Was genau ist eine Stromquelle?

Was ich aus der Definition von Stromquellen verstanden habe, ist, dass es sich um eine Quelle handelt, die einen konstanten Strom über eine Last liefert, unabhängig davon, wie die anderen Parameter (wie z. B. Widerstände) in der Schaltung geändert werden. Habe ich recht?

Wenn ich recht habe, was ist ein Beispiel für eine Stromquelle, die in einer praktischen Schaltung verwendet wird?

Wikipedia nannte das Beispiel eines Van de Graaff-Generators als Konstantstromquelle. (Ich habe den Artikel nicht gelesen, da es einen Hinweis gab, dass der Abschnitt sich selbst zu widersprechen schien. Ich wollte nicht verwirrt werden.)

Ich kann mir Spannungsquellen vorstellen - zum Beispiel eine Batterie, deren Enden unabhängig von den Änderungen in der Schaltung, an die sie angeschlossen ist, eine konstante Potentialdifferenz aufweisen, aber ich kann mir keine Stromquelle vorstellen. Bei jedem Beispiel, das mir einfällt, ändert sich der Strom, wenn sich die Widerstände ändern.

Eine Stromquelle ist das Doppelte einer Spannungsquelle. Eine ideale Spannungsquelle hat eine Ausgangsimpedanz von Null, damit die Spannung unter Last nicht abfällt. Es sollte nicht kurzgeschlossen werden, da theoretisch ein unendlicher Strom fließen würde.
Eine ideale Stromquelle hat eine unendliche Ausgangsimpedanz. Dies bedeutet, dass die Impedanz der Last vernachlässigbar ist und den fließenden Strom nicht beeinflusst. So wie Spannungsquellen nicht kurzgeschlossen werden sollten, sollten Stromquellen nicht offen gelassen werden. Eine offene Stromquelle versucht weiterhin, den eingestellten Strom zu liefern, und die theoretische Stromquelle geht auf eine unendliche Spannung über.

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Hier können Sie die Impedanz als Widerstand ablesen. Wenn die Stromquelle einen begrenzten Widerstand hätte, würden Änderungen der Last den Strom ändern, da sich der Gesamtwiderstand ändern würde. Das willst du nicht. Wenn also der Widerstand der Stromquelle unendlich ist, kann die Last ignoriert werden und der Widerstand bleibt immer gleich (unendlich). Daher wird auch der Strom.

Eine praktische Stromquelle kann wie folgt aufgebaut sein:

Eine Diode hat den gleichen Spannungsabfall wie der Basis-Emitter-Übergang, daher stellt die andere Diode den Emitter des Transistors auf etwa 0,7 V ein. Eine feste Spannung an einem festen Widerstand ergibt einen festen Emitterstrom, der in etwa dem Kollektorstrom entspricht, wenn der Transistor hoch genug ist. (Genau genommen ist dies eine Stromsenke und keine Stromquelle, aber das Prinzip bleibt dasselbe.) $H_{FE}$

Eine andere Stromsenke verwendet einen Operationsverstärker als Steuerelement:

Das Wichtigste, was Sie über Operationsverstärker in dieser Konfiguration wissen müssen, ist, dass sie versuchen, die Spannung an beiden Eingängen gleich zu halten. Angenommen, Sie setzen auf 1 V, dann versucht der Operationsverstärker, die Eingabe auch auf 1 V zu setzen. Dies geschieht durch Einspeisen von Strom in die Basis des Transistors. Dies führt zu einem Strom durch die Last der (fast) gleich . Und ist konstant, um die 1 V über gemäß dem Ohmschen Gesetz zu erhalten: I L O A D I S E T I S E T R S E $V_{SET}$-$I_{LOAD}$$I_{SET}$$I_{SET}$$R_{SET}$

$I_{SET} = \dfrac{V_{SET}}{R_{SET}}$

Da und konstant sind, wird auch konstant sein. QED. R S E T I S E $V_{SET}$$R_{SET}$$I_{SET}$

Nachdem ich Ihre Kommentare gelesen habe, werde ich diese Frage etwas anders beantworten.

Was genau ist eine Stromquelle? Es ist nichts, oder besser gesagt, es ist nur ein mathematisches Modell. Der von Ihnen beschriebene existiert nicht, so wie es keine Spannungsquelle gibt.

Ich denke, dass das Hauptproblem in dieser Aussage liegt: for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected todas ist falsch. Dass es das Verhalten einer idealen Batterie ist, die als ideale Stromquelle real ist und genau wie eine ideale Stromquelle nicht existiert. Der Ausgang (und der interne Zustand) jeder echten Batterie wird von der Schaltung beeinflusst, an die sie angeschlossen ist.

Warum haben wir also Spannungs- und Stromquellen? Nun, die Idee ist, dass es die Aufgabe eines Ingenieurs ist, im Grunde genommen ein Gerät zu konstruieren, das etwas ziemlich Gutes leistet, und wie sich herausstellt, ist das vollständige Verständnis dafür, wie jede in dem Gerät verwendete Komponente nicht benötigt wird. Deshalb haben wir zum Beispiel ideale Strom- und Spannungsquellen.

Kommen wir noch einmal zum Batterie-Beispiel zurück. Hier ist ein einfaches Experiment, das ich mit einem Lithium-Polymer-Akku durchgeführt habe: Zuerst habe ich den Akku vollständig aufgeladen. Da es sich um einen Zwei-Zellen-Akku handelt, betrug die Spannung bei voller Ladung 8,4 V, obwohl die Nennspannung 7,4 V beträgt. Dann habe ich eine$100 \mbox{ } k\Omega$Widerstand zur Batterie. Die Spannung blieb bei 8,4 V und daraus konnte ich vielleicht den Schluss ziehen, dass die Batterie in der Tat die ideale Spannungsquelle ist, da ich die Last daran angeschlossen habe, aber die Spannung hat sich nicht geändert. Dann nahm ich einen Elektromotor, schloss ihn an die Batterie an und maß die Batteriespannung erneut. Diesmal waren es 8,2 V. Es ist klar, dass der Motor die Batterie beeinflusst und keine ideale Spannungsquelle mehr ist, obwohl es sich um dieselbe Batterie wie zuvor handelt. Also habe ich den Motor abgeklemmt und den Widerstand wieder angeschlossen und die Spannung an der Batterie betrug 8,4 V.

Also, was ist hier los? Ist die Batterie eine ideale Spannungsquelle oder nicht? Nun, wir wissen, dass es nicht so ist, weil ich es zu Beginn der Antwort gesagt habe, aber hier erkläre ich, warum es manchmal so scheint und manchmal so scheint, als ob es nicht so ist. Wie gesagt, die Spannungsquelle ist ein mathematisches Modell. Wenn der externe Stromkreis keinen großen Einfluss auf den Betrieb der Batterie hat, kann ich ihn verwenden. Wenn der externe Stromkreis einen großen Einfluss auf die Batterie hat, kann ich ihn nicht verwenden. Wir verwenden also ein einfaches Modell, um das Verhalten einer realen Schaltung darzustellen. Ein anderes Modell wäre die Verwendung einer idealen Spannungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand am Ausgang. Wenn ich eine externe Last an diesen Stromkreis anschließe, fällt eine gewisse Spannung am internen Widerstand ab und der externe Widerstand sieht eine niedrigere Spannung am Ausgang. Dadurch kann ich wieder die ideale Spannungsquelle für die Darstellung der Batterie verwenden. Da ich den internen Widerstand zusammen mit der idealen Spannungsquelle verwende, gibt der Ausgang das Verhalten einer echten Batterie besser wieder. Wenn ich mehr Präzision haben möchte, könnte ich mich für ein komplexeres Modell entscheiden und genauere Ergebnisse erzielen.

Ein wichtiger Punkt der Elektrotechnik ist es, zu lernen, wann das richtige Modell für die Darstellung eines äußerst komplexen realen Schaltungsbauteils verwendet werden muss (und selbst der bescheidene Widerstand ist, wenn er im Detail analysiert wird, ein Meisterwerk der modernen Wissenschaft). Dazu beginnen wir mit einfachen Schaltungen, damit wir wissen, wie die einfachsten mathematischen Modelle tatsächlich funktionieren.

Wenn wir mit der Analyse komplizierterer Schaltungskomponenten wie Transistoren oder Dioden beginnen, zerlegen wir diese in einen einfachen Schaltkreis, der beispielsweise aus Widerständen und idealen Strom- und Spannungsquellen besteht. Auf diese Weise können wir das Verhalten komplexerer Komponenten vereinfachen und eine detaillierte Analyse der Funktionsweise vermeiden, sofern das einfache Modell für unsere Anforderungen ausreicht.

Völlig dieselbe Geschichte funktioniert für Stromquellen, aber ich habe mich entschlossen, sie hier nicht zu erzählen, da, wie Sie anhand der anderen Antworten sehen können, Schaltkreise, die als ideale Stromquellen modelliert werden können, zu kompliziert sind, um an dieser Stelle verstanden zu werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine realen Objekte gibt, die zur Darstellung idealer Spannungs- und Stromquellen verwendet werden können, aber es gibt einige Objekte, die (in einigen Fällen recht genau) mit idealen Spannungs- und Stromquellen dargestellt werden können. Das Beste, was Sie jetzt tun können, ist, die Definitionen der idealen Spannungs- und Stromquellen korrekt zu speichern und sie nicht mit realen Objekten zu verwechseln. Auf diese Weise werden Sie nicht überrascht sein, wenn eine Batterie nicht ihre Nennspannung liefert oder wenn ein Stromkreis mit der Bezeichnung "ideale Stromquelle" an einem bestimmten Punkt zu rauchen beginnt, obwohl er gegen äußere Veränderungen im Stromkreis völlig immun sein sollte.

Als Randnotiz betrachten Sie, was mit der idealen Spannungsquelle passiert, wenn ihre Ausgänge kurzgeschlossen sind, und was mit der idealen Stromquelle, wenn ihre Ausgänge offen sind? Und was passiert, wenn Sie einen Akku kurzschließen und warum bei allen Akkus die Warnung angezeigt wird, dass die Ausgangspins nicht kurzgeschlossen werden dürfen?

Vielleicht hilft diese Antwort. Ich sage so ziemlich dasselbe wie AndrejaKo, aber mein Beitrag wird kürzer sein.

Ähnlich wie Spannungsquellen sind Stromquellen nur ein theoretisches Konstrukt. Eine Batterie kann eine vernünftige Annäherung an eine Spannungsquelle sein, ist aber nicht genau.

Im Gegensatz zu Spannungsquellen, die durch Batterien angenähert werden, gibt es keine einfache Komponente, die sich einer allgemeinen Stromquelle besonders gut annähert. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Konzept nicht nützlich ist, da mit dem Konzept viele reale Schaltkreise modelliert werden können.

Ich habe Labornetzgeräte mit zwei Reglern gesehen, von denen einer die Spannung und der andere den Strom regelt. Um diese Netzteile als Spannungsquelle zu verwenden, stellen Sie einfach den Strom auf das Maximum ein und wählen die gewünschte Spannung. Solange die Schaltung nicht mehr als den Maximalstrom benötigt, liefert die Versorgung die von Ihnen gewählte Spannung. Um es als Stromquelle zu verwenden, stellen Sie die Spannung auf Maximum und den gewünschten Strom ein. Die Versorgung liefert diesen Strom, solange keine Spannung größer als das Maximum erforderlich ist.

Wenn dies Ihnen hilft zu verstehen:

Eine Stromquelle ist ein bisschen wie eine Batterie, die ihre eigene Spannung anpasst, um sicherzustellen, dass der durch sie fließende Strom der von Ihnen gewählte Wert ist.

Wenn Sie beispielsweise eine 1A-Stromquelle haben und einen 10-Ohm-Widerstand daran anschließen, stellt die Quelle ihre Ausgangsspannung auf 10 Volt ein, wodurch sichergestellt wird, dass 1 Ampere durch den Widerstand fließt.

Dies ist so, als würde man sagen, dass eine Spannungsquelle den notwendigen Strom liefert, um sicherzustellen, dass ihre Spannung konstant bleibt.

Somit liefert eine Stromquelle jede Spannung, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass ihr Strom konstant bleibt.

Dies ist eine stark vereinfachte Erklärung, aber ich glaube, dass sie den Punkt durchkommt.

Eine Stromquelle ist eine Schaltung mit einem idealerweise unendlichen Ausgangswiderstand. Wie Sie sagten, gibt es (wenn möglich) den gleichen Strom, egal an was es angeschlossen ist.

Das Konzept ist wirklich einfach: Wenn Sie es in einen Zweig eines Stromkreises stecken, wissen Sie, dass der Strom dort derjenige sein wird; Sie können die Spannung an dieser Quelle jedoch nur ermitteln, wenn Sie den Spannungsabfall an den anderen Komponenten berechnen.

Schauen Sie sich diese Simulation an, um das Konzept besser zu verstehen. Schalten Sie die Schalter ein und aus und sehen Sie, wie der Strom aus der Quelle fließt.

Eine Stromquelle kann mit einem Stromspiegel hergestellt werden , bei dem zwei BJT-Transistoren mit der gleichen Basis-Emitter-Spannung vorgespannt sind, um den gleichen Kollektorstrom (beinahe die Differenz sind zwei Basisströme) zu ergeben. Dann wird ein Bein des Spiegels mit einer festen Last (häufig einem Widerstand) vorgespannt, um den Strom einzustellen, und das andere wird ihn nachbilden.

Dieses Schema kann durch Kaskodenverbindung (Verwendung gemeinsamer Basistransistoren zur Erhöhung des Ausgangswiderstands) oder andere Tricks, häufig unter Verwendung von Rückkopplung, verbessert werden.

Stromquellen werden häufig in Operationsverstärkern verwendet, bei denen die Verstärkungsstufen mit genauen Strömen vorgespannt werden müssen, um eine ausgeglichene und höhere Verstärkung zu erzielen.

Sonnenkollektoren fungieren in einem Teil ihres Betriebsgebiets als Stromquelle. Schauen Sie sich diese Eigenschaften an:

Wenn Sie einen 36-mΩ-Widerstand an die Schalttafel anschließen, fließen 2,75 A durch den Widerstand und erzeugen einen Spannungsabfall von 0,1 V. Wenn Sie jetzt den Widerstand auf 150 mΩ erhöhen, bleibt der Strom konstant bei 2,75 A und der Spannungsabfall am Widerstand steigt auf ~ 0,4 V.

Wenn Sie den Widerstand weiter erhöhen, fällt der Strom schließlich ab. Dies liegt daran, dass es keine ideale Stromquelle ist. Es fungiert nur als eine Einheit im Bereich von 0 bis 0,4 V.

Es gibt lineare und geschaltete Stromquellen, die als Stromquellen dienen können. Eine Methode besteht darin, eine Spannungsquelle zu nehmen und ihre Spannung zu regulieren, um Überströme durch Rückkopplung zu "kompensieren". das wird aktueller Modus genannt.

Es gibt jedoch einige Konverter, die natürlich als Stromquellen fungieren und den theoretischen Namen Gyrators tragen . Dies sind spannungsabhängige Stromquellen.

Ein verwandter Artikel zu solchen Quellen (Mein Artikel): http://www.ee.bgu.ac.il/~cervera/publications/pdf/conf4.pdf