Модели идеальных и реальных источников напряжения и тока, параметры выходной характеристики и эквивалентные схемы Тевенина и Нортона. Методики определения параметров и проверки.

Идеальный источник напряжения (ideal voltage source) — двухполюсный элемент, для которого напряжение на выводах не зависит от тока через элемент.

Идеальный источник тока (ideal current source) — двухполюсный элемент, для которого ток через выводы не зависит от напряжения на выводах.

Независимый источник (independent source) — идеальный источник напряжения или тока, выходная величина которого не зависит от внешних напряжений или токов.

Управляемый источник (controlled source) — источник, выходная величина которого функционально зависит от напряжения или тока в другой части цепи.

Назначение моделей и эквивалентных схем:

Эквивалентная модель: источник напряжения U_s [V] без внутреннего сопротивления.

Технический признак: напряжение на выводах не изменяется при изменении тока нагрузки в пределах модели. 

Граничное условие модели: при коротком замыкании ток не ограничен моделью; для технических расчётов применяется только как идеализация.

Эквивалентная схема Тевенина: идеальный источник U_th [V] последовательно с внутренним сопротивлением R_th [ohm]. 

Соотношения для нагрузки R_L [ohm]:

Технический признак: при увеличении тока нагрузки напряжение на выводах уменьшается на величину I * R_th.

Типовые реализации: источники питания с регулированием напряжения, аккумуляторы, генераторы с регулятором, выпрямители.

Эквивалентная модель: источник тока I_s [A] с бесконечным внутренним сопротивлением.

Технический признак: ток остаётся постоянным при изменении напряжения на выводах в пределах модели. 

Граничное условие модели: при холостом ходе напряжение не ограничено моделью; для технических расчётов применяется только как идеализация.

Эквивалентная схема Нортона: идеальный источник I_n [A] параллельно внутреннему сопротивлению R_n [ohm]. 

Соотношения для нагрузки R_L [ohm]:

Технический признак: при уменьшении сопротивления нагрузки ток через нагрузку уменьшается из-за шунтирования через R_n; при увеличении сопротивления нагрузки напряжение приближается к I_n * R_n.

Типовые реализации: стабилизаторы тока, драйверы светодиодов, источники тока в измерительных цепях.

Типы управляемых источников по управляющей величине и выходной величине:

Техническое назначение: моделирование усилителей, преобразователей, датчиков, обратных связей, малосигнальных моделей полупроводниковых устройств.

Критерий проверки: измерение выходной величины на холостом ходе и под номинальной нагрузкой с сопоставлением паспортному диапазону.

Для модели Тевенина параметр: R_th [ohm].

Для модели Нортона параметр: R_n [ohm].

Связь между моделями:

Техническое следствие:

Критерий проверки: определение R_th или R_n по нагрузочным измерениям или по режимам холостого хода и короткого замыкания (если режим короткого замыкания допустим паспортом).

Реальные источники имеют пределы:

Техническое следствие:

Критерий проверки: измерение зависимости U(I) или I(U) при пошаговом изменении нагрузки в пределах допустимых режимов.

Параметры:

Техническое следствие: пульсации и шум влияют на точность измерительных цепей и на электромагнитную совместимость.

Критерий проверки: измерение осциллографом или анализатором спектра с заданной полосой и методикой подключения.

Определение эквивалента Тевенина по измерениям

Метод на основе измерений холостого хода и нагрузочного режима:

Ограничение: источник должен находиться в линейной области без ограничения тока.

Метод на основе измерения холостого хода и эквивалентного сопротивления:

Ограничение: использование режима короткого замыкания допустимо только при наличии паспортного разрешения и ограничении тока.

Сопротивление проводников и контактных соединений добавляется к эквивалентному R_th по последовательной цепи и изменяет режим нагрузки:

Критерий проверки: измерение падения напряжения на линиях и соединениях под нагрузкой.

Формат: проявление → причина → проверка → действие.