Gibt es ein physisches Gerät namens Stromquelle?

Ich mache diese Antwort zu einem Community-Wiki, damit jeder etwas hinzufügen kann.

Die Stromspiegelschaltung ist eine sehr häufige Stromquelle, die hauptsächlich in ICs verwendet wird:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Ein Linearregler kann verwendet werden, um eine Stromquelle herzustellen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Es ist auch möglich, eine Stromquelle aus einem Operationsverstärker zu machen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Die einfachste Stromquelle kann aus nur zwei Teilen bestehen, JFET und Widerstand. Diese Schaltung verhält sich größtenteils wie oben, indem die Abschaltspannung des JFET als Referenz verwendet wird.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wenn Lehrbücher "Spannungsquelle" oder "Stromquelle" sagen, implizieren sie Konstantspannungs- oder Konstantstromquellen .

Wenn Sie eine konstante Spannung haben, dann ist der Strom der Schaltung abhängig von der Last. Eine Spannungsquelle sollte in der Lage sein, jeden Strom zu liefern, den die Schaltung benötigt.

Konstantstrom ist das Gegenteil: Damit die Schaltung einen festen Strom hat, muss die Stromquelle in der Lage sein, die Spannung bereitzustellen, die erforderlich ist, um den Strom durch die Last zu treiben.

Die Menschen sind daran gewöhnt, dass eine Batterie oder ein Netzteil als Spannungsquelle betrachtet wird. Aber sie sind nicht wirklich konstant. Die Spannung einer Batterie beginnt zusammenzubrechen, wenn Sie zu viel Strom daraus ziehen, ein Schaltnetzteil Welligkeit aufweist usw.

Wenn wir also bereit sind, die Erwartungen auf ähnliche Weise zu erweitern, gibt es einige gängige Geräte, die als "Stromquellen" bezeichnet werden könnten:

1. Ein Konstantstrom-LED-Treiber. Ein BuckPuck zum Beispiel treibt (sagen wir) 350 mA durch eine Reihe von LEDs in Reihe, egal wie viele LEDs es gibt. Es sei denn, Sie überschreiten natürlich die maximale Ausgangsspannung.

2. Ein Tischnetzteil mit Strombegrenzungseinstellung. Wenn Sie es auf 1 Ampere herunterwählen und den Ausgang kurzschließen, liefert es immer noch nur einen Ampere. Die Spannung wird auf fast nichts zusammenbrechen, aber Sie erhalten 1 Ampere.

3. Ein Solarpanel! Wenn Sie sich ein V/I-Diagramm eines bestimmten Panels ansehen, werden Sie sehen, dass sie über eine große Anzahl von Lastbedingungen einen festen Strom ausgeben. Der Strom beginnt nicht zu fallen, bis die Last groß genug wird. Daran denkt man aber selten, denn wir wollen ein Solarpanel immer mit Nutzlast betreiben.

Usw...

1. Mehrere elektronische Schaltungen sollen Stromquellen sein. Die einfachsten bestehen nur aus JFET und Widerstand. In Schaltplänen werden Stromquellen auf diese Weise implementiert. Beachten Sie, dass Spannungsquellen üblicherweise gleich sind (siehe Zenerdiode und Bandlücke)

2. Radioisotope, sagen wir alphavoltaische und betavoltaische Zellen sind (exponentielle) Stromquellen. Das Radioisotop in dieser Zelle emittiert pro Zeit eine feste Menge geladener Teilchen, sodass zwischen seinen Anschlüssen ein fester Strom fließen könnte.

3. Dasselbe wie zuvor für einige chemische Zellen, deren Strom durch einen chemischen Prozess definiert wird.

4. Photovoltaikzellen sowie Fototransistoren könnten einen Strom haben, der durch die Lichtmenge definiert ist.

Eine Lithium-Knopfzelle ist eine Art Stromquelle. Sie können damit LEDs testen, was eine sinnvolle Anwendung einer Stromquelle ist.

Transformatoren sind normalerweise als Wechselspannungsquellen ausgelegt, aber es gibt auch solche, die als Stromquellen ausgelegt sind – Stromwandler, die ziemlich genaue Stromquellen bis zu einigen Watt Leistung sind – und Transformatoren, die mit magnetischen Shunts für den Betrieb von Gasentladungsröhren (z. B. Neon) ausgelegt sind. .

Ein Gerät, das bedingungslos konnteeine konstante Strommenge (oder eine konstante Spannung für diese Angelegenheit) liefern müssten, um eine unbegrenzte Menge an Strom liefern zu können. Das ist natürlich unmöglich. Es ist möglich, Vorrichtungen zu konstruieren, die entweder eine relativ konstante Strommenge über einen Bereich von Spannungen leiten, die Energie in sie hineinschieben würden, oder Vorrichtungen zu konstruieren, die eine relativ konstante Strommenge über einen bestimmten Spannungsbereich treiben, der Energie herauszieht des Geräts, solange das Gerät Energie abgeben kann (entweder intern gespeichert oder extern zugeführt). Wenn ein Schaltplan eine Konstantstromquelle zeigt, soll diese im Allgemeinen die Form eines Geräts annehmen, das eine konstante Strommenge über den Spannungsbereich durchlässt oder treibt, mit dem es umgehen muss, damit die Gesamtschaltung es erreichen kann seine vorgesehene Funktion.

Beachten Sie, dass selbst wenn eine Spannungs- oder Stromquelle innerhalb des beabsichtigten Betriebsbereichs verwendet wird, die daran anliegende Spannung und der durch sie fließende Strom voneinander beeinflusst werden. Beispielsweise könnte eine passive (energieabsorbierende) Stromquelle so spezifiziert werden, dass sie mindestens 99,5 uA mit 1 Volt darüber durchlässt, höchstens 100,5 uA mit 10 Volt darüber. Im Allgemeinen werden Schaltungen so entworfen, dass sie "perfekt" funktionieren, wenn sich Stromquellen (sowie alle anderen Komponenten) so verhalten, wie sie es idealerweise sollten, aber "akzeptabel" für jede Kombination von Verhaltensweisen innerhalb der erforderlichen Toleranzen.

Stellen wir uns eine ganz einfache Schaltung vor - zum Beispiel eine Gleichspannungsquelle, die an einem Widerstand von 1 Ohm eine Potentialdifferenz von 1 Volt liefert, wodurch ein Strom von 1 Ampere fließt. Wenn Sie dann den Stromkreis auf der niedrigen Seite (zwischen Widerstand und Masse) unterbrechen und dann ein Multimeter in Reihe mit dem Widerstand hinzufügen, würden Sie einen Strom von 1 Ampere messen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wenn die von mir beschriebene Schaltung ein Thevenin-Äquivalent ist, ähnelt die Stromquelle aus Sicht der "Schaltungsanalyse" eher einer Norton-Transformation.

Wenn Sie dann das gesamte System einschließlich der Spannungsquelle als "Black Box" betrachten und nur zwei Ausgänge haben (die Klemmen, an denen das Multimeter angeschlossen ist), können Sie es als Stromquelle bezeichnen.

Wenn Sie dann jedoch versuchen würden, eine Last an diese Stromquelle anzuschließen, würden Sie feststellen, dass sich der Strom ändern würde (aufgrund des Ohmschen Gesetzes, das in der Blackbox wirkt).

Es gibt also praktische Schaltungen, die aus Sammlungen von Operationsverstärkern oder anderen halbleitenden Materialien gebaut werden können, die diesen "Konstantstromeffekt" haben. Keine davon ist jedoch eine reine "Stromquelle".

Sie sagen, dass eine Batterie eine "Spannungsquelle" ist.

Ohne einen angeschlossenen Widerstand, der den Stromfluss ermöglicht, kann die Batterie jedoch keine elektrische Energie abgeben, sodass Ihre Spannungsquelle nichts Nützliches tun kann, ohne dass Strom fließt. Die Definition von Strom ist die Geschwindigkeit des Ladungsflusses. Eine gute Definition von Spannung ist elektrische Energie pro Ladungseinheit. Die beiden in "Quellen" zu trennen ist schwierig, weil:

(a) Die Elektronenbündel, die wir Coulomb nennen, werden sich nicht bewegen und die Phänomene erzeugen, die wir "Strom" nennen, ohne dass sich die Elektronen bewegen.

(b) die Potentialdifferenz oder Arbeit, die gegen das E-Feld beim Bewegen einer Ladung vom physikalischen Punkt a zum physikalischen Punkt b geleistet wird, erfordert ebenfalls Bewegung.

Was ich versuche zu sagen, ist, dass Spannung und Strom nicht unabhängig voneinander auftreten, wenn eine Quelle (ob wir es Strom oder Spannung nennen) eine Last mit Energie versorgt, weshalb ich denke, dass es schwierig ist, konzeptionell über Spannung zu „denken“. und Stromquellen, als ob sie verschieden wären/sind.