Nguồn Dòng Là Gì - Học Điện Tử

Như tên gọi của nó, nguồn dòng là gì nó là một phần tử mạch duy trì dòng điện không đổi bất kể điện áp phát triển trên các đầu nối của nó vì điện áp này được xác định bởi các phần tử mạch khác. Nghĩa là, một nguồn dòng điện không đổi lý tưởng liên tục cung cấp một lượng dòng điện xác định bất kể trở kháng mà nó đang tạo ra và như vậy, về lý thuyết, một nguồn dòng điện lý tưởng có thể cung cấp một lượng năng lượng vô hạn. Vì vậy, giống như nguồn điện áp có thể được đánh giá, ví dụ, là 5 vôn hoặc 10 vôn, v.v., nguồn dòng cũng sẽ có định mức dòng điện, ví dụ, 3 ampe hoặc 15 ampe, v.v. Bạn đã biết về nguồn dòng là gì chưa. ?

Nguồn dòng điện không đổi lý tưởng được biểu diễn theo cách tương tự như nguồn điện áp, nhưng lần này ký hiệu nguồn dòng là một hình tròn có mũi tên bên trong để chỉ hướng của dòng điện. Chiều của dòng điện sẽ tương ứng với cực của điện áp tương ứng, chảy ra từ cực dương. Chữ cái “i” được sử dụng để chỉ ra rằng nó là một nguồn dòng như được hiển thị.

Nguồn dòng lý tưởng

Khi đó, một nguồn dòng điện lý tưởng được gọi là “nguồn dòng điện không đổi” vì nó cung cấp dòng điện ở trạng thái ổn định không đổi không phụ thuộc vào tải kết nối với nó tạo ra đặc tính IV được biểu diễn bằng một đường thẳng. Như với nguồn điện áp, nguồn dòng điện có thể độc lập (lý tưởng) hoặc phụ thuộc (được điều khiển) bởi điện áp hoặc dòng điện ở nơi khác trong mạch, bản thân nó có thể không đổi hoặc thay đổi theo thời gian.

Các nguồn dòng điện độc lập lý tưởng thường được sử dụng để giải các định lý về mạch và cho các kỹ thuật phân tích mạch đối với các mạch có chứa các phần tử hoạt động thực sự. Dạng đơn giản nhất của nguồn dòng điện là một điện trở mắc nối tiếp với nguồn điện áp tạo ra dòng điện từ vài milimet đến hàng trăm ampe. Hãy nhớ rằng nguồn dòng điện có giá trị 0 là một mạch hở khi R = 0.

Khái niệm về nguồn dòng là phần tử có hai đầu nối cho phép dòng điện chạy theo hướng của mũi tên. Khi đó, nguồn dòng có giá trị, i, tính bằng đơn vị ampe, (A) thường được viết tắt thành ampe. Mối quan hệ vật lý giữa nguồn dòng và các biến điện áp xung quanh mạng được đưa ra bởi định luật Ohm vì các biến điện áp và dòng điện này sẽ có các giá trị xác định.

Có thể khó xác định độ lớn và cực tính của điện áp của nguồn dòng điện lý tưởng như một hàm của dòng điện, đặc biệt nếu có các nguồn điện áp hoặc dòng điện khác trong mạch được kết nối. Sau đó, chúng ta có thể biết dòng điện được cung cấp bởi nguồn dòng nhưng không biết điện áp trên nó trừ khi công suất được cung cấp bởi nguồn dòng, là P = V * I.

Tuy nhiên, nếu nguồn dòng là nguồn duy nhất trong mạch, thì cực tính của điện áp trên nguồn sẽ dễ thiết lập hơn. Tuy nhiên, nếu có nhiều hơn một nguồn, thì điện áp đầu cuối sẽ phụ thuộc vào mạng mà nguồn được kết nối.

Đến đây bạn có thể hình dung ra nguồn dòng là gì rồi đấy . Hãy theo giõi phần dưới để biết thêm nha.

Kết nối các nguồn dòng với nhau

Cũng giống như nguồn điện áp, các nguồn dòng điện lý tưởng cũng có thể được kết nối với nhau để tăng (hoặc giảm) dòng điện khả dụng. Nhưng có các quy tắc về cách có thể kết nối hai hoặc nhiều nguồn dòng điện độc lập với các giá trị khác nhau, mắc nối tiếp hoặc song song.

Nguồn dòng song song

Việc kết nối song song hai hoặc nhiều nguồn dòng tương đương với một nguồn dòng có tổng dòng điện là phép cộng đại số của các dòng nguồn riêng lẻ. Ở đây trong ví dụ này, hai nguồn dòng điện 5 amp được kết hợp để tạo ra 10 ampe khi I T  = I 1  + I 2 .

Các nguồn dòng có giá trị khác nhau có thể được kết nối song song với nhau. Ví dụ, một trong 5 ampe và một trong 3 ampe sẽ kết hợp để tạo ra một nguồn dòng điện 8 ampe khi các mũi tên biểu thị nguồn dòng cả hai hướng theo cùng một hướng. Sau đó, khi hai dòng điện cộng lại với nhau, kết nối của chúng được cho là: hỗ trợ song song.

Mặc dù không phải là phương pháp hay nhất để phân tích mạch, các kết nối đối lập song song sử dụng các nguồn dòng điện được kết nối ngược chiều nhau để tạo thành một nguồn dòng điện duy nhất có giá trị là phép trừ đại số của các nguồn riêng lẻ.

Các nguồn dòng đối lập song song

Ở đây, vì hai nguồn dòng điện được kết nối theo các hướng ngược nhau (được biểu thị bằng mũi tên của chúng), hai dòng điện trừ nhau khi cả hai cung cấp một đường vòng kín cho dòng điện tuần hoàn tuân theo Định luật dòng của Kirchoff, KCL. Vì vậy, ví dụ, hai nguồn dòng mỗi nguồn 5 ampe sẽ dẫn đến đầu ra bằng không là 5A -5A = 0A. Tương tự như vậy, nếu hai dòng điện có giá trị khác nhau, 5A và 3A, thì đầu ra sẽ là giá trị bị trừ với dòng điện nhỏ hơn được trừ khỏi dòng lớn hơn. Kết quả I T là 5 – 3 = 2A.

Chúng ta đã thấy rằng các nguồn dòng điện lý tưởng có thể được kết nối song song với nhau để tạo thành các nguồn dòng điện hỗ trợ song song hoặc ngược chiều song song. Điều không được phép hoặc không phải là phương pháp hay nhất để phân tích mạch, là kết nối với nhau các nguồn dòng điện lý tưởng trong các tổ hợp nối tiếp.

Nguồn dòng nối tiếp

Các nguồn dòng không được phép mắc nối tiếp với nhau, có cùng giá trị hoặc có giá trị khác nhau. Ở đây trong ví dụ này, hai nguồn dòng điện 5 ampe mỗi nguồn được kết nối nối tiếp với nhau, nhưng giá trị dòng điện thu được là bao nhiêu. Nó có giá trị bằng một nguồn 5 ampe hay bằng khi cộng hai nguồn đó là 10 ampe. Sau đó, các nguồn dòng điện được kết nối nối tiếp thêm một hệ số chưa biết vào phân tích mạch, điều này không tốt.

Ngoài ra, một lý do khác khiến các nguồn kết nối nối tiếp không được phép sử dụng cho các kỹ thuật phân tích mạch là chúng có thể không cung cấp cùng một dòng điện theo cùng một hướng. Dòng điện hỗ trợ nối tiếp hoặc đối kháng nối tiếp không tồn tại đối với các nguồn dòng điện lý tưởng.

Nguồn dòng là gì :  Ví dụ No1

Hai nguồn dòng điện có công suất 250 mili-ampe và 150 mili-ampe tương ứng được kết nối với nhau theo cấu hình hỗ trợ song song để cung cấp tải được kết nối là 20 ôm. Tính hiệu điện thế trên tải và công suất tiêu hao. Vẽ mạch điện.

Khi đó, I T  = 0,4A hoặc 400mA, V R  = 8V và P R  = 3,2W

Nguồn dòng thực tế

Chúng ta đã thấy rằng một nguồn dòng điện không đổi lý tưởng có thể cung cấp cùng một lượng dòng điện vô hạn bất kể điện áp trên các đầu nối của nó, do đó làm cho nó trở thành một nguồn độc lập. Do đó, điều này ngụ ý rằng nguồn dòng có nội trở vô hạn, (R = ∞). Ý tưởng này hoạt động tốt đối với các kỹ thuật phân tích mạch, nhưng trong thế giới thực, các nguồn dòng điện hoạt động hơi khác một chút vì các nguồn dòng điện thực tế luôn có điện trở bên trong, bất kể lớn đến mức nào (thường là trong phạm vi mega-ohms), khiến nguồn được tạo ra thay đổi phần nào với tải.

Nguồn dòng điện thực tế hoặc không lý tưởng có thể được biểu diễn như một nguồn lý tưởng có điện trở bên trong được kết nối qua nó. Điện trở trong (R P ) tạo ra tác dụng tương tự như một điện trở được nối song song (shunt) với nguồn dòng như hình vẽ. Hãy nhớ rằng các phần tử mạch mắc song song có điện áp rơi trên chúng chính xác như nhau.

Nguồn dòng lý tưởng và thực tế

Bạn có thể nhận thấy rằng nguồn dòng điện thực tế gần giống với nguồn dòng điện tương đương của Norton vì định lý Norton phát biểu rằng “bất kỳ mạng một chiều tuyến tính nào cũng có thể được thay thế bằng một mạch tương đương bao gồm nguồn dòng điện không đổi, I S song song với một điện trở, R P “. Lưu ý rằng nếu điện trở song song này rất thấp, R P  = 0, thì nguồn dòng bị ngắn mạch. Khi điện trở song song rất cao hoặc vô hạn, R P  ≈ ∞, thì nguồn dòng điện có thể được mô hình là lý tưởng.

Một nguồn dòng lý tưởng vẽ một đường ngang trên đặc tuyến IV như đã trình bày ở trên. Tuy nhiên, vì các nguồn thực tế có điện trở nguồn bên trong, điều này lấy một phần dòng điện nên đặc tính của nguồn thực tế này là không phẳng và nằm ngang mà sẽ giảm khi dòng điện bây giờ được tách thành hai phần, với một phần của dòng điện chạy vào điện trở song song, R P và phần còn lại của dòng điện chạy thẳng đến các đầu nối ra.

Định luật Ohms cho chúng ta biết rằng khi một dòng điện, (i) chạy qua một điện trở, (R) một điện áp giảm trên cùng một điện trở. Giá trị của điện áp rơi này sẽ được cung cấp như i * R P . Khi đó V OUT sẽ bằng điện áp rơi trên điện trở không tải kèm theo. Chúng ta nhớ rằng đối với dòng nguồn lý tưởng, R P là vô hạn vì không có điện trở bên trong, do đó điện áp đầu cuối sẽ bằng không vì không có sụt áp.

Tổng các hiện xung quanh vòng lặp do pháp luật hiện hành Kirchoff của, KCL là: Tôi OUT  = I S  – V S / R P . Phương trình này có thể được vẽ để đưa ra các đặc tính IV của dòng điện đầu ra. Nó được cho là một đường thẳng có hệ số góc –R P cắt trục điện áp thẳng đứng tại cùng điểm I S khi nguồn lý tưởng như hình vẽ.

Đặc tuyến I-V của nguồn dòng là gì

Do đó, tất cả các nguồn dòng điện lý tưởng sẽ có đặc tuyến IV thẳng nhưng các nguồn dòng điện thực tế hoặc không lý tưởng sẽ có đặc tính IV hơi chếch xuống một lượng bằng V OUT / R P trong đó R P là điện trở nguồn bên trong. .

Nguồn dòng là gì : Ví dụ số 2

Nguồn dòng thực tế bao gồm nguồn dòng lý tưởng 3A có điện trở trong là 500 Ohms. Với không tải được gắn vào, tính toán điện áp đầu cuối mạch hở của nguồn dòng và công suất không tải được hấp thụ bởi điện trở bên trong.

1. Giá trị không tải:

Khi đó điện áp mạch hở trên điện trở nguồn trong và hai đầu A, B (V AB ) được tính là 1500 vôn.

Phần 2: Nếu một điện trở tải 250 Ohm được nối với các đầu nối của cùng một nguồn dòng điện thực tế, hãy tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở, công suất hấp thụ của mỗi điện trở và điện áp rơi trên điện trở tải. Vẽ mạch điện.

2. Các dữ liệu được cung cấp với tải được kết nối: I S  = 3A, R P  = 500Ω và R L  = 250Ω

2a. Để tìm các dòng điện trong mỗi nhánh điện trở, chúng ta có thể sử dụng quy tắc phân chia dòng điện.

2b. Công suất được hấp thụ bởi mỗi điện trở là:

2c. Khi đó điện áp giảm trên điện trở tải, R L được cho là:

Chúng ta có thể thấy rằng điện áp đầu cuối của nguồn dòng điện thực tế hở mạch có thể rất cao, nó sẽ tạo ra bất kỳ điện áp nào cần thiết, 1500 vôn trong ví dụ này, để cung cấp dòng điện xác định. Về lý thuyết, điện áp đầu cuối này có thể là vô hạn khi nguồn cố gắng cung cấp dòng điện danh định.

Kết nối một tải qua các đầu cuối của nó sẽ làm giảm điện áp, 500 vôn trong ví dụ này, vì bây giờ dòng điện có một nơi nào đó để đi và đối với nguồn dòng điện không đổi, điện áp đầu cuối tỷ lệ thuận với điện trở tải.

Trong trường hợp các nguồn dòng điện không lý tưởng mà mỗi nguồn đều có điện trở trong, thì tổng trở nội bộ (hoặc trở kháng) sẽ là kết quả của việc kết hợp chúng song song với nhau, giống hệt như đối với các điện trở mắc song song.

Nguồn dòng phụ thuộc

Bây giờ chúng ta biết rằng một nguồn dòng điện lý tưởng cung cấp một lượng dòng điện cụ thể hoàn toàn độc lập với điện áp trên nó và như vậy sẽ tạo ra bất kỳ điện áp nào cần thiết để duy trì dòng điện cần thiết. Sau đó, điều này làm cho nó hoàn toàn độc lập với mạch mà nó được kết nối với nó, dẫn đến nó được gọi là nguồn dòng điện độc lập lý tưởng .

Mặt khác, nguồn dòng điện được điều khiển hoặc phụ thuộc thay đổi dòng điện khả dụng của nó tùy thuộc vào điện áp trên hoặc dòng điện qua một số phần tử khác được kết nối với mạch. Nói cách khác, đầu ra của một nguồn dòng phụ thuộc được điều khiển bởi một điện áp hoặc dòng điện khác.

Các nguồn dòng phụ thuộc hoạt động tương tự như các nguồn dòng mà chúng ta đã xem xét cho đến bây giờ, cả lý tưởng (độc lập) và thực tế. Sự khác biệt lần này là nguồn dòng phụ thuộc có thể được điều khiển bằng điện áp đầu vào hoặc dòng điện. Nguồn dòng phụ thuộc vào đầu vào điện áp thường được gọi là Nguồn dòng điện được điều khiển bằng điện áp hoặc VCCS . Nguồn dòng phụ thuộc vào đầu vào dòng điện thường được gọi là Nguồn dòng được điều khiển dòng điện hoặc CCCS .

Nói chung, một nguồn phụ thuộc vào dòng điện lý tưởng, được điều khiển bằng điện áp hoặc dòng điện được chỉ định bằng biểu tượng hình thoi trong đó mũi tên chỉ hướng của dòng điện, i như hình minh họa.

Ký hiệu nguồn dòng phụ thuộc

Nguồn dòng điện điều khiển phụ thuộc điện áp lý tưởng, VCCS, duy trì dòng điện đầu ra, I OUT tỷ lệ với điện áp đầu vào điều khiển, V IN . Nói cách khác, dòng điện đầu ra “phụ thuộc” vào giá trị của điện áp đầu vào làm cho nó trở thành nguồn dòng phụ thuộc.

Khi đó dòng điện đầu ra VCCS được xác định theo phương trình sau: I OUT  = αV IN . Hằng số nhân α (alpha) này có đơn vị SI là mhos, ℧ (một dấu Ohms đảo ngược) vì α = I OUT / V IN , và đơn vị của nó do đó sẽ là ampe / vôn.

Nguồn dòng điện điều khiển phụ thuộc lý tưởng, CCCS, duy trì dòng điện đầu ra tỷ lệ với dòng điện đầu vào điều khiển. Sau đó, dòng điện đầu ra “phụ thuộc” vào giá trị của dòng điện đầu vào, một lần nữa làm cho nó trở thành nguồn dòng phụ thuộc.

Là dòng điện điều khiển, I IN xác định độ lớn của dòng điện đầu ra, I OUT nhân với hằng số phóng đại β (beta), dòng điện đầu ra cho phần tử CCCS được xác định theo phương trình sau: I OUT  = βI IN . Lưu ý rằng hằng số nhân β là một hệ số tỉ lệ không thứ nguyên vì β = I OUT / I IN , do đó đơn vị của nó sẽ là ampe / ampe.

Tóm tắt nguồn dòng là gì

Chúng ta đã thấy trong hướng dẫn này về Nguồn dòng , rằng nguồn dòng lý tưởng, (R = ∞) là phần tử hoạt động cung cấp dòng điện không đổi hoàn toàn độc lập với điện áp trên nó do tải kết nối với nó tạo ra Đặc tính IV biểu diễn bằng một đoạn thẳng.

Các nguồn dòng điện độc lập lý tưởng có thể được kết nối song song với nhau cho các kỹ thuật phân tích mạch dưới dạng cấu hình hỗ trợ song song hoặc đối lập song song, nhưng chúng không thể được kết nối nối tiếp với nhau. Cũng để giải các phân tích và định lý mạch điện, các nguồn dòng điện trở thành nguồn mạch hở để làm cho dòng điện của chúng bằng không. Cũng lưu ý rằng các nguồn dòng có khả năng phân phối hoặc hấp thụ điện năng.

Trong trường hợp nguồn dòng điện không lý tưởng hoặc thực tế, chúng có thể được mô hình hóa như một nguồn dòng điện lý tưởng tương đương và điện trở được kết nối song song bên trong (shunt) không phải là vô hạn nhưng có giá trị rất cao như R ≈ ∞ tạo ra IV đặc tính không thẳng mà dốc xuống khi tải trọng giảm.

Ở đây chúng ta cũng thấy rằng các nguồn dòng có thể phụ thuộc hoặc độc lập. Nguồn phụ thuộc là nguồn có giá trị phụ thuộc vào một số biến mạch khác. Nguồn dòng điều khiển bằng điện áp, VCCS và nguồn dòng điều khiển bằng điện áp, CCCS, là các loại nguồn dòng phụ thuộc.

Các nguồn dòng điện không đổi với điện trở bên trong rất cao có rất nhiều ứng dụng trong các mạch điện tử và phân tích và có thể được chế tạo bằng cách sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực, điốt, zors và FET cũng như sự kết hợp của các thiết bị trạng thái rắn này.