Источник ЭДС

Исто́чник ЭДС (идеа́льный источник напряже́ния) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\mathcal {E}}$ ${\mathcal {E}}$ .

Рисунок 1. Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа). Вариант.

СвойстваПравить

Идеальный источник напряженияПравить

Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой

Рисунок 3. Нагрузочная характеристика идеального (синий) и реального (красный) источников.

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $U={\mathcal {E}}={\text{const}}$ . Ток определяется только сопротивлением внешней цепи $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $R$ :

\text{[math]}

I={\frac {U}{R}}.

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно, идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $R\rightarrow 0$ отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

Реальный источник напряженияПравить

В реальности любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $r$ . Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\mathcal {E}}$ и внутреннего сопротивления $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $r$ .

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

\text{[math]}

{\mathcal {E}}=U_{r}+U_{R},

где

\text{[math]}

U_{r}=I\cdot r,

— падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

\text{[math]}

U_{R}=I\cdot R,

— падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $R=0$ вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $I_{\text{s.c.}}$ будет максимален. Зная напряжение холостого хода $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $U_{\text{xx}}$ и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

\text{[math]}

r={\frac {U_{\text{xx}}}{I_{\text{s.c.}}}}.

ПрименениеПравить

При помощи модели источника напряжения хорошо описываются химические источники тока, батарейки, гальванические элементы, коллекторные генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением и бытовые электросети для маломощных потребителей.

Различают источник постоянного и переменного напряжения, а также источник напряжения, управляемые напряжением (ИНУН) и источники напряжения, управляемые током (ИНУТ).

ОбозначенияПравить

Существуют различные варианты обозначений источника напряжения. Наиболее часто встречается обозначение (a) . Вариант (c) устанавливается ГОСТ^[1] и IEC^[2]. Стрелка в кружке указывает на положительную клемму на выходе источника. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками тока (b), который обозначен так в статье «Источник тока».

Рисунок 4. Обозначения источника напряжения на схемах

Определение полюсовПравить

Чтобы определить, который полюс источника постоянного напряжения является положительным, а какой — отрицательным, используются специальные «полюсоискатели», действие которых основано на явлении электролиза. Полюсоискатель представляет собой стеклянную ампулу, заполненную раствором поваренной соли с добавкой фенолфталеина. В ампулу снаружи введены электроды. При подключении к электродам источника напряжения начинается электролиз: на отрицательном полюсе идёт выделение водорода и образуется щелочная среда. Из-за наличия щёлочи фенолфталеин меняет свою окраску — краснеет, по красной окраске у электрода и судят о том, что он соединён с отрицательным полюсом источника напряжения^[3].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
↑ Элементарный учебник физики / Под ред. Г. С. Ландсберга. — 13-е изд.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — Т. 2. Электричество и магнетизм. — С. 151,152,465.

ЛитератураПравить

Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.

[1] ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.

[2] IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application

[3] Элементарный учебник физики / Под ред. Г. С. Ландсберга. — 13-е изд.. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. — Т. 2. Электричество и магнетизм. — С. 151,152,465.

[1]

[2]

[3]