¿Qué es exactamente una fuente actual?

Lo que entendí de la definición de fuentes de corriente es que es una fuente que suministra una corriente constante a través de una carga sin importar cómo se cambien los otros parámetros (como las resistencias, por ejemplo) en el circuito. Estoy en lo cierto?

Si tengo razón, ¿cuál es un ejemplo de una fuente de corriente utilizada en un circuito práctico?

Wikipedia dio el ejemplo de un generador Van de Graaff como fuente de corriente constante. (No leí el artículo, porque había una nota de que la sección parecía contradecirse a sí misma. No quería confundirme).

Puedo pensar en las fuentes de voltaje, por ejemplo, una batería que tiene una diferencia de potencial constante en sus extremos, independientemente de los cambios en el circuito al que está conectada, pero no puedo pensar en una fuente de corriente. Cualquier ejemplo que se me ocurra implica un cambio en la corriente cuando se cambian las resistencias.

Una fuente de corriente es el doble de una fuente de voltaje. Una fuente de voltaje ideal tiene una impedancia de salida cero, por lo que el voltaje no cae bajo carga. No debería estar en corto, porque en teoría fluiría una corriente infinita.
Una fuente de corriente ideal tiene una impedancia de salida infinita. Esto significa que la impedancia de la carga es insignificante y no influirá en el flujo de corriente. Al igual que las fuentes de voltaje no deben estar en cortocircuito, las fuentes de corriente no deben dejarse abiertas. Una fuente de corriente abierta aún intentará obtener la corriente establecida, y la fuente de corriente teórica irá a voltaje infinito.

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Aquí puede leer la impedancia como resistencia. Si la fuente actual tuviera una resistencia limitada, los cambios en la carga cambiarían la corriente, porque la resistencia total cambiaría. No quieres eso. Entonces, si la resistencia de la fuente actual es infinita, la carga puede ignorarse y la resistencia siempre permanece igual (infinita). Por lo tanto, la corriente también lo hará.

Una fuente actual práctica se puede construir de la siguiente manera:

Un diodo tiene la misma caída de voltaje que la unión base-emisor, por lo que el otro diodo establece el emisor del transistor en aproximadamente 0.7V. Un voltaje fijo a través de una resistencia fija proporciona una corriente de emisor fija, que es aproximadamente la misma que la corriente del colector si la del transistor es lo suficientemente alta. (Estrictamente hablando, este es un sumidero de corriente en lugar de una fuente de corriente, pero el principio sigue siendo el mismo). $H_{FE}$

Otro sumidero de corriente utiliza un opamp como elemento de control: lo

principal que debe saber sobre los opamps en esta configuración es que intentarán mantener el voltaje en ambas entradas igual. Supongamos que establece en 1V, entonces el opamp intentará hacer que la entrada también sea 1V. Lo hace insertando corriente en la base del transistor. Esto provocará una corriente a través de la carga que es (casi) igual a . Y es constante para obtener el 1V a través de , de acuerdo con la Ley de Ohm: 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}$

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

Como y son constantes, también lo será . QED R S E T I S E $V_{SET}$$R_{SET}$$I_{SET}$

Después de leer sus comentarios, voy a hacer una respuesta un poco diferente a esta pregunta.

¿Qué es exactamente una fuente actual? No es nada, o mejor dicho, es solo un modelo matemático. El que está describiendo no existe, al igual que no existe una fuente de voltaje.

Creo que el problema principal aquí es el caso de esta declaración: for example a battery which has a constant potential difference across its ends irrespective of the changes in the circuit it is connected toque es incorrecta. Es el comportamiento de la batería ideal, que es real como fuente de corriente ideal y, al igual que la fuente de corriente ideal, no existe. La salida (y el estado interno) de cada batería real se ve afectada por el circuito al que está conectada.

Entonces, ¿por qué tenemos fuentes de voltaje y corriente? Bueno, la idea es que el trabajo del ingeniero consiste básicamente en construir un dispositivo que haga algo bastante bien y que resulte para esa comprensión completa de cómo no se necesita cada componente utilizado en el dispositivo. Es por eso que tenemos cosas como fuentes ideales de corriente y voltaje.

Volvamos al ejemplo de la batería una vez más. Aquí hay un experimento simple que hice con una batería de polímero de litio que tengo: Primero cargué completamente la batería. Como se trata de una batería de dos celdas, su voltaje era de 8.4 V cuando estaba completamente cargado, a pesar de que su voltaje nominal es de 7.4 V. Luego conecté un$100 \mbox{ } k\Omega$resistencia a la batería. Su voltaje permaneció 8.4 V y de eso quizás podría concluir que la batería es de hecho una fuente de voltaje ideal ya que le conecté la carga, pero su voltaje no cambió. Luego tomé un motor eléctrico que tenía y lo conecté a la batería y volví a medir el voltaje de la batería. Esta vez, fue de 8.2 V. Claramente, el motor afectó la batería y ya no es una fuente de voltaje ideal, a pesar de que es la misma batería que antes. Así que desconecté el motor y conecté la resistencia una y otra vez, el voltaje en la batería era de 8.4 V.

Entonces, ¿qué está pasando aquí? ¿Es la batería una fuente de voltaje ideal o no? Bueno, sabemos que no es así porque lo dije al comienzo de la respuesta, pero aquí explicaré por qué a veces parece que sí y a veces parece que no lo es. Como dije, la fuente de voltaje es un modelo matemático. Cuando el circuito externo no tiene un gran impacto en el funcionamiento de la batería, puedo usarlo y cuando el circuito externo sí tiene un gran impacto en la batería, no puedo usarlo. Entonces, estamos usando un modelo simple para representar el comportamiento de un circuito real. Otro modelo sería utilizar una fuente de voltaje ideal con una resistencia en serie en su salida. Cuando conecto una carga externa a ese circuito, se caerá algo de voltaje en la resistencia interna y la resistencia externa verá un voltaje más bajo en la salida. Esto me permite usar una vez más la fuente de voltaje ideal para representar la batería y como estoy usando la resistencia interna junto con la fuente de voltaje ideal, la salida representará más de cerca el comportamiento de una batería real. Si quisiera más precisión, podría decidir usar un modelo más complejo y obtener resultados más precisos.

Un punto importante de la ingeniería eléctrica es aprender cuándo usar el modelo correcto para representar un componente de circuito de la vida real extremadamente complejo (e incluso la humilde resistencia, cuando se analiza en detalle, es una obra maestra de la ciencia moderna). Pero para poder hacer eso, comenzamos con circuitos simples para poder conocer cómo funcionan realmente los modelos matemáticos más simples.

Cuando comenzamos los análisis de componentes de circuitos más complicados, como transistores o diodos, por ejemplo, los descompondremos en un circuito simple que consta de elementos tales como resistencias y fuentes ideales de corriente y voltaje. Esto nos permitirá simplificar el comportamiento de componentes más complejos y evitar analizar en detalle cómo funciona, si el modelo simple es suficiente para nuestras necesidades.

Completamente la misma historia funciona para las fuentes actuales, pero decidí no contarla aquí ya que, como puede ver en las otras respuestas, los circuitos que pueden modelarse como fuentes de corriente ideales son demasiado complicados para que usted los entienda en este momento.

Para resumir esto: no hay objetos de la vida real que se puedan usar para representar fuentes de voltaje y corriente ideales, pero hay algunos objetos que se pueden representar (en algunos casos bastante estrechamente) con fuentes de voltaje y corriente ideales. Lo mejor que puede hacer ahora es memorizar correctamente las definiciones de fuentes de voltaje y corriente ideales y no confundirlas con objetos reales. De esta manera, no se sorprenderá si una batería no proporciona su voltaje nominal o si un circuito etiquetado como fuente de corriente ideal comienza a fumar en un punto, aunque debería ser completamente inmune a los cambios externos en el circuito.

Como nota al margen, considere qué sucede con la fuente de voltaje ideal cuando sus salidas están en cortocircuito y qué sucede con la fuente de corriente ideal cuando sus salidas están abiertas. ¿Y qué sucede cuando cortocircuitas una batería y por qué todas las baterías tienen la advertencia de no acortar los pines de salida?

Quizás esta respuesta ayude. Estoy diciendo casi lo mismo que AndrejaKo, pero mi publicación será más corta.

Al igual que las fuentes de voltaje, las fuentes de corriente son solo una construcción teórica. Una batería puede ser una aproximación razonablemente cercana a una fuente de voltaje, pero no es exacta.

Sin embargo, a diferencia de las fuentes de voltaje, que se aproximan por baterías, no existe un componente simple que se aproxime particularmente bien a una fuente de corriente general. Sin embargo, eso no significa que el concepto no sea útil, ya que muchos circuitos del mundo real se pueden modelar utilizando el concepto.

He visto fuentes de alimentación de laboratorio que tienen dos perillas, una que ajusta el voltaje y la otra ajusta la corriente. Para usar estos suministros como fuente de voltaje, simplemente configure la corriente al máximo y marque el voltaje que desee. Mientras el circuito no requiera más que la corriente máxima, el suministro suministrará el voltaje elegido. Para usarlo como fuente de corriente, marque el voltaje al máximo y configure la corriente deseada. El suministro proporcionará esa corriente siempre que no requiera un voltaje mayor que el máximo.

Si esto te ayuda a entender:

Una fuente de corriente es un poco como una batería que ajustaría su propio voltaje para garantizar que la corriente que fluye a través de ella sea el valor que elija.

Por ejemplo, si tiene una fuente de corriente de 1 A y conecta una resistencia de 10 ohmios a través de ella, la fuente ajustará su voltaje de salida a 10 voltios, lo que garantiza que 1 Amp atraviese la resistencia.

Esto es como decir que una fuente de voltaje proporcionará la corriente que sea necesaria para asegurar que su voltaje se mantenga constante.

Por lo tanto, una fuente de corriente proporcionará cualquier voltaje que sea necesario para asegurar que su corriente permanezca constante.

Esta es una explicación demasiado simplificada, pero creo que se entiende.

Una fuente de corriente es un circuito que tiene una resistencia de salida idealmente infinita ; como dijiste, proporciona (si es posible) la misma corriente sin importar a qué esté conectado.

El concepto es realmente fácil: si lo pones en una rama de un circuito, sabrás que la corriente será esa; pero, no puede conocer el voltaje sobre esa fuente a menos que derive calculando la caída sobre los otros componentes.

Mire esta simulación para comprender mejor el concepto. Encienda y apague los interruptores y vea la corriente que fluye desde la fuente.

Se puede hacer una fuente de corriente con un espejo de corriente , donde dos transistores BJT están polarizados con el mismo voltaje de emisor base para proporcionar la misma corriente de colector (bueno, casi, la diferencia es dos corrientes base). Luego, una pata del espejo está polarizada con una carga fija (a menudo una resistencia) para establecer la corriente, y luego la otra la replicará.

Este esquema se puede mejorar con la conexión de cascode (usando transistores de base comunes para aumentar la resistencia de salida) u otros trucos, a menudo usando retroalimentación.

Las fuentes de corriente se usan ampliamente en amplificadores operacionales, donde las etapas de ganancia tienen que estar sesgadas con corrientes precisas para proporcionar una ganancia equilibrada y más alta.

Los paneles solares actúan como una fuente actual en parte de su región operativa. Mira estas características:

Si conecta una resistencia de 36mΩ al panel, 2.75A fluirá a través de la resistencia produciendo una caída de voltaje de 0.1V. Si ahora aumenta la resistencia a 150mΩ, la corriente permanecerá constante a 2.75A y la caída de voltaje a través de la resistencia aumentará a ~ 0.4V.

Si sigue aumentando la resistencia, la corriente eventualmente disminuirá. Esto se debe a que no es una fuente de corriente ideal. Actúa como uno solo en el rango 0–0.4V.

Hay fuentes de energía lineales y conmutadas que pueden actuar como fuentes de corriente. Un método será tomar una fuente de voltaje y regular su voltaje para "compensar" las sobrecorrientes usando retroalimentación. eso se llama modo actual.

Sin embargo, hay algunos convertidores que, naturalmente, actúan como fuentes actuales, que tienen el nombre teórico de Gyrators . Estas son fuentes de corriente dependientes de voltaje.

Un artículo relacionado con tales fuentes (Mi artículo): http://www.ee.bgu.ac.il/~cervera/publications/pdf/conf4.pdf