежит полевой транзистор с каналом n-типа. Рис.7 Полевые диоды имеют только два вывода и оптимизированы с точки зрения вольт-амперных характеристик. При их изготовлении можно достичь нулевого температурного коэффициента, объединяя CRD с резистором, имеющим тот же самый, но противоположного знака температурный коэффициент. Токостабилизирующие диоды не очень известны в широких массах радиолюбительского сообщества, но тем временем активно выпускаются буржуйскими промышленниками, имеют приличную номенклатуру токов и достаточно широкий диапазон рабочих напряжений.

А на следующей странице продолжим тему – посвятим её источникам тока на операционных усилителях, а также преобразователям напряжение-ток на ОУ и транзисторах.

Источник: http://vpayaem.ru/inf_curr.html

Диодный источник тока

Платон Константинович Денисов, г. Симферополь

simferopol1970@gmail.com

Идеальный источник тока позволяет получить ток, не зависящий от сопротивления нагрузки. Параметры диодного источника тока, обуславливающие область применения прибора, рассматриваются в этой статье.

Для упрощения электрических схем удобно использовать диодные источники тока, представляющие собой двухвыводной компонент с низкой стоимостью, устанавливаемый в цепи схем последовательно с различными компонентами.

Такое схемное решение проблемы стабилизированного тока привлекает простотой и повышением устойчивости работы разрабатываемых схем приборов. Один полупроводник этого класса, в зависимости от типа, обеспечивает стабилизацию тока на уровне от 0.1 до 30 миллиампер.

Термина и схемного обозначения для наименования этих полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ найти не удалось. В иллюстрациях к статье пришлось применить схемное обозначение обычного диода.

Один из примеров использования – питание светодиода. Диодный источник тока, включенный последовательно светодиоду, обеспечивает стабильную и надежную работу светодиода. Одна из особенностей диодного источника тока – работа в диапазоне напряжений от 1.

8 до 100 В, позволяющая защитить светодиод от выхода из строя при импульсных изменениях напряжения повышает надежность светодиодного индикатора и расширяет диапазон допустимых отклонений питания. Яркость и оттенок свечения светодиода зависят от протекающего тока.

Стабилизация тока питания светодиода позволяет задать требуемый режим работы с неплохой точностью. С помощью диодных источников тока можно построить индикатор или осветительную лампу, предназначенную для питания от сети переменного тока 220 В. Такой прибор будет иметь постоянную яркость свечения при значительном падении напряжения питания.

Важно

Низкая потребляемая мощность и длительный срок службы являются неоспоримыми преимуществами светодиодных ламп по сравнению с лампами накаливания и газонаполненными осветительными приборами.

Применение резистора в цепи питания светодиода для индикации питания двигателя постоянного тока микродрели приводило к быстрому выходу индикатора из строя.

Использование диодного источника тока позволило получить надежную работу индикатора и постоянную яркостью свечения. Требуемый режим можно получить, меняя тип диодного источника тока, или включая 2 – 3 штуки параллельно.

Превышение диодным источником тока стоимости резистора на несколько центов оправдывает увеличение надежности работы индикатора.

Простая схема зарядного устройства аккумулятора получается при параллельном включении диодных источников тока.

При питании входного светодиода оптрона через резистор пульсации напряжения питания схемы приводят к колебаниям яркости, которые накладываются на фронт входного прямоугольного импульса. Напряжение питания схемы всегда содержит пульсации. Если пульсации питающего напряжения 5 В имеют уровень 50 мВ, то пульсации напряжения на светодиоде будут около 13 мВ.

При большом быстродействии оптрона пульсации напряжения питания приведут к искажению информации, передаваемой через оптрон.

Применение диодного источника тока для питания светодиода, входящего в состав оптрона, позволяет снизить искажения цифрового сигнала, передаваемого через оптрон.

Для создания источника опорного напряжения используются диодный источника тока и резистор.

Применение источника стабильного тока улучшает параметры источника опорного напряжения и дает возможность включать источник опорного напряжения в схемы с большими колебаниями напряжения питания.

Схема с низким уровнем шумов и возможностью точно установить требуемое значение опорного напряжения с помощью переменного сопротивления показана на рисунке.

Вольтамперная характеристика помогает понять работу диодного источника тока. Режим стабилизации начинается при превышении напряжения 1.8 В на выводах прибора. При напряжениях более 100 В происходит пробой прибора. Отклонение тока стабилизации от номинального, в зависимости от экземпляра прибора, составляет ±10 процентов. При изменении напряжения от 1.

8 до 100 В ток стабилизации меняется на 5 процентов. Диодные источники тока, выпускаемые некоторыми производителями, изменяют ток стабилизации при изменении напряжения до 20 процентов. Чем выше ток стабилизации, тем больше отклонение при изменении напряжения.

Читайте также:  Самодельный масляный обогреватель

Параллельное включение пяти приборов, рассчитанных на ток 2 мА, позволяет получить более высокие параметры, чем у одного на 10 мА.

Дешевые диодные источники тока представляют собой отобранные по току полевые транзисторы, у которых затвор соединен с истоком. Обобщенная зависимость прямого и обратного тока от прямого и обратного напряжения изображена на рисунке. Диодный источник тока превращается в обычный диод при смене полярности напряжения, приложенного к его выводам.

Это свойство обусловлено тем, что p-n переход полевого транзистора оказывается смещенным в прямом направлении, и ток течет по цепи затвор-сток. Максимальный обратный ток диодного стабилизатора тока может достигать 50 мА, а у некоторых типов и 100 мА.

Это свойство позволяет разработать несложный преобразователь синусоидального сигнала в прямоугольный.

Амплитуда выходного сигнала, форма которого близка к прямоугольной, задается напряжением стабилизации стабилитрона. Диодный источник должен обеспечить номинальный ток, необходимый для работы стабилитрона.

Совет

В файле математической модели Electronics Workbench 5.12, прилагаемом к статье, показана работа преобразователя.

Преобразование синусоидального сигнала в треугольный сигнал осуществляет схема, в которой стабилитроны заменены конденсатором.

Удвоенная амплитуда (разность потенциалов между максимумом и минимумом) равняется

It/C,

где

I – ток стабилизации диодных источников тока,
t – время изменения напряжения между минимумом и максимумом,
С – емкость конденсатора.

В файле математической модели Electronics Workbench 5.12, прилагаемом к статье, показана работа преобразователя.

Для стабилизации токов порядка ампера применяется схема, силовой элемент которой мощный транзистор. Диодный источник тока стабилизирует напряжение на резисторе 200 Ом и на выводе базы транзистора 2Т819. Изменение сопротивления резистора R1 от 0.2 до 10 Ом изменяет ток, поступающий в нагрузку.

С помощью этой схемы можно получить ток, ограниченный максимальным током транзистора или максимальным током источника питания. Выбор диодного источника тока с возможно большим номинальным током стабилизации улучшает стабильность выходного тока схемы. Изменение резистора R1 на 1-2 Ом сильно меняет значение тока.

Этот резистор должен быть большой мощности, изменение сопротивления из-за нагрева приведет к отклонению выходного тока от заданного значения. Резистор 200 Ом можно заменить переменным для точной настройки выходного тока или для построения регулируемого источника стабильного тока.

Для улучшения стабильности тока транзистор 2Т819 усиливается вторым транзистором меньшей мощности. Транзисторы соединяются по схеме составного транзистора Дарлингтона. При использовании составного транзистора минимальное напряжение стабилизации увеличивается. В файле математической модели Electronics Workbench 5.

12, прилагаемом к статье, показана работа мощного источника тока.

Улучшенным вариантом диодного источника тока является схема на полевом транзисторе с автоматическим смещением, где резистор обеспечивает обратную связь по току и увеличивает обратное смещение затвора, что приводит к работе транзистора на более предпочтительном участке характеристики, расположенном ниже характеристики начального тока стока.

По графику выходной характеристики полевого транзистора КП312А видно как можно управлять током насыщения, меняя напряжение между затвором и истоком. Ток, протекающий через схему стабилизации, создает на резисторе напряжение затвор-исток. Изменяя сопротивление резистора можно задать стабилизируемый ток.

Включение в цепь истока резистора снижает отклонение стабилизируемого тока до двух процентов.

Схема, обладающая более высокими характеристиками, состоит из двух полевых транзисторов. Транзистор VT1 обеспечивает уменьшение колебаний напряжения на стоке VT2. Транзистор VT1 должен иметь более высокий начальный ток стока, так как в истоковую цепь входит резистор и сопротивление канала VT2.

Также большой начальный ток стока необходим для работы транзистора на линейном участке выходной характеристики, находящемся между вертикальной осью тока и пунктирной линией напряжения насыщения. Транзистор VT2 стабилизирует ток через сток-исток транзистора VT1, что не позволяет транзистору VT2 перейти в режим насыщения.

Обратите внимание

Таким образом, транзисторы задают режимы работы друг друга. При увеличении напряжения на полюсах схемы сопротивление канала VT1 возрастает.

При увеличении напряжения, приложенного к выводам схемы, сопротивление сток-исток транзистора VT2 возрастает и отрицательное напряжение затвор-исток транзистора VT1 увеличивается по модулю. Сопротивление сток-исток транзистора VT1 возрастает, большая часть напряжения падает на транзисторе VT1.

В файле математической модели Electronics Workbench 5.12, прилагаемом к статье, показана работа схемы. Меняя в программе Electronics Workbench 5.12 напряжение источника питания интересно пронаблюдать значение тока и напряжения на транзисторах VT1 и VT2.

Диодные источники тока выпускаются многими производителями полупроводников. Параметры некоторых типов приведены в таблице.

Наименование Номинальный ток табилизации,мА ±10% Минимальное напряжение на выводах в режиместабилизации, В Максимальное импульсноенапряжение, В Изготовители
0.22 1.0 100 Microsemi, CDI
1 1.35 100
2 1.85 100
3 2.25 100
3.9 2.6 100
4.7 2.9 100
5.1 3.67 80 CDI
10 7.2 50
E-153 15 4.3 50 Semitec
L-1822 20 3.9 50
L-2733 30 4.2 50

Внешний вид диодных источников тока

1N5283
1N5297
1N5305
1N5309
1N5312
1N5314
E-153
L-1822
L-2733

Используя данные таблицы, легко убедится, что соединенные параллельно 5 компонентов 1N5305 позволят стабилизировать ток на уровне 10 мА, как и компонент СDLL257, но минимальное напряжение работы в случае пяти 1N5305 составит 1.85 В, что важно для схем с напряжением питания 3.3 или 5 вольт.

Компонент 1N5305 более доступен, включение параллельно группы стабилизаторов тока позволяет снизить нагрев разрабатываемого прибора и, как следствие, отодвинуть верхнюю границу температурного диапазона.

При использовании диодных источников тока при напряжениях более напряжения пробоя для увеличения рабочего напряжения применяется последовательное включение совместно с параллельно включенными выравнивающими резисторами. Отклонение тока стабилизации от номинального в этой схеме не превышает 2%.

Минимальное и максимальное напряжение работы увеличивается в количество раз, равное числу включенных последовательно диодных источников тока.

Обычный диодный источник тока при изменениях напряжения может давать отклонения стабилизируемого тока на 5-20%, более высокими характеристиками обладают источники тока на операционных усилителях, позволяющие получить точность стабилизации 0.5% и точнее, но это уже тема совсем другой статьи.

Загрузки

Файлы математических моделей Electronics Workbench 5.12

Ссылки

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/178331/MICROSEMI/1N5309.html
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/57458/CDI-DIODE/1N5309.html
https://www.rlocman.

ru/i/File/dat/American_Power_Devices/Diodes_Rectifiers_Single/1N5314.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/products/cclm0035-5750.pdf
http://www.centralsemi.com/PDFs/other/ec051semiconductora.

pdf
http://www.bryansk.ru/km

Источник: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=141588

Идеальный источник тока

  1. Источники напряжения и тока, их свойства, характеристики и схемы замещения. Законы Ома и Кирхгофа.

Источник ЭДС (идеальный
источник напряжения
) — двухполюсник, напряжение на
зажимах которого постоянно (не зависит
от тока в цепи). Напряжение может быть
задано как константа, как функция
времени, либо как внешнее управляющее
воздействие.

В
простейшем случае напряжение определено
как константа, то есть напряжение
источника ЭДС постоянно.

Реальные
источники напряжения

Рисунок
2

Идеальный
источник напряжения (источник ЭДС)
является физической абстракцией, то
есть подобное устройство не может
существовать.

Если допустить существование
такого устройства, то электрический
ток I,
протекающий через него, стремился бы к
бесконечности при подключении нагрузки,
сопротивление RH которой
стремится к нулю.

Но при этом получается,
что мощность источника
ЭДС также стремится к бесконечности,
так как .
Но это невозможно, по той причине, что
мощность любого источника энергии
конечна.

В
реальности, любой источник напряжения
обладает внутренним сопротивлением r,
которое имеет обратную зависимость от
мощности источника. То есть, чем больше
мощность, тем меньше сопротивление (при
заданном неизменном напряжении источника)
и наоборот.

Наличие внутреннего
сопротивления отличает реальный источник
напряжения от идеального. Следует
отметить, что внутреннее сопротивление —
это исключительно конструктивное
свойство источника энергии.

Эквивалентная
схема реального источника напряжения
представляет собой последовательное
включение источника ЭДС — Е
(идеального
источника напряжения) и внутреннего
сопротивления — r.

где

 —
падение напряжения
на внутреннем сопротивлении;

 —
падение напряжения
на нагрузке.

При
коротком замыкании (),
то есть вся мощность источника энергии
рассеивается на его внутреннем
сопротивлении. В этом случае токбудет
максимальным для данного источника
ЭДС. Зная напряжение холостого хода и
ток короткого замыкания, можно вычислить
внутреннее сопротивление источника
напряжения:

Исто́чник
то́ка
 (также генератор
тока
) — двухполюсник,
который создаёт ток ,
не зависящий от сопротивления нагрузки,
к которой он присоединён.

В быту
«источником тока» часто неточно называют
любой источник электрического напряжения
(батарею, генератор, розетку), но в строго
физическом смысле это не так, более
того, обычно используемые в быту источники
напряжения по своим характеристикам
гораздо ближе к источнику
ЭДС,
чем к источнику тока.

Свойства:

Напряжение на
клеммах идеального источника тока
зависит только от сопротивления внешней
цепи:

Мощность,
отдаваемая источником тока в сеть,
равна:

Так
как для источника тока ,
напряжение и мощность, выделяемая им,
неограниченно растут при росте
сопротивления..

Реальный источник тока

Реальный
источник тока, так же как и источник
ЭДС,
в линейном приближении может быть описан
таким параметром, как внутреннее
сопротивление .

Отличие состоит в том, что чем больше
внутреннее сопротивление, тем ближе
источник тока к идеальному (источник
ЭДС, наоборот, чем ближе к идеальному,
тем меньше его внутреннее сопротивление).

Реальный источник тока с внутренним
сопротивлением эквивалентен
реальному источнику ЭДС, имеющему
внутреннее сопротивление и
ЭДС .

Напряжение
на клеммах реального источника тока
равно:

Сила
тока в цепи равна:

Мощность,
отдаваемая реальным источником тока в
сеть, равна:

Схемы
замещения источников энергии
Простейшая
электрическая цепь и ее схема замещения,
как указывалось, состоят из одного
источника энергии с ЭДС Е и внутренним
сопротивлениемrвт и
одного приемника с сопротивлениемr.
Ток
во внешней по отношению к источнику
энергии части цепи, т. е.

в приемнике с
сопротивлениемr,
принимается направленным от точки а с
большим потенциалом к
точке b с
меньшим потенциалом .
Направление
тока будем обозначать на схеме стрелкой
с просветом или указывать двумя индексами
у буквы I, такими
же, как и у соответствующих точек схемы.
Так, для схемы рис. 1.

3 ток в приемнике I = Iаb,
где индексы а и b обозначают направление
тока от точки а к точке b.
Покажем,
что источник энергии с известными
ЭДС E и
внутренним сопротивлением rвт,
может быть представлен двумя
основными схемами замещения
 (эквивалентными
схемами).

Как
уже указывалось, с одной стороны,
напряжение на выводах источника энергии
меньше ЭДС на падение напряжения внутри
источника:   с
другой стороны, напряжение на
сопротивлении r    Ввиду
равенства из
(1.5а) и (1.56) получается или    В
частности, при холостом ходе (разомкнутых
выводах а и b)
получается E=Uх,
т. е.

ЭДС равна напряжению холостого
хода. При коротком замыкании (выводов
а и b)
ток   

Из
(1.7 6)
следует, что rвт источника
энергии, так же как и сопротивление
приемника, ограничивает ток.
На
схеме замещения можно показать элемент
схемы с rвт,
соединенным последовательно с элементом,
обозначающим ЭДС E (рис.
1.7, а).

Читайте также:  Как мультиметром проверить сопротивление

Напряжение U зависит от тока
приемника и равно разности между
ЭДС E источника
энергии и падением напряжения rвтI (1.6а).
Схема источника энергии, показанная на
рис. 1.7, а, называется первой
схемой замещения
 или
схемой с источником ЭДС.

Еслиrвт

Источник: https://StudFiles.net/preview/4085330/

ИСТО́ЧНИКИ ТО́КА

ИСТО́ЧНИКИ ТО́КА, уст­рой­ст­ва, пре­об­ра­зую­щие разл. ви­ды энер­гии в элек­три­че­скую энер­гию. По ви­ду пре­об­ра­зуе­мой энер­гии И. т. ус­лов­но раз­де­ля­ют на хи­ми­че­ские и фи­зи­че­ские. Пер­вые све­де­ния о хи­мич. И. т. (галь­ва­нич. эле­мен­тах и ак­ку­му­ля­то­рах) от­но­сят­ся к 19 в. (напр.

, воль­тов столб, 1800; эле­мент Да­ние­ля – Яко­би, 1836; свин­цо­вый ак­ку­му­ля­тор, 1859). До 1940-х гг. в ми­ре раз­ра­бо­та­но и реа­ли­зо­ва­но на прак­ти­ке лишь неск. ти­пов галь­ва­нич.

эле­мен­тов и ак­ку­му­ля­то­ров; в даль­ней­шем в свя­зи с раз­ви­тием ра­дио­элек­тро­ни­ки и ши­ро­ким ис­поль­зо­ва­ни­ем ав­то­ном­ных ис­точ­ни­ков элек­тро­пи­та­ния их про­из-во не­пре­рыв­но рас­ши­ря­лось. Пе­ре­нос­ные ос­ве­тит. при­бо­ры, маг­ни­то­фо­ны и ра­дио­при­ём­ни­ки, те­ле­ви­зо­ры и пе­ре­нос­ная мед.

ап­па­ра­ту­ра, транс­порт­ные сред­ст­ва, ле­та­тель­ные и кос­мич. ап­па­ра­ты и мно­гое дру­гое ос­на­ще­ны ма­ло­га­ба­рит­ны­ми И. т. Пер­вый элек­тро­ма­шин­ный ге­не­ра­тор по­сто­ян­ного то­ка соз­дан Б. С. Яко­би в 1842. С 1920-х гг. в ка­че­ст­ве пром. ис­точ­ни­ков элек­тро­энер­гии ста­ли при­ме­нять­ся тур­бо­ге­не­ра­то­ры и гид­ро­ге­не­ра­то­ры. Фи­зич. И.

Важно

 т., ос­но­ван­ные на др. прин­ци­пах (тер­мо­элек­трич. ге­не­ра­то­ры, тер­мо­эмис­си­он­ные пре­об­ра­зо­ва­те­ли, сол­неч­ные ба­та­реи и т. д.), раз­ра­бо­та­ны и по­лу­чи­ли раз­ви­тие во 2-й пол. 20 в., что обу­слов­ле­но воз­рос­ши­ми тре­бо­ва­ния­ми совр. тех­ни­ки.

К важ­ней­шим ха­рак­те­ри­сти­кам И. т. от­но­сят­ся: кпд, энер­го­ём­кость (или удель­ная энер­го­ём­кость), мощ­ность (или удель­ная мощ­ность, от­не­сён­ная к еди­ни­це мас­сы, объ­ё­ма), срок служ­бы, ка­че­ст­во ге­не­ри­руе­мой элек­тро­энер­гии (час­то­та, на­пря­же­ние, спо­соб­ность к пе­ре­груз­кам, стои­мость, на­дёж­ность).

Химические источники тока

вы­ра­ба­ты­ва­ют элек­трич. ток за счёт энер­гии окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. ре­ак­ций. В со­от­вет­ст­вии с экс­плуа­тац. схе­мой и спо­собно­стью от­да­вать энер­гию в элек­трич. сеть хи­мич. И. т. под­раз­де­ля­ют­ся на пер­вич­ные, вто­рич­ные и то­п­лив­ные эле­мен­ты; отд. груп­пу со­став­ля­ют ре­зерв­ные ис­точ­ни­ки то­ка. Пер­вич­ные И.

 т. (галь­ва­нич. эле­мен­ты и ба­та­реи) пред­по­ла­га­ют, как пра­ви­ло, од­но­крат­ное ис­поль­зо­ва­ние энер­гии хи­мич. реа­ген­тов, по­сле из­рас­хо­до­ва­ния ко­то­рых (по­сле раз­ря­да) ста­но­вят­ся не­ра­бо­то­спо­соб­ны­ми. В та­ких И. т.

по­ло­жи­тель­ные и от­ри­ца­тель­ные элек­тро­ды, раз­де­лён­ные элек­тро­ли­том, элек­три­че­ски свя­за­ны (галь­ва­нич. связь) в те­че­ние все­го сро­ка служ­бы И. т. Вто­рич­ные И. т. (элек­три­че­ские ак­ку­му­ля­то­ры и ак­ку­му­ля­тор­ные ба­та­реи) до­пус­ка­ют мно­го­крат­ное ис­поль­зова­ние энер­гии со­став­ляю­щих хи­мич.

реа­ген­тов; по­сле раз­ря­да их мож­но вновь за­ря­дить, соз­да­вая ток от внеш­не­го ис­точ­ни­ка в об­рат­ном на­прав­ле­нии. Элек­тро­ды и элек­тро­лит весь срок служ­бы ак­ку­му­ля­то­ров на­хо­дят­ся в элек­трич. кон­так­те друг с дру­гом.

Для уве­ли­че­ния ре­сур­са ак­ку­му­ля­то­ров раз­ра­бо­та­ны спо­со­бы су­хо­за­ря­жен­но­го хра­не­ния ак­ку­му­ля­то­ров; та­кие ак­ку­му­ля­то­ры пе­ред вклю­че­ни­ем пред­ва­ри­тель­но за­ли­ва­ют элек­тро­ли­том. То­п­лив­ные эле­мен­ты (элек­тро­хи­мич. ге­не­ра­то­ры) спо­соб­ны дли­тель­ное вре­мя не­пре­рыв­но ге­не­ри­ро­вать элек­трич.

ток бла­го­да­ря по­сто­ян­но­му под­во­ду к элек­тро­дам но­вых пор­ций реа­ген­тов из­вне и от­во­ду про­дук­тов ре­ак­ции. Наи­бо­лее пер­спек­тив­ны ге­не­ра­то­ры, не­по­сред­ст­вен­но пре­об­ра­зую­щие энер­гию при­род­но­го то­п­ли­ва в элек­три­че­скую.

Ре­зерв­ные И. т. до­пус­ка­ют толь­ко од­но­крат­ное ис­поль­зо­ва­ние энер­гии хи­мич. реа­ген­тов, но, в от­ли­чие от галь­ва­нич. эле­мен­тов, реа­ген­ты и элек­тро­лит в них при­во­дят­ся в со­при­кос­но­ве­ние (ак­ти­ви­ру­ют­ся) не­по­сред­ст­вен­но пе­ред на­ча­лом раз­ря­да. Элек­тро­лит в та­ких И. т. хра­нит­ся в отд.

Совет

со­су­де и за­ли­ва­ет­ся не­по­сред­ст­вен­но пе­ред вклю­че­ни­ем на­груз­ки или на­хо­дит­ся в твёр­дом со­стоя­нии, а пе­ред вклю­че­ни­ем на­груз­ки рас­плав­ля­ет­ся. Ре­зерв­ные И. т. при­ме­ня­ют­ся гл. обр. для пи­та­ния элек­трич.

ап­па­ра­ту­ры, ко­то­рая дли­тель­ное вре­мя на­хо­дит­ся в ре­зерв­ном (не­ра­бо­таю­щем) со­стоя­нии; срок хра­не­ния со­став­ля­ет до 15 лет и бо­лее. См. так­же Хи­ми­че­ские ис­точ­ни­ки то­ка.

Физические источники тока

пре­об­ра­зу­ют те­п­ло­вую, ме­ха­нич., элек­тро­маг­нит­ную энер­гию, а так­же энер­гию ра­ди­ац. из­лу­че­ния и ядер­но­го рас­па­да в элек­три­че­скую. В со­от­вет­ст­вии с наи­бо­лее час­то упот­реб­ляе­мой клас­си­фи­ка­ци­ей к фи­зи­че­ским И. т.

от­но­сят: элек­тро­ма­шин­ные и тер­мо­элек­трич.

ге­не­ра­то­ры, тер­мо­эмис­си­он­ные пре­об­ра­зо­ва­те­ли, маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­чес­кие (МГД) ге­не­ра­то­ры, а так­же ге­не­ра­то­ры, пре­об­ра­зую­щие энер­гию сол­неч­но­го из­лу­че­ния и атом­но­го рас­па­да.

Элек­тро­ма­шин­ные ге­не­ра­то­ры, пре­об­ра­зую­щие ме­ха­нич. энер­гию в элек­три­че­скую, – наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный вид ис­точ­ни­ков элек­трич. энер­гии, ос­но­ва совр. энер­ге­ти­ки. Они мо­гут быть клас­си­фи­ци­ро­ва­ны по мощ­но­сти (от до­лей Вт до еди­ниц ГВт), по на­зна­че­нию и осо­бен­но­стям экс­плуа­та­ции (ста­цио­нар­ные, транс­порт­ные, ре­зерв­ные и др.), по ро­ду пер­вич­но­го дви­га­те­ля (напр., тур­бо- и гид­ро­ге­не­ра­то­ры), по ра­бо­че­му те­лу (пар, во­да, газ) и т. д. Бла­го­да­ря дли­тель­но­му пе­рио­ду кон­ст­рук­тив­но­го и тех­но­ло­гич. со­вер­шен­ст­во­ва­ния ха­рак­те­ри­сти­ки это­го ти­па И. т. дос­тиг­ли зна­че­ний, близ­ких к пре­дель­ным.

Тер­мо­элек­три­че­ский ге­не­ра­тор (ТЭГ) слу­жит для пря­мо­го пре­об­ра­зо­ва­ния те­п­ло­вой энер­гии в элек­три­че­скую; дей­ст­вие ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии Зее­бе­ка эф­фек­та. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ны ТЭГ на ос­но­ве ПП тер­мо­эле­мен­тов; их мощ­ность со­став­ля­ет до не­сколь­ких со­тен кВт, кпд до 20%. К осн. пре­иму­ще­ст­вам ТЭГ по срав­не­нию с элек­тро­ма­шин­ны­ми пре­об­ра­зо­ва­те­ля­ми от­но­сят­ся от­сут­ст­вие дви­жу­щих­ся час­тей, вы­со­кая на­дёж­ность, боль­шой срок служ­бы (до 25 лет), спо­соб­ность ра­бо­тать в ши­ро­ком ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур; к не­дос­тат­кам – низ­кий кпд и срав­ни­тель­но вы­сокая стои­мость. Об­лас­ти при­ме­не­ния ТЭГ – ав­то­ном­ные ис­точ­ни­ки пи­та­ния (на транс­пор­те, в тех­ни­ке свя­зи, кос­мич. тех­ни­ке), ан­ти­кор­ро­зи­он­ная за­щи­та (на ма­ги­ст­раль­ных тру­бо­про­во­дах) и др.

Ра­бо­та тер­мо­эмис­си­он­но­го пре­об­ра­зо­ва­те­ля энер­гии (ТЭП) ос­но­ва­на на яв­ле­нии ис­пус­ка­ния элек­тро­нов по­верх­но­стью на­гре­то­го ме­тал­ла (см. Тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия). Си­ла то­ка в ТЭП ог­ра­ни­че­на си­лой то­ка эмис­сии ка­то­да; кпд су­ще­ст­вен­но за­ви­сит от темп-ры на­гре­ва элек­тро­дов и дос­ти­га­ет 30% (при темп-ре ка­то­да св. 3000 К), удель­ная элек­трич. мощ­ность (в рас­чё­те на 1 см2 по­верх­но­сти ка­то­да) не пре­вы­ша­ет де­сят­ков Вт. ТЭП не по­лу­чи­ли пром. при­ме­не­ния (гл. обр. из-за низ­ких эко­но­мич. по­ка­за­те­лей); наи­бо­лее пер­спек­тив­но их ис­поль­зо­ва­ние в ма­ло­га­ба­рит­ных элек­трич. уст­рой­ст­вах не­боль­шой мощ­но­сти.

С 1990-х гг. всё боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­ча­ют фо­то­элек­трич. ге­не­ра­то­ры, не­по­сред­ст­вен­но пре­об­ра­зую­щие энер­гию сол­неч­ной ра­диа­ции в элек­три­че­скую (см. Сол­неч­ная ба­та­рея); дей­ст­вие ос­но­ва­но на ис­поль­зо­ва­нии внутр. фо­то­эф­фек­та. Элек­трич. ток в них воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих в фо­то­эле­мен­те при по­па­да­нии на не­го све­то­во­го из­лу­че­ния. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ны сол­неч­ные ба­та­реи, ра­бо­таю­щие на крем­ние­вой ос­но­ве; их мощ­ность до 10 кВт, кпд 10–20%; срок служ­бы прак­ти­че­ски не ог­ра­ни­чен. Та­кие И. т. при­ме­ня­ют­ся гл. обр. на КА, ав­то­ма­тич. ме­тео­стан­ци­ях, а так­же для снаб­же­ния элек­тро­энер­ги­ей уда­лён­ных от ли­нии элек­тро­пе­ре­да­чи рай­онов с боль­шим чис­лом сол­неч­ных дней в го­ду.

Маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ский ге­не­ра­тор пре­об­ра­зу­ет энер­гию элек­тро­про­во­дя­щей сре­ды (напр., низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы), дви­жу­щей­ся в маг­нит­ном по­ле, в элек­трич. энер­гию. Кпд та­ких И. т. со­став­ля­ет до 40% при мощ­но­сти ок. 500 МВт в од­ном аг­ре­га­те. Для пром. энер­ге­ти­ки наи­бо­лее пер­спек­тив­но соз­да­ние плаз­мен­ных МГД-ге­не­ра­то­ров, ис­поль­зую­щих при­род­ное ор­га­нич. то­п­ли­во (газ, уголь). К нач. 2000-х гг. в Рос­сии, США, Япо­нии и др. стра­нах раз­ра­бо­та­ны и на­хо­дят­ся в опыт­но-пром. экс­плуа­та­ции ряд МГД-ус­та­но­вок элек­трич. мощ­но­стью до не­сколь­ких де­сят­ков МВт.

Обратите внимание

Ядер­ная ба­та­рея пре­об­ра­зу­ет энер­гию, вы­де­ляю­щую­ся при рас­па­де ядер ра­дио­ак­тив­ных эле­мен­тов, в элек­три­че­скую. Мощ­ность ядер­ных ба­та­рей обыч­но не пре­вы­ша­ет не­сколь­ких со­тен Вт, на­пря­же­ние до 20 кВ, срок служ­бы до 25 лет. Об­ласть воз­мож­но­го при­ме­не­ния – ис­точ­ни­ки элек­тро­энер­гии, напр., на КА, в из­ме­рит. при­бо­рах, в мед. элек­трон­ной ап­па­ра­ту­ре.

Источник: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/2025995

Источники электрического тока

В данной статье будут описаны методы получения электрического тока, их виды, преимущества и недостатки. В общих чертах источники тока можно разделить на механические, химические и использующие другие физические преобразования.

Химические источники тока

Химические источники тока преобразуют химические реакции окислителя и восстановителя в ЭДС. Впервые химический источник тока изобрел Алессандро Вольта в 1800 году. Впоследствии его изобретение назвали “Элемент Вольта”. Элементы вольта, соединенные в вертикальную батарею составляют Вольтов столб.

В 1859 году французским физиком Гстоном Плантэ был изобретен свинцово-кислотный аккумулятор. Он состоял из свинцовых пластин, помещенных в серную кислоту. Данный тип аккумуляторов до сих пор широко применяется, например в автомобилях.

В 1965 году французский химик Ж. Лекланше предложил элемент, состоящий из цинкового стаканчика с раствором хлористого аммония, в который был помешен агломерат оксида марганца с угольным токоотводом. Этот элемент стал прародителем современных солевых батареек.

Все химические элементы имеют в основе 2 электрода. Один из них является окислителем, а другой- восстановителем, оба контактируют с электролитом. Между электродами возникает ЭДС. На аноде восстановитель окисляется, электроны, пройдя по внешней цепи к катоду, и участвуют в реакции восстановления окислителя.

Таким образом поток электронов проходит по внешней цепи от отрицательного полюса, к положительному. В качестве восстановителя используются свинец. кадмий, цинк и другие металлы. Окислители- оксид свинца, оксид марганца, гидроксид никеля и другие. В качестве электролита- растворы щелочей, кислот и солей.

Существуют так-же топливные элементы, в которых окислитель и восстановитель подаются извне. Примером может послужить водородно-кислородный топливный элемент, который работает по тому-же принципу что и электролизер, только наоборот- на обкладки подаются водород и кислород, и вырабатывается электроэнергия при реакции их соединения в воду.

Механические источники тока

К механическим источникам тока относятся все источники преобразующие механическую энергию в электрическую. Обычно используются не прямые преобразования, а посредством другой энергии, обычно магнитной. Так например в генераторах вращается магнитное поле- созданное магнитами, или возбужденное иначе, воздействуя на обмотки оно создает ЭДС.

Э.Х. Ленц еще в 1833г обнаружил, что электродвигатели с постоянными магнитами могут вырабатывать электроэнергию, если раскрутить ротор. В составе комиссии по тестированию электрического мотора Якоби, он опытным путем доказал обратимость электродвигателя. Позже было выяснено, что вырабатываемую генератором энергию можно использовать для питания собственных электромагнитов.

Первый генератор был построен в 1832г изобретателями из Парижа- братьями Пиксин. Генератор использовал постоянный магнит, при вращении которого в обмотках расположенных рядом образовывалась ЭДС.

Важно

В 1843г Эмиль Штерер так-же построил генератор, состоящий из 3х магнитов и 6 катушек. Все первые генераторы использовали постоянные магниты.

В дальнейшем (1851-1867гг) применялись электромагниты, питающиеся встроенным генератором на постоянных магнитах. Такую машину создал Генри Уальд в 1863г.

Так-же к механическим можно отнести не используемый, но все-же существующий метод, использующий пьезокерамику. Пьезоизлучатель так-же обратим, и может вырабатывать энергию при механическом воздействии.

Прочие источники тока

Самым используемым сейчас не механическим источником тока является солнечная батарея. Солнечная батарея производит прямое преобразование света в электроэнергию, путем выбивания электронов в pn переходе энергией фотона. Чаще всего используются фотоэлементы на основе кремния. Производят их путем легирования одного и того-же полупроводника различными примесями, для создания np переходов.

Так-же в походных условиях часто используются элементы Пельтье. Элемент Пельтье создает разность температур при протекании электрического тока.

Обратный эффект- эффект Зеебека, используется для получения электрического тока при приложении к элементу разности температур.

За счет применения различных проводников, температура каждого отличается, что приводит к перетеканию электронов от более горячего проводника, к менее нагретому.

Источник: http://cxem.net/beginner/beginner123.php

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector