Czy źródło prądu jest również źródłem napięcia?

Jestem zmieszany między źródłami prądu i napięcia; Dostaję definicję podręcznika, ale nie jestem w stanie zrozumieć rzeczywistej różnicy. Dla mnie źródła prądu i napięcia wydają się takie same. Rozumiem, że idealne źródła nie istnieją. Jaki jest przykład praktycznego źródła prądu? Aby wytworzyć prąd, potrzebujemy napięcia, więc czy źródło prądu nie jest również źródłem napięcia? Ponieważ bateria jest źródłem napięcia i wytwarza prąd po podłączeniu do obwodu, czy nie jest to również źródło prądu?

Pomóż mi zrozumieć przykład ze świata rzeczywistego i wykorzystanie źródła prądu oraz to, jak różni się ono od źródła napięcia.

Źródło napięcia zapewnia, tak dokładnie, jak to możliwe, idealne, stałe (lub tylko nieznacznie zmieniające się) napięcie przy dowolnym potrzebnym prądzie (w rzeczywistych dostawach, do limitu prądu, który może dostarczyć)

Źródło prądu zapewnia, tak dokładnie, jak to możliwe, idealny, stały (lub tylko nieznacznie zmienny) prąd przy dowolnym wymaganym napięciu (w rzeczywistych źródłach zasilania, do limitu napięcia, które może dostarczyć).

W przypadku zwarcia źródła napięcia uzyskuje się bardzo duże prądy (i zwykle przepala się bezpiecznik / wyzwala wyłącznik itp.)

W przypadku zwarcia źródła prądu uzyskuje się prąd znamionowy o bardzo niskim napięciu i nic ekscytującego się nie dzieje.

Jeśli otworzysz źródło napięcia, siedzi ono przy swoim napięciu znamionowym i nie robi nic ciekawego.

Jeśli otworzysz obwód źródła prądu, strzela ono do maksymalnego napięcia. Gdyby było idealnym źródłem prądu, doprowadziłoby się do wystarczającej liczby kilowoltów, aby utworzyć łuk i uzyskać prąd znamionowy przepływający w plazmie. Z tego powodu tak naprawdę nie chcemy idealnych źródeł prądu w większości sytuacji.

Idealne źródło napięcia utrzymałoby określone napięcie niezależnie od prądu pobieranego z niego.

Idealne źródło prądu utrzymałoby określony prąd niezależnie od napięcia na nim.

Żadna z tych rzeczy nie istnieje. Oba są uproszczeniami, których używamy podczas analizy obwodów. Nawet gdybyśmy mogli je zbudować, prawdopodobnie nie chcielibyśmy. Urządzenie o nieskończonym napięciu otwartym lub nieskończonym prądzie zwarciowym byłoby niezwykle niebezpieczne.

Rzeczywiste źródło napięcia utrzymuje napięcie zbliżone do zdefiniowanej wartości w określonym zakresie prądów.

Rzeczywiste źródło prądu utrzymuje prąd zbliżony do zdefiniowanej wartości przez określony zakres napięć.

Niektóre źródła mogą wykazywać oba zachowania. Typowy zasilacz laboratoryjny jest dobrym przykładem, w przypadku niskich prądów utrzyma dane napięcie, ale gdy prąd osiągnie określony próg, napięcie zmniejszy się, aby utrzymać stały prąd.

Idealne źródło prądu równolegle z rezystorem jest równoważne idealnemu źródłu napięcia szeregowo z rezystorem. Wartość rezystora jest taka sama w obu przypadkach i jest znana jako „impedancja wyjściowa”. Charakterystyka napięcia względem prądu takiego obwodu będzie linią prostą między napięciem obwodu otwartego a prądem zwarcia. Ogólniej możemy uznać impedancję wyjściową za dv / di.

Można więc zdecydować, jaka jest dopuszczalna impedancja źródła, aby zmiana prądu była wystarczająco mała w zakresie napięcia wyjściowego, a następnie przekształcić obwód ze źródła prądu z rezystorem równoległym do źródła napięcia z rezystorem szeregowym.

W praktyce to nie działa tak dobrze. Aby uzyskać wysoką impedancję wyjściową tą metodą, wymagane jest źródło wysokiego napięcia, które jest nieefektywne i może powodować zagrożenia bezpieczeństwa. Zatem typowe źródło prądu wymaga pewnej formy sprzężenia zwrotnego w celu dostosowania napięcia w zależności od obciążenia. Dla takiego źródła wykres napięcia w stosunku do prądu nie będzie generalnie linią prostą, a zatem impedancja wyjściowa będzie się zmieniać w zależności od napięcia na źródle.

Zazwyczaj używa się do tego jakiejś formy tranzystora lub obwodu wzmacniacza operacyjnego. Istnieje wiele odmian w zależności od cech, jakie musi posiadać źródło.

Jaki jest przykład praktycznego źródła prądu ?

Podczas spawania łukowego należy używać źródła prądu stałego (CC) lub stałego napięcia (CV), w zależności od używanego procesu. Kilka najczęstszych procesów spawania wykorzystuje zasilacze stałoprądowe (np. SMAW, GTAW).

Podczas spawania przez operatora SMAW (spawanie metodą „stick”) źródło prądu stałego będzie wykazywać stosunkowo niewielką zmianę natężenia prądu w porównaniu do dużej zmiany napięcia .

Korzystając z przykładowych parametrów pracy dla źródła zasilania CC, ustawiliśmy maszynę na 300 A i sprawdzamy napięcie i natężenie na źródle zasilania, podczas gdy operator zmienia długość łuku, trzymając elektrodę bliżej lub dalej od pracy:

• Krótki łuk: 30 V - 308 A.
  
• Idealny łuk: 32 V - 300 A.
  
• Długi łuk: 34 V - 290 A.
  

Tutaj widzimy stosunkowo niewielką zmianę natężenia 18 A przy stosunkowo dużej zmianie napięcia 4 V.

Aby wytworzyć prąd, potrzebujemy napięcia, więc czy źródło prądu nie jest również źródłem napięcia?

Nie. Źródło prądu i źródło napięcia to teoretyczne definicje, które istnieją w celu analizy obwodów elektrycznych. Jeśli spojrzysz na definicje, oba nie mogą być prawdziwe.

Istotą jest to, że źródło prądu zapewnia stosunkowo stabilny (tj. Stały ) prąd, a źródło napięcia zapewnia przewidywalne napięcie (np. Akumulatory 12 V, gniazdka ścienne 120 V).

Tak jest w przypadku idealnych źródeł prądu i napięcia.

Prąd przepływający przez źródło prądu jest ustalany na stałym poziomie przez źródło prądu. Napięcie na źródle prądu może przyjąć dowolną wartość.

Napięcie mierzone od jednego zacisku do drugiego źródła napięcia jest ustalane na stałym poziomie przez źródło napięcia. Prąd przepływający przez źródło napięcia może przyjąć dowolną wartość.

Czy to ma sens?

Rozumiem, że rzeczywiste źródło prądu dostosowuje napięcie wyjściowe, aby zapewnić przepływ określonego prądu przez obwód, podczas gdy źródło napięcia wytwarza określone napięcie do prądu znamionowego. Myślę jednak, że oba są technicznie źródłami napięcia (potencjalnymi), z których jedno jest napięciem zmiennym, a drugie napięciem stałym.

Co się tyczy pozyskiwania prądu, lata temu miałem blokadę umysłową, dopóki instruktor nie wypowiedział prostego stwierdzenia, że ​​„zakłada się, że zdolność do pozyskiwania prądu jest nieskończona w równaniach, ale w rzeczywistości jest zawsze ograniczona możliwościami źródła”.

Masz rację, myśląc, że w prawdziwym świecie nie ma czegoś takiego jak idealne źródło napięcia lub idealne źródło prądu.

Zamiast tego istnieją tylko źródła, które zapewniają zarówno napięcie, jak i prąd. Różnica między nimi polega na tym, który z parametrów znajduje się pod kontrolą źródła, a który pod kontrolą obciążenia .

Dla prostych obciążeń rezystancyjnych masz prawo Ohma, które ładnie to ilustruje.

Masz trzy parametry - napięcie, prąd i rezystancję. Prawo Ohma łączy te trzy razem w bardzo prostą formułę -$I=\frac{V}{R}$

Gdy masz dwie z tych wartości, możesz obliczyć trzecią.

Przy (stałym) źródle napięcia masz stałą wartość i znaną wartość (rezystancja obciążenia), więc prąd jest zmienny i można go obliczyć.R $V$$R$$I$

I odwrotnie, dla (stałego) źródła prądu masz stałą wartość i znaną wartość więc napięcie jest zmienne i można je obliczyć.R $I$$R$$V$

Podsumowując:

• W źródle napięcia napięcie jest stałe, a prąd zmienia się w zależności od obciążenia
• W źródle prądu prąd jest stały, a napięcie zmienia się w zależności od obciążenia

Wystarczy dodać trochę matematyki. V = RI (prawo Ohma). To, co robi źródło napięcia, to matematyczne powiedzenie, że V jest stałe, więc jest stałe (RI), co oznaczałoby

1. Dla wzrostu rezystancji (LOAD) pobierany jest mniej prądu.
2. Jednak rozpraszanie mocy jest takie samo, co sugeruje, że prąd w obwodzie może być niższy, jeśli wymagana moc jest taka sama.

Odwrotna sytuacja ma miejsce w przypadku źródła prądu, w którym nawet niskie napięcie spełnia wymaganą barierę mocy. Matematycznie jest to podstawowa różnica między oboma źródłami.

Poprosiłeś o kilka praktycznych zastosowań bieżących pętli. Tu jest kilka. Niektóre są historyczne, a niektóre są nadal używane.

Wczesne urządzenia teletechniczne , takie jak Model 15, używały pętli prądowych 60 mA między urządzeniami. Późniejsze modele, takie jak Model 33, używały pętli 20 mA. Zaletą w obu przypadkach jest to, że można było prowadzić linie przez kilka mil między maszynami bez potrzeby stosowania repeaterów, ponieważ stały prąd pokonał wszelkie straty wynikające z rezystancji linii. Oczywiście spadek napięcia na tych odległościach wzrastał wraz ze wzrostem odległości, a niektóre linie były eksploatowane przy napięciu zasilania do 125 V.

Kolejną zaletą jest to, że można dodawać kolejne maszyny szeregowo z innymi w dowolnym miejscu w pętli, a zasilacz automatycznie kompensuje wzrost napięcia sterującego pętlą.

Te pętle Teletype wykorzystywały brak prądu dla warunku „spacji” i obecność prądu w linii dla „znaku”. Ponieważ warunek odstępu (brak danych) był warunkiem domyślnym, to przez większość czasu zmniejszało to zużycie energii w obwodach zasilających.

Modele 33 Teletype były szeroko stosowane jako terminale komputerowe dla minikomputerów w latach 70. i 80. XX wieku, dlatego większość z nich była wyposażona w interfejs 20 mA. Nawet oryginalna karta szeregowa dla komputera IBM miała zabezpieczenia dla interfejsu pętli prądowej.

MIDI to kolejny przykład interfejsu pętli prądowej. Wykorzystuje 5 mA.

Inny rodzaj pętli prądowej był i nadal jest używany w niektórych miejscach do oprzyrządowania. Nazywa się to pętlą prądową 4-20 mA (zastosowano również 10-50 mA). W przeciwieństwie do stałego prądu w omówionych powyżej pętlach do przesyłania danych cyfrowych, pętle 4-20 mA są używane do przesyłania odczytów przyrządów, takich jak ciśnienie, temperatura, poziom, przepływ, pH lub inne zmienne procesowe. Zwykle 4 mA reprezentuje odczyt 0, a 20 mA reprezentuje odczyt w pełnej skali. Gdyby więc pełna skala przyrządu wynosiła 160, każdy wzrost prądu o 100 µA reprezentowałby wzrost o jeden w odczycie.

Urządzenie znane jako Nadajnik służy do konwersji odczytu na zmienny prąd. Nowoczesne są raczej złożone .

Podobnie jak w przypadku pętli cyfrowych 20 mA i 60 mA, zaletą pętli prądowych 4-20 mA jest to, że można je prowadzić na parze telefonicznej, na przykład na duże odległości.

Powodem, dla którego rozpoczęli pracę z 4 mA zamiast 0 mA, jest to, że zostało użyte do wskazania błędu (otwarta pętla).

Spróbuj zastanowić się nad tym pojęciem - powoli i spokojnie. Prąd jest prawdziwy. To rzeczywistość fizyczna [elektrony poruszające się w jakiś sposób]. Jest to mierzalne. Jest zmienna [mniej lub bardziej ruchome elektrony]. Można to zobaczyć za pomocą szeregu instrumentów [mikroskop elektronowy]. Zatem krok 1 ma na celu pogodzenie się z istnieniem mechanicznej formy prądu elektrycznego - istnieje. Napięcie nie jest prawdziwe. Nie ma żadnych składników mechanicznych. Tak więc dla wszystkich, którzy błędnie wierzą, że ZARÓWNO prąd i napięcie są rzeczywiste i istnieją i zależą od siebie, aby mieć dalsze znaczenie - mylisz się. Termin napięcie musiał zostać opisany jeszcze raz w ciągu dnia, aby WYJAŚNIĆ elektryczność w prosty sposób, zamiast pozostawić temat zdezorientowanym i nie wyjaśnionym. Kluczową kwestią do zrozumienia tutaj jest znaczenie ISTNIENIA !. Obecny istnieje. Jest to element mechaniczny [ma masę] składający się z kilku bloków konstrukcyjnych [elektronów; cząstki; struktura atomowa oraz interakcja między składnikami zgodnie z prawami fizyki]. Napięcie NIE istnieje, ponieważ nie ma masy. Sami tworzymy wartość napięcia, umieszczając zaprojektowany i oznakowany przyrząd pomiarowy w zamkniętym obwodzie, który pozwala na kontynuację lub rozpoczęcie przepływu prądu. W zależności od parametrów fizycznych [na poziomie elektronowym] obwodu, będzie zależeć od tego, co zobaczymy na naszym skromnym urządzeniu do pomiaru napięcia. Co ciekawe, nigdy tak naprawdę NIE musimy definiować napięcia jako oddzielnego parametru, jeśli chcemy trzymać się rzeczywistości dwóch składników obwodu, które faktycznie istnieją i precyzyjnie definiują przepływ elektronów [rezystancja i prąd obwodu].