Источник тока

Источник тока

Открытие электричества привело к появлению такого понятия, как источник тока. Им может быть любой двухполюсник, в котором значение напряжения на выводах не обусловлено силой тока, проходящего через него. Иными словами, это устройство, совершающее работу, в результате которой происходит разделение отрицательно и положительно заряженных частиц. Они накапливаются на клеммах двухполюсника и создают разность потенциалов между ними. Источник может преобразовать в электрическую энергию другие виды энергии. При любом сопротивлении нагрузки его ток не меняется.

Как определить термоЭДС металла?

Термоэлектродвижущая сила возникает в замкнутом контуре при соблюдении двух условий:

1. Если он состоит хотя бы из двух проводников, изготовленных из различных материалов.
2. Если все входящие в состав контура разнородные участки имеют различную температуру (хотя бы в области соединения).

В физике данное явление называют эффектом Зеебека.

Величина термоЭДС зависит от вида материалов и разности их температур.

Определяют ее по формуле:

Е = к (Т1 – Т2),

• Где Т1 и Т2 – температура проводников;
• К – коэффициент Зеебека.

Наибольшей производительностью обладают контуры, состоящие из разнородных полупроводников (обладающих р- и n-проводимостью). В металлах эффект Зеебека проявляется незначительно, за исключением некоторых переходных металлов и их сплавов, например, палладия (Pd) и серебра (Ag).

Теплообменники широко применяются в быту. Довольно легко можно сделать теплообменник своими руками — инструкция по сборке представлена в статье.

Пошаговая инструкция по облицовке камина своими руками представлена тут.

Знаете ли вы, что напряжение всего в 12 Вольт может служить источником тепла? По ссылке https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/obogrevateli/12-volt-svoimi-rukami.html инструкция по изготовления обогревателя 12 Вольт своими руками.

Источники постоянного тока

Источниками постоянного тока могут быть аккумуляторы, либо другие источники в которых ток появляется благодаря химической реакции (например, пальчиковая батарейка).

Также источниками постоянного тока может быть генератор постоянного тока, в котором ток вырабатывается благодаря
явлению электромагнитной индукции, а затем выпрямляется с помощью коллектора.

Постоянный ток может быть получен с помощью выпрямления переменного тока. Для этого существуют различные выпрямители и преобразователи.

Рис. 3 Функциональная схема идеального источника тока.


Рис. 4 Практические схемы простых генераторов тока на биполярных транзисторах.

Что нужно для расчёта источника тока.

Пример расчета простого генератора тока на биполярном транзисторе

Рис. 5

Пример расчета:

Рис. 6 Результат расчёта.


Рис. 7 Генератор тока с внутренним источником напряжения.


Рис. 8 Генератор тока с дифференциальным усилителем.


Рис. 9 Регулируемый генератор тока.


Рис. 10 Функциональная схема стабилизатора напряжения.


Рис. 11 Простой источник опорного напряжения.


Рис. 12 Схема ИОН с повышенной стабильностью Uоп.


Рис. 13 Один из вариантов подключения датчиков к генератору тока.

11 response to «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения.»

By: Виктор Posted: 03.12.2021

Большое спасибо за детальную и полезную в практическом смысле публикацию. Во всяком случае мне очень пригодилось!

By: Александр Posted: 03.05.2020

Здравствуйте. Скажите,как посчитали: При Rбал. = 2 кОм и дельта Uпит. = 18 В, дельта Uоп. составит 0,53 В.

Динамическое сопротивление стабилитрона:
rст = 60 Ом (См. таблицу выше)

dI = dU/2кОм = 9мА
dUоп. = dI * rст. = 0.009 * 60 = 0.54 В
Простите на 0,01V ошибся. Но я считал навскидку.

By: АЛЕКС Posted: 16.01.2020

А во! — Вразумте дядько разницу между генератором тока и напряжения или как там ЭДС, а также, что подразумить глядя на батарейку — это источник тока и источник ЭДС, а где там вооще то есть напряжение и что мы в первую очередь можем определить и измерить.
Может это курица и яйцо ;))

То есть дядько Вам сейчас в своём ответе должен пересказать всю статью?
Там есть объяснение в чём разница.
А к чему Вы приплели здесь ЭДС. Это вообще овощ с другого огорода и к созданию электронных схем никакого отношения не имеет.
Если Вам это точно интересно то вот Вам ссылка: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

By: triak Posted: 01.08.2020

нас в институте учили так — если внутреннее сопротивление источника близко к нулю, — это источник напряжения.
Если внутреннее сопротивление источника близко к бесконечности, — это источник тока.
Любая реальная батарейка, аккум или выход выпрямителя — где-то между.
Пока при снижении сопротивления нагрузки (т.е. увеличении нагрузки) напряжение на ней не падает (а только растёт ток через неё) — это она питается от хорошего источника напряжения.
Если при изменении величины нагрузки остаётся стабильным ток через неё (по при этом меняется напряжение, и ИСТОЧНИК НЕ ПЕРЕГРЕВАЕТСЯ и не сгорает) — она питается от хорошего источника тока

Ну так в статье как раз об этом и рассказано. Только вот в статье дано математическое обоснование всему этому и примеры расчетов.
Что касается батарейки, аккумуляторов, солнечных элементов, различных электрогенераторов без схем управления и т.д. и т.п., то они действительно находятся между генератором напряжения и генератором тока. Называются такие источники источниками ЭДС.

By: Алекс Posted: 15.01.2020

Упс:)
<>
— Из тогот, что Uстаб=Uбэ+Uэ и постоянном напряжением Uiсточ. МОЖНО сделать вывод:, — что повышая Rнагр ток проходящий через Rэ будет падать и ни о какой стабилизации тока нет и речи касательно самых первых примитивных схем. Источнику негде взять повышение напряжения соразмерно повышения Rнагр.

By: Юрий Posted: 28.04.2019

Идеального генератор тока и напряжения в природе не существует.Все зависит он нагрузки, когда мы можем говорить об одном или о другом.Точнее об соотношении нагрузки и внутреннего сопротивления источника.То,что вы приводите в конце статьи- это перевод .Возможно даже машинный.Что же к этому придираться?

Я придираюсь к тем кто публикует такие переводы.
Или их также публикуют машины?

Но на самом деле если Вы наберёте в поиске запрос «генератор тока»
То таких, как Вы говорите «переводов» найдёте море, да практически
все результаты поиска будут из них состоять.

Источники напряжения, преобразующие световую энергию в электрическую.

В электрическую энергию может быть преобразована и световая энергия, путем попадания света на фоточувствительную пленку в солнечном элементе. В основе солнечных элементов лежит использование фоточувствительной пленки, изготовленной из полупроводников. При освещении фоточувствительной пленки светом, происходит выбивание электронов со своих орбит. Тем самым образуются область отрицательно заряженных свободных электронов и область положительно заряженных дырок на соответствующих электродах. Так отдельный солнечный элемент вырабатывает небольшое напряжение. На рисунке 3.6 показано общее условно-графическое обозначение солнечного элемента.

Рисунок 3.7. УГО солнечного элемента

Для получения необходимого напряжения солнечные элементы соединяются в солнечные батареи (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7. Солнечная батарея

В настоящее время солнечные батареи находят все большее и большее применение.

Современные экспериментальные аккумуляторы

Хотя литиевые аккумуляторы и совершили огромный скачек в развитии за короткий период времени, характеристик, которые они предлагают все еще недостаточно. Поэтому, помимо развития существующих технологий, ученые активно исследуют новые типы аккумуляторов, экспериментируя с различными материалами. Основной целью этих исследований является кардинальный прорыв по таки параметрам, как удельная энергоемкость и дешевизна производства. Далее мы рассмотрим наиболее перспективные технологии, заслуживающие внимания.

Литий-воздушные аккумуляторы (Li-air)

Литий-воздушные батареи заимствуют идею от цинково-воздушных и топливных элементов в том, что они «дышат» воздухом. В батарее используется каталитический воздушный катод, который снабжается кислородом, а также литиевый анод и электролит. Ученые ожидают, что потенциал накопления энергии будет в 5-10 раз больше, чем у литий-ионных, но говорят, что до того, как технология станет коммерциализированной, потребуется один-два десятилетия. В зависимости от используемых материалов, Li-ion-air будет создавать напряжение в диапазоне от 1,7 до 3,2 В / элемент. IBM, Excellatron, Liox Power, Lithion-Yardney, Poly Plus, Rayovac и другие крупные компании разрабатывают эту технологию. Теоретическая удельная энергия лития-воздуха составляет 13 кВтч / кг; Алюминий-воздух обладает аналогичными качествами с теоретической удельной энергией 8 кВт / ч.

Литий-серные аккумуляторы (Li-S)

Благодаря низкому атомному весу лития и умеренному весу серы, литий-серные батареи обладают очень высокой удельной энергией — 550 Вт / ч, примерно в три раза больше, чем у литий-ионных, и удельным потенциалом — 2500 Вт / ч. , Во время разряда литий растворяется с поверхности анода и восстанавливается при зарядке путем нанесения покрытия на анод. Li-S имеет хорошие характеристики разряда при низких температурах и может заряжаться при температуре –60 ° C. Проблемы заключаются в ограниченном сроке службы, составляющем всего 40-50 зарядов / разрядов и нестабильности при высокой температуре. Li-S имеет напряжение ячейки 2,10 В и является экологически чистым. Сера как основной компонент доступна в изобилии.

Кремний-углеродные нанокомпозитные аноды для Li-ion

В отличие от углерода в качестве типичного материала анода в обычном литий-ионном элементе, исследователи разработали кремний-углеродный нанокомпозит. Это способствует доступу ионов лития для достижения стабильной производительности и увеличения емкости в пять раз по сравнению с обычным литий-ионным аккумулятором. Говорят, что производство простое и недорогое, а аккумулятор безопасен; однако срок службы ограничен из-за структурных проблем при введении и извлечении литий-иона в большом объеме.

Если подводить итоги, за последнее десятилетие не появилось не одной действительно прорывной технологии в сфере химических источников тока. Конечно, LiFePO4 и LTO совершили большой скачек, и по некоторым параметрам ушли далеко вперед от обычных Li-ion батарей, но все это не то что обещают громкие заголовки в СМИ, утверждающие что в скором времени та или иная технология позволит добиться многократного увеличения энергоемкости, в сравнении с существующими продуктами. На сегодняшний день Li-ion, LiFePO4 и LTO являются самыми прогрессивными типами аккумуляторов, и судя по всему в ближайшее время конкурентов у них не предвидится.

Виды топливных элементов

Существует несколько видов топливных элементов, и каждый работает немного по-разному.

Но в общих чертах принцип работы в том, что атомы водорода попадают в топливный элемент на аноде, где химическая реакция лишает их электронов. Атомы водорода теперь «ионизированы» и несут положительный электрический заряд. Отрицательно заряженные электроны обеспечивают ток через провода для выполнения работы. Если требуется переменный ток (AC), то выход постоянного тока топливного элемента должен быть направлен через преобразовательное устройство, называемое инвертором.
Кислород поступает в топливный элемент на катоде и там соединяется с электронами, возвращающимися из электрической цепи, и ионами водорода, прошедшими через электролит с анода. В других типах клеток кислород захватывает электроны и затем перемещается через электролит к аноду, где он соединяется с ионами водорода.
Электролит играет ключевую роль. Он должен пропускать только соответствующие ионы между анодом и катодом. Если бы свободные электроны или другие вещества могли проходить через электролит, они бы нарушили химическую реакцию.
Соединяются ли они на аноде или катоде, вместе водород и кислород образуют воду, которая вытекает из клетки. Пока топливный элемент снабжен водородом и кислородом, он будет вырабатывать электричество.

Щелочные

Щелочные топливные элементы работают на сжатом водороде и кислороде. В качестве электролита они обычно используют раствор гидроксида калия в воде. Эффективность около 70 процентов, и рабочая температура от 150 до 200 градусов C. Выходная мощность ячейки колеблется от 300 Вт (Вт) до 5 киловатт (кВт). Щелочные ячейки использовались в космических аппаратах «Аполлон» для обеспечения как электричества, так и питьевой воды. Однако им требуется чистое водородное топливо, а их платиновые электродные катализаторы стоят дорого. И как любой контейнер, наполненный жидкостью, они могут протекать.

Протонообменные мембранные

Протонообменные мембранные топливные элементы работают с полимерным электролитом в виде тонкого проницаемого листа. Для работы применяется водородное топливо и кислород из воздуха. Основой элемента является тонкая полимерная пленка, представляющая электролит.
КПД составляет от 40 до 50 процентов, а рабочая температура-около 80 градусов по Цельсию. Выходы ячеек обычно варьируются от о,о5 до 250 кВт. Твердый, гибкий электролит не будет протекать или трескаться, и эти ячейки работают при достаточно низкой температуре, чтобы делает их пригодными для домов и автомобилей. Автомобили на топливных элементах, в основном, применяют водород.

Как недостаток топливо должно быть чистым, а платиновый катализатор используется по обе стороны мембраны, что повышает затраты.

Твердооксидные

Твердооксидные топливные элементы используют в качестве электролита твердое керамическое соединение оксидов металлов (например, кальция или циркония). КПД составляет около 60 процентов, а рабочая температура-около 1000 градусов по Цельсию. Выход ячеек — до 100 кВт. При таких высоких температурах риформер не требуется для извлечения водорода из топлива, а отработанное тепло может быть переработано для получения дополнительной электроэнергии. Однако высокая температура ограничивает применение блоков, и они, как правило, довольно велики. В то время как твердые электролиты не могут протекать, они могут треснуть.
На основе расплавленного карбонатного электролита
Расплавленные карбонатные топливные элементы (MCFC) используют в качестве электролита высокотемпературные соединения карбонатов солей (таких как натрий или магний). КПД колеблется от 60 до 80 процентов, а рабочая температура составляет около 650 градусов по Цельсию. Построены энергоблоки мощностью до 2 мегаватт (МВт), имеются проекты энергоблоков мощностью до 100 МВт. Высокая температура ограничивает повреждение от «отравления» угарным газом и отработанное тепло может быть переработано для получения дополнительной электроэнергии. Их никелевые электроды-катализаторы стоят недорого по сравнению с платиной, используемой в других ячейках. Но высокая температура также ограничивает материалы и безопасное использование —они, вероятно, будут слишком горячими для домашнего использования.

Прямой метанольный

Прямой метанольный топливный элемент, как ожидается, получит место на рынке, потому что они имеют более высокий срок службы по сравнению с литий-ионным аккумулятором и могут быть заряжены простым изменением картриджа с топливом. Однако, применяется ядовитый метиловый спирт.
Эти типы топливных элементов разрабатываются компаниями Samsung (Корея), Toshiba, Hitachi, NEC и Sanyo (Япония). Анодный катализатор извлекает энергию из жидкого метанола, устраняя необходимость в топливном риформере. Они показывают эффективность около 40% и работают при температурах около 130 °C.

Преимущества:
1. Он использует жидкое топливо. Размер месторождений меньше и может воспользоваться преимуществами существующей инфраструктуры обеспечения.
2. Он не нуждается ни в каком процессе реформирования.
3. Его электролит представляет собой протонную обменную мембрану,

1. Недостатками прямого метанольного топливного элемента являются необходимость концентрированного токсичного метанола для достижения полезной плотности энергии и проблема перекрестного переноса метанола.
2. Имеет низкую эффективность по отношению к водородным элементам.
3. Нуждается в большом количестве катализатора для электроокисления метанола на аноде.

Существует также микробный топливный элемент (MFC) — это особый вид в котором используются микроорганизмы для преобразования химической энергии в электричество.

Микротопливные виды элементов

Система микротопливных ячеек (мощность < 1 Вт). Этот класс топливных элементов разработан как самый маленький в мире вид (металлгидридный блок размером 3 мм на 3 мм на 1 мм, нуждающийся в ограниченном внешнем топливе).
Установка способна генерировать 0,1-1 мА в течение 30 часов до тех пор, пока гидрид металла не будет исчерпан, и она использует поверхностное натяжение, а не насосы. Хотя в основном они все еще находятся на стадии разработки, эти устройства могут быть использованы для питания медицинских устройств, которые требуют только короткого времени работы.

Разработан микротопливный элемент, который использует дрожжи, питающиеся сахаром в крови человека, для выработки электроэнергии. Этот микробный топливный элемент производит около 40 нановатт энергии, и при использовании с конденсаторами, может быть достаточным для питания внутрипочечных электродов для лечения паралича или устройств, таких как кардиостимуляторы.
Топливный элемент является фактически живым источником энергии, способным самовосстанавливаться и устранять необходимость в регулярных операциях по замене батарей.

Еще одно новое приложение, которое в настоящее время находится в стадии разработки и, возможно, более коммерчески готово,-это печатный микротопливный элемент с ферментативным катализом. Активированный водой микробный топливный элемент размещается на упаковочной бумаге, которая содержит встроенные датчики для контроля, например, состояния пищевых продуктов в «интеллектуальной упаковке».
Эта технология имеет и другие применения; например, в биомедицинском мониторинге, когда она интегрирована в липкий пластырь, и имеет преимущество быть одновременно дешевой и способной к массовому производству.

Достоинства топливных элементов

• Электростанции на топливных элементах экологичны, бесшумны, не имеют вращающихся компонентов.
• Это децентрализованный завод, может работать изолированно для военных объектов и больниц, где шум и дым запрещены. Кроме того, никакая энергия не тратится впустую на передачу и распределение.
• Топливные источники энергии достигают высокого КПД до 55% , тогда как обычные тепловые станции работают с КПД 30%.
• Большая степень модульности, с мощностью от 5 кВт до 2 МВт.
• Существует широкий выбор топливных элементов. Они могут работать на природном газе, этаноле, метаноле, сжиженном газе и биогазе, поставляемых из местной биомассы
• В дополнение к электроэнергии , топливные элементы также поставляют горячую воду, тепло и пар.
• Топливные элементы обладают когенерационными возможностями. Когенерация — совместное производство электрической и тепловой энергии.
• Топливные элементы могут работать на газах из пивоваренных заводов (завод, где производится пиво), а также на газе из осадке сточных вод, доказав, что это самая чистая и наиболее экономичная технология преобразования вида энергии.
• Потребительская электроника может значительно увеличить заряд батареи с помощью технологии топливных элементов.
• Сотовые телефоны могут работать в течение 30 дней без подзарядки.
• Ноутбуки могут работать в течение 20 часов без подзарядки.
• Более 2500 систем топливных элементов были установлены по всему миру в больницах, домах престарелых, гостиницах, офисных зданиях, школах и коммунальных электростанциях.
  Большинство из этих систем либо подключены к электрической сети для обеспечения дополнительной мощности и резервного обеспечения, либо являются независимыми от сети генераторами в местах, недоступных для линий электропередач.
• Применение сложных коммуникационных сетей требует невероятно надежного источника питания. Было доказано, что топливные элементы надежны на 99 %.

В то время как немногие устройства на основе топливных элементов доступны потребителям, они имеют потенциал для использования в различных компоновках и типах для обеспечения электроэнергией таких разнообразных коммунальных служб, как автомобили, портативные компьютеры, мобильные телефоны или даже электрическая сеть в качестве электростанции.