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

• 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 Uhm
• 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 Ingm .

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 Rng

Rng = 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 < Rt< ∞ 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 Rng→ 0. thì từ hệ thức (2) ta có U → Uhm khi đó nguồn s.đ.đ là một nguồn điện áp lý tưởng. Nói cách khác một nguồn điện áp càng gần lí tưởng khi điện trở trong Rng của nó có giá trị càng nhỏ.
2. Nếu Rng → ∞, từ hệ thức (3) ta có I → Ingm nguồn sđđ khi đó có dạng là một nguồn dòng điện lí tưởng hay một nguồn dòng điện càng gần lí tưởng khi Rng 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 Rng là nhỏ hay lớn. Việc đánh giá Rng 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 điện áp nối với nhiều điện trở theo một cách bất kì, có 2 đầu ra sẽ được thay thế bằng chỉ một nguồn điện áp tương đương với một điện trở trong tương đương (định lí về nguồn tương đương của Tevơnin)

a) Biểu diễn tương đương nguồn điện áp; b) nguồn dòng điện

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.