Источник ЭДС

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки ${\displaystyle U={\mathcal {E}}={\text{const}}}$. Ток определяется только сопротивлением внешней цепи ${\displaystyle R}$:

${\displaystyle I={\frac {U}{R}}.}$

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно, идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю ${\displaystyle R\rightarrow 0}$ отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

В реальности любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением ${\displaystyle r}$, которое имеет обратную зависимость от мощности источника. То есть, чем больше мощность, тем меньше сопротивление (при заданном неизменном напряжении источника) и наоборот. Наличие внутреннего сопротивления отличает реальный источник напряжения от идеального. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС (${\displaystyle {\mathcal {E}}}$) и внутреннего сопротивления ${\displaystyle r}$.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

${\displaystyle {\mathcal {E}}=U_{r}+U_{R},}$

где

${\displaystyle U_{r}=I\cdot r,}$ — падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

${\displaystyle U_{R}=I\cdot R,}$ — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании ${\displaystyle R=0}$ вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания ${\displaystyle I_{\text{s.c.}}}$ будет максимален. Зная напряжение холостого хода ${\displaystyle U_{\text{xx}}}$ и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

${\displaystyle r={\frac {U_{\text{xx}}}{I_{\text{s.c.}}}}.}$

При помощи модели источника напряжения хорошо описываются химические источники тока, батарейки, гальванические элементы, коллекторные генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением и бытовые электросети для маломощных потребителей.

Различают источники постоянного и переменного напряжения, а также источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН) и источник напряжения, управляемый током (ИНУТ).

Существуют различные варианты обозначений источника напряжения. Наиболее часто встречается обозначение (a) . Вариант (c) устанавливается ГОСТ^[1] и IEC^[2]. Стрелка в кружке указывает на положительную клемму на выходе источника. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками тока (b), который обозначен так в статье «Источник тока».

Чтобы определить, который полюс источника постоянного напряжения является положительным, а какой — отрицательным, используются специальные «полюсоискатели», действие которых основано на явлении электролиза. Полюсоискатель представляет собой стеклянную ампулу, заполненную раствором поваренной соли с добавкой фенолфталеина. В ампулу снаружи введены электроды. При подключении к электродам источника напряжения начинается электролиз: на отрицательном полюсе идёт выделение водорода и образуется щелочная среда. Из-за наличия щёлочи фенолфталеин меняет свою окраску — краснеет, по красной окраске у электрода и судят о том, что он соединён с отрицательным полюсом источника напряжения^[3].