현재 소스

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현재 소스

전류 소스는 단자에 발생하는 전압에 관계없이 회로에 일정한 전류 흐름을 공급할 수 있는 능동 회로 요소입니다.

이름에서 알 수 있듯이 전류원은 단자에 발생하는 전압에 관계없이 일정한 전류 흐름을 유지하는 회로 요소입니다. 이 전압은 다른 회로 요소에 의해 결정됩니다. 즉, 이상적인 정전류원은 구동되는 임피던스에 관계없이 지정된 양의 전류를 지속적으로 제공하므로 이론적으로 이상적인 전류원은 무한한 양의 에너지를 공급할 수 있습니다. 따라서 전압 소스의 정격이 예를 들어 5V 또는 10V 등인 것처럼 전류 소스의 정격 전류도 예를 들어 3A 또는 15A 등입니다.

이상적인 정전류원은 전압원과 유사한 방식으로 표현되지만, 이번에는 전류원 기호가 전류의 흐름 방향을 나타내는 화살표가 있는 원의 기호입니다. 전류의 방향은 해당 전압의 극성에 해당하며 양극 단자에서 흘러나옵니다. 문자 "i"는 그림과 같이 전류 소스를 나타내는 데 사용됩니다.

이상적인 전류 소스

 

그러면 이상적인 전류원을 "정전류원"이라고 합니다. 연결된 부하와 관계없이 일정한 정상 상태 전류를 제공하여 직선으로 표시되는 IV 특성을 생성하기 때문입니다. 전압 소스와 마찬가지로 전류 소스는 회로의 다른 곳에서 전압이나 전류에 의해 독립적(이상적)이거나 종속(제어)될 수 있으며, 그 자체는 일정하거나 시간에 따라 변할 수 있습니다.

 

이상적인 독립 전류원은 일반적으로 회로 정리를 풀고 실제 활성 요소를 포함하는 회로에 대한 회로 분석 기술에 사용됩니다. 전류 소스의 가장 간단한 형태는 몇 밀리암페어에서 수백 암페어에 이르는 전류를 생성하는 전압 소스와 직렬로 연결된 저항기입니다. 0 값 전류 소스는 R = 0이므로 개방 회로라는 점을 기억하십시오.

전류원의 개념은 화살표 방향으로 표시된 전류의 흐름을 허용하는 2단자 소자의 개념입니다. 그러면 전류 소스는 일반적으로 암페어(A) 단위로 약어로 표시되는 값 i(A)를 갖습니다. 네트워크 주변의 전류 소스와 전압 변수 사이의 물리적 관계는 옴의 법칙에 의해 제공됩니다. 이러한 전압 및 전류 변수는 특정 값을 갖기 때문입니다.

특히 연결된 회로에 다른 전압 또는 전류 소스가 있는 경우 이상적인 전류 소스의 전압 크기와 극성을 전류의 함수로 지정하는 것이 어려울 수 있습니다. 그러면 우리는 전류원에 의해 공급되는 전류를 알 수 있지만 P = V*I와 같이 전류원에 의해 공급되는 전력이 주어지지 않는 한 전류원에 걸리는 전압은 알 수 없습니다.

그러나 전류 소스가 회로 내의 유일한 소스인 경우 소스 전체의 전압 극성을 설정하기가 더 쉽습니다. 그러나 소스가 두 개 이상인 경우 단자 전압은 소스가 연결된 네트워크에 따라 달라집니다.

전류 소스를 함께 연결

전압 소스와 마찬가지로 이상적인 전류 소스도 함께 연결하여 사용 가능한 전류를 늘리거나 줄일 수 있습니다. 그러나 서로 다른 값을 갖는 두 개 이상의 독립 전류원을 직렬 또는 병렬로 연결하는 방법에 대한 규칙이 있습니다.

병렬 전류 소스

두 개 이상의 전류 소스를 병렬로 연결하는 것은 총 전류 출력이 개별 소스 전류의 대수적 추가로 제공되는 하나의 전류 소스와 동일합니다. 이 예에서는 두 개의 5A 전류 소스가 결합되어 I T  = I 1  + I 2 와 같이 10A를 생성합니다 .

서로 다른 값의 전류 소스를 병렬로 연결할 수 있습니다. 예를 들어, 전류 소스를 나타내는 화살표가 모두 같은 방향을 가리키므로 5암페어 중 하나와 3암페어 중 하나를 결합하여 8암페어의 단일 전류 소스를 제공합니다. 그런 다음 두 전류가 합쳐지면 연결을 병렬 지원이라고 합니다.

회로 분석에 대한 모범 사례는 아니지만 병렬 반대 연결은 반대 방향으로 연결된 전류 소스를 사용하여 값이 개별 소스의 대수적 뺄셈인 단일 전류 소스를 형성합니다.

병렬 반대 전류 소스

 

여기서 두 개의 전류원이 반대 방향(화살표로 표시)으로 연결되면 두 전류원이 키르히호프 전류 법칙(KCL)을 준수하는 순환 전류에 대한 폐쇄 루프 경로를 제공하므로 두 전류가 서로 뺍니다. 예를 들어 각각 5A의 두 전류 소스는 5A -5A = 0A로 출력이 0이 됩니다. 마찬가지로 두 전류의 값이 서로 다른 경우(5A와 3A) 출력은 더 큰 전류에서 더 작은 전류를 뺀 값이 됩니다. 그 결과 IT 는 5 – 3 = 2A가 됩니다.

우리는 이상적인 전류원을 병렬로 연결하여 병렬 보조 또는 병렬 반대 전류원을 형성할 수 있음을 살펴보았습니다. 회로 분석에 허용되지 않거나 모범 사례가 아닌 것은 이상적인 전류 소스를 직렬 조합으로 연결하는 것입니다.

시리즈의 전류 소스

 

 

전류 소스는 동일한 값 또는 다른 값을 가진 직렬로 함께 연결할 수 없습니다. 이 예에서는 각각 5A의 두 전류 소스가 직렬로 연결되어 있지만 결과적인 전류 값은 얼마입니까? 5암페어의 하나의 소스와 같습니까, 아니면 두 소스를 더한 것과 같습니까? 즉 10암페어입니다. 그런 다음 직렬 연결된 전류 소스는 회로 분석에 알 수 없는 요소를 추가하는데 이는 좋지 않습니다.

또한 회로 분석 기술에 직렬 연결된 소스가 허용되지 않는 또 다른 이유는 동일한 전류를 동일한 방향으로 공급하지 못할 수 있다는 것입니다. 이상적인 전류 소스에는 직렬 보조 또는 직렬 반대 전류가 존재하지 않습니다.

현재 소스 예 No1

250mA와 150mA의 두 전류 소스는 각각 병렬 보조 구성으로 함께 연결되어 20Ω의 연결된 부하를 공급합니다. 부하 전체의 전압 강하와 소비되는 전력을 계산합니다. 회로를 그립니다.

그러면 I T  = 0.4A 또는 400mA, VR =  8V, P R  = 3.2W가 됩니다.

실제 전류 소스

우리는 이상적인 정전류 소스가 터미널의 전압에 관계없이 동일한 양의 전류를 무한정 공급할 수 있으므로 독립적인 소스가 된다는 것을 확인했습니다. 따라서 이는 전류 소스가 무한한 내부 저항(R = )을 갖는다는 것을 의미합니다. 이 아이디어는 회로 분석 기술에 적합하지만 실제 전류 소스는 크기에 상관없이(보통 메가옴 범위) 항상 내부 저항을 갖고 있어 생성된 소스가 다양해지기 때문에 실제 전류 소스는 약간 다르게 동작합니다. 약간의 부하가 있습니다.

실용적이거나 이상적이지 않은 전류 소스는 내부 저항이 연결된 이상적인 소스로 표현될 수 있습니다. 내부 저항(R P )은 그림과 같이 전류 소스와 병렬로 연결된 저항(션트)과 동일한 효과를 생성합니다. 병렬로 연결된 회로 요소의 전압 강하는 정확히 동일하다는 점을 기억하십시오.

이상적이고 실용적인 전류 소스

 

Norton의 정리에 따르면 "모든 선형 DC 네트워크는 저항기 R과 병렬로 연결된 정전류 소스 I S로 구성된 등가 회로로 대체될 수 있으므로 실제 전류 소스는 Norton의 등가 회로와 매우 유사 합니다 . 피 ”. 이 병렬 저항이 매우 낮으면(R P  = 0) 전류 소스가 단락됩니다. 병렬 저항이 매우 높거나 무한할 때(R P  ≒ ), 전류원은 이상적인 것으로 모델링될 수 있습니다.

이상적인 전류 소스는 위에서 설명한 것처럼 IV 특성에 수평선을 그립니다. 그러나 실제 전류 소스에는 내부 소스 저항이 있으므로 전류의 일부가 필요하므로 이 실제 소스의 특성은 평평하고 수평이 아니지만 전류가 이제 두 부분으로 분할되어 전류의 한 부분이 병렬 저항 R P 및 출력 단자로 직접 흐르는 전류의 다른 부분.

옴의 법칙에 따르면 전류(i)가 저항을 통해 흐를 때(R) 동일한 저항에서 전압 강하가 발생합니다. 이 전압 강하 값은 i*R P 로 표시됩니다 . 그러면 V OUT 은 부하가 연결되지 않은 상태에서 저항기의 전압 강하와 동일해집니다. 이상적인 소스 전류의 경우 내부 저항이 없으므로 R P 는 무한대이므로 전압 강하가 없으므로 단자 전압은 0이 됩니다.

키르히호프의 전류법칙 KCL에 의해 주어진 루프 주변 전류의 합은 다음과 같습니다. I OUT  = I S  – V S /R P . 이 방정식을 그려서 출력 전류의 IV 특성을 얻을 수 있습니다. 이는 그림과 같이 소스가 이상적일 때 IS 와 동일한 지점에서 수직 전압 축과 교차하는 기울기 -RP를 갖는 직선으로 제공됩니다 .

실제 전류원 특성

 

따라서 모든 이상적인 전류 소스는 직선 IV 특성을 갖지만, 비이상적이거나 실제 실제 전류 소스는 V OUT /R P 와 동일한 양만큼 약간 아래로 기울어지는 IV 특성을 갖습니다 . 여기서 R P 는 내부 병렬 소스입니다. 저항.

튜토리얼 예제 No2

실용적인 전류원은 내부 병렬 저항이 500Ω인 3A의 이상적인 전류원으로 구성됩니다. 무부하가 연결된 상태에서 전류원 개방 단자 전압과 내부 저항에 의해 흡수되는 무부하 전력을 계산합니다.

1. 무부하 값:

 

따라서 내부 소스 저항과 터미널 A 및 B(V AB )에 걸친 개방 회로 전압은 1500V(또는 1.5kV)로 계산됩니다.

파트 2: 250Ω 부하 저항이 동일한 실제 전류원의 A와 B 단자 사이에 연결된 경우. 각 저항을 통해 흐르는 전류, 각 저항이 흡수하는 전력, 부하 저항기의 전압 강하를 계산합니다. 결과 회로를 그립니다.

2. 부하가 연결된 상태에서 제공되는 데이터: I S  = 3A, R P  = 500Ω 및 R L  = 250Ω

 

2a. 각 저항 가지의 전류를 찾으려면 전류 분할 규칙을 사용할 수 있습니다.

 

2b. 각 저항에 의해 흡수되는 전력은 다음과 같습니다.

 

2c. 그런 다음 부하 저항기 양단의 전압 강하 R L 은 다음과 같이 지정됩니다.

 

개방 회로 실제 전류원의 단자 전압은 매우 높을 수 있으며 지정된 전류를 공급하기 위해 필요한 모든 전압(이 예에서는 1500V)을 생성합니다. 이론적으로 소스가 정격 전류를 전달하려고 시도할 때 이 단자 전압은 무한할 수 있습니다.

터미널 전체에 부하를 연결하면 전압이 감소합니다(이 예에서는 500V). 이제 전류가 이동할 곳이 있고 정전류 소스의 경우 터미널 전압은 부하 저항에 정비례합니다.

각각 내부 저항이 있는 비이상적인 전류 소스의 경우 총 내부 저항(또는 임피던스)은 병렬 저항의 경우와 정확히 동일하게 이들을 병렬로 결합한 결과입니다.

종속 전류 소스

이제 우리는 이상적인 전류 소스가 전압과 완전히 독립적으로 지정된 양의 전류를 제공하므로 필요한 전류를 유지하는 데 필요한 모든 전압을 생성한다는 것을 알고 있습니다. 그러면 연결된 회로와 완전히 독립되어 이상적인 독립 전류 소스 라고 불립니다 .

반면에 제어되거나 종속적인 전류 소스는 회로에 연결된 다른 요소의 양단 전압 또는 전류에 따라 사용 가능한 전류를 변경합니다. 즉, 종속 전류원의 출력은 다른 전압이나 전류에 의해 제어됩니다.

종속 전류 소스는 지금까지 살펴본 이상적인(독립적) 전류 소스와 실용적인 전류 소스와 유사하게 동작합니다. 이번 차이점은 종속 전류원이 입력 전압이나 전류에 의해 제어될 수 있다는 것입니다. 전압 입력에 의존하는 전류 소스는 일반적으로 전압 제어 전류 소스 ( VCCS) 라고 합니다 . 전류 입력에 의존하는 전류 소스는 일반적으로 전류 제어 전류 소스 ( CCCS) 라고도 합니다 .

일반적으로 제어되는 전압 또는 전류 중 이상적인 전류 종속 소스는 그림과 같이 화살표가 전류의 방향을 나타내는 다이아몬드 모양의 기호로 지정됩니다.

종속 전류 소스 기호

 

이상적인 종속 전압 제어 전류 소스인 VCCS는 제어 입력 전압 V IN 에 비례하는 출력 전류 I OUT 을 유지합니다 . 즉, 출력 전류는 입력 전압 값에 "의존"하여 이를 종속 전류원으로 만듭니다.

그러면 VCCS 출력 전류는 다음 방정식으로 정의됩니다. I OUT  = αV IN . 이 곱셈 상수 α (알파)는 α = I OUT /V IN 이기 때문에 mhos, ℧(역 옴 기호)의 SI 단위를 가지며 , 따라서 그 단위는 암페어/볼트가 됩니다.

이상적인 종속 전류 제어 전류 소스인 CCCS는 제어 입력 전류에 비례하는 출력 전류를 유지합니다. 그런 다음 출력 전류는 입력 전류 값에 "의존"하여 다시 종속 전류 소스가 됩니다.

제어 전류로서 I IN 은 출력 전류의 크기를 결정하고, I OUT 에 배율 상수 β(베타)를 곱한 값이며 CCCS 요소의 출력 전류는 다음 방정식으로 결정됩니다. I OUT  = βI IN . 곱셈 상수 β는 β = I OUT /I IN 과 같은 무차원 스케일링 인자이므로 단위는 암페어/암페어입니다.

튜토리얼 요약

우리는 전류 소스(Current Sources) 에 대한 이 튜토리얼에서 이상적인 전류 소스(R = )는 연결된 부하의 결과로 양단의 전압과 완전히 독립적인 일정한 전류를 제공하는 활성 요소라는 것을 확인했습니다 . IV 특성은 직선으로 표시됩니다.

병렬 보조 또는 병렬 반대 구성으로 회로 분석 기술을 위해 이상적인 독립 전류원을 병렬로 함께 연결할 수 있지만 직렬로 함께 연결할 수는 없습니다. 또한 회로 분석 및 정리를 해결하기 위해 전류 소스는 개방 회로 소스가 되어 전류를 0과 동일하게 만듭니다. 또한 전류 소스는 전력을 전달하거나 흡수할 수 있습니다.

비이상적이거나 실제적인 전류 소스의 경우, 등가의 이상적인 전류 소스와 무한하지 않지만 IV를 생성하는 R ≒ 만큼 매우 높은 값을 갖는 내부 병렬(션트) 연결 저항으로 모델링할 수 있습니다. 직선이 아니고 하중이 감소함에 따라 아래로 경사지는 특성입니다.

우리는 또한 전류 소스가 종속적이거나 독립적일 수 있음을 확인했습니다. 종속 소스는 값이 다른 회로 변수에 따라 달라지는 소스입니다. 전압 제어 전류원(VCCS)과 전류 제어 전류원(CCCS)은 종속 전류원의 유형입니다.

내부 저항이 매우 높은 정전류 소스는 전자 회로 및 분석 분야에서 다양한 용도로 사용되며 바이폴라 트랜지스터, 다이오드, 제너 및 FET는 물론 이러한 고체 장치의 조합을 사용하여 구축할 수 있습니다.