Nguồn điện áp, nguồn dòng, điện trở nguồn là gì?

Nguồn điện áp, nguồn dòng, điện trở nguồn là gì? Nếu một phần tử tự nó hay khi chịu các tác động không có bản chất điện từ, có khả năng tạo ra điện áp hay dòng điện ở một điểm nào đó của mạch điện thì nó được gọi là một nguồn sức điện động (sđđ).

Xem thêm:

• Các loại nguồn xung thông dụng và nguyên lý hoạt động
• Cách sử dụng đồng hồ vạn năng đo dòng và điện áp

Hai thông số đặc trưng cho một nguồn sđđ là :

• Giá trị điện áp giữa hai đầu lúc hở mạch (khi không nối với bất kì một phần tử nào khác từ ngoài đến hai đầu của nó) gọi là điện áp lúc hở mạch của nguồn kí hiệu là U_hm
• Giá trị dòng điện của nguồn đưa ra mạch ngoài lúc mạch ngoài dẫn điện hoàn toàn: gọi là giá trị dòng điện ngắn mạch của nguồn kí hiệu là I_ngm .

Một nguồn s.đ.đ được coi là lý tưởng nếu điện áp hay dòng điện do nó cung cấp cho mạch ngoài không phụ thuộc vào tính  chất của mạch ngoài (mạch tải).

Trên thực tế, với những tải có giá trị khác nhau, điện áp trên hai đầu nguồn hay dòng điện do nó cung cấp có giá trị khác nhau và phụ thuộc vào tải. Điều đó chứng tỏ bên trong nguồn có xảy ra quá trình biến đổi dòng điện cung cấp thành giảm áp trên chính nó, nghĩa là tồn tại giá trị điện trở bên trong gọi là điện trở trong của nguồn kí hiệu là R_ng

R_ng = Uhm / Ingm  (1)

Nếu gọi U và I là các giá trị điện áp và dòng điện do nguồn cung cấp khi có tải hữu hạn

0 < R_t< ∞ thì: Rng = (Uhm – U) / I (2)

Từ (1) và (2) suy ra: Ingm = (U/Rng) + 1 (3)

Từ các hệ thức trên, ta có các nhận xét sau:

1. Nếu R_ng→ 0. thì từ hệ thức (2) ta có U → U_hm khi đó nguồn s.đ.đ là một nguồn điện áp lý tưởng. Nói cách khác một nguồn càng gần lí tưởng khi điện trở trong R_ng của nó có giá trị càng nhỏ.
2. Nếu R_ng → ∞, từ hệ thức (3) ta có I → I_ngm nguồn sđđ khi đó có dạng là một nguồn dòng điện lí tưởng hay một nguồn dòng điện càng gần lí tưởng khi R_ng của nó càng lớn.
3. Một nguồn sđđ trên thực tế được coi là một nguồn điện áp hay nguồn dòng điện tùy theo bản chất cấu tạo của nó để giá trị R_ng là nhỏ hay lớn. Việc đánh giá R_ng tùy thuộc tương quan giữa nó với giá trị điện trở toàn phần của mạch tải nối tới hai đầu của nguồn xuất phát từ các hệ thức (2) và (3) có hai cách biểu diễn kí hiệu nguồn (sđđ) thực tế như trên hình a và b

Một bộ phận bất kì của mạch có chứa nguồn, không có liên hệ hỗ cảm với phần còn lại của mạch mà chỉ nối với phần còn lại này ở hai điểm, luôn có thể thay thế bằng một nguồn tương đương với một điện trở trong là điện trở tương đương của bộ phận mạch đang xét. Trường hợp riêng, nếu bộ phận mạch bao gồm nhiều nguồn nối với nhiều điện trở theo một cách bất kì, có 2 đầu ra sẽ được thay thế bằng chỉ một nguồn tương đương với một điện trở trong tương đương (định lí về nguồn tương đương của Tevơnin)

Tóm lại:

1) Nguồn dòng là nguồn luôn cấp ra một dòng điện không đổi không phụ thuộc tải hay không phụ thuộc dòng điện chạy qua. (VD: nguồn điện lưới, pin, mạch nguồn dùng Zenner diode, mạch gương (current mirror),… )

2) Nguồn áp là nguồn luôn cấp ra một điện áp không đổi không phụ thuộc tải.

Nguồn dòng và nguồn áp đều là lý tưởng, trong thực tế không có nguồn nào như thế khi mà nội trở bằng không (với nguồn áp) và bằng vô cùng (với nguồn dòng) mà người ta chỉ tạo ra các bộ nguồn gần với lý thuyết.

Ứng dụng:

Nguồn dòng cho tín hệu khi cần truyền đi xa: để tránh sai số do điện trở đường dây, nhiễu điện áp cảm ứng…
Nguồn dòng trong các mạch nạp xả tụ điện nhằm tuyến tính hóa điện áp nạp và xả.
Nguồn dòng trong các mạch cấp điện cho diode zenner, để có điện áp ổn định.
Nguồn dòng cho các mạch đo lường kiểu điện trở, như RTD, …
Nguồn dòng cố định: cho dòng ra ổn định và không thay đổi.
Nguồn dòng phụ thuộc: cho dòng ra tỷ lệ với một áp điều khiển đầu vào.

Nguồn: machdientu.org