Pregunta sobre la potencia eléctrica en los circuitos.

Por ejemplo, puedo demostrar cómo una fuente de corriente puede absorber y emitir energía. Tome este circuito simple que consta de una sola fuente de voltaje (una batería) y una resistencia:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

A la izquierda, el circuito se resuelve completamente con una simple aplicación de la ley de Ohm. La corriente I alrededor del bucle es:

A la derecha, agregué una fuente de corriente simple de 1A, y estoy monitoreando el voltaje a través de ella con un voltímetro.

Comprenda que una fuente de corriente es un dispositivo que produce cualquier diferencia de potencial necesaria para obtener la corriente que se supone que debe pasar.

La diferencia de potencial proporcionada por la batería, y presentada a través de R1, ya es suficiente para producir 1A a través de R1. Si la fuente de corriente agregara o restara cualquier voltaje propio al bucle, entonces eso causaría que fluya algo diferente a 1A. En este caso, le estamos pidiendo a la fuente de corriente que pase exactamente 1A, pero dado que ese ya era el caso, no es necesario que proporcione ninguna diferencia de potencial adicional. Debe tener 0V a través de él.

Ahora considere el caso en el que realmente queremos que fluya menos de 1A a través de R1, digamos 0.9A. Para que ese sea el caso, requeriríamos que el voltaje a través de R1 caiga a solo 9V. Si le indicamos a la fuente de corriente que pase 0.9A, cumple adoptando su propia diferencia de potencial de 1V.

La ley de voltaje de Kirchoff (KVL) aún se cumple, porque el voltaje de 1 V en la fuente de corriente y el voltaje de 9 V en R1 suman los 10 V de la batería, pero ahora solo fluyen 0.9 A:

Esto se muestra aquí, a la izquierda:

^{simular este circuito}

A la derecha, configuré la fuente actual para pasar 1.1A. Para que esto suceda, el voltaje en R2 debe aumentar a 11 V, lo que requiere que la fuente de corriente cumpla con un voltaje de -1 V en sí mismo. Una vez más, KVL debe ser obedecido.

Ahora considere la potencia disipada o emitida por la fuente de corriente. A la izquierda:

A la derecha:

¿Ves cómo ha cambiado el signo de poder? Una potencia positiva indica que un elemento está absorbiendo energía. Este es siempre el caso, por ejemplo, con una resistencia, donde la corriente siempre fluye desde el lado con mayor potencial hacia el lado con menor potencial.

Sin embargo, si la potencia es negativa, eso le indica que el elemento es una fuente de energía que entrega energía al resto del circuito. Este suele ser el caso de las baterías. Cuando una batería alimenta el circuito, la corriente a través de ella ingresa a su terminal de potencial más bajo y sale a través de su terminal de potencial más alto, exactamente lo opuesto al comportamiento de una resistencia. Por la ley de potencia, la potencia disipada en la batería en estas circunstancias es negativa.

Recargas una batería invirtiendo la dirección del flujo de corriente a través de ella. Para recargarlo debes hacer que la corriente entre por su terminal positivo y salga por su terminal negativo. De esta forma, el cálculo de potencia arroja un valor positivo, indicando que la batería está recibiendo energía, no brindándola.

Con esta lógica, puede ver que la fuente de corriente en el circuito de la izquierda está absorbiendo energía (que, por supuesto, debe provenir de la batería), y la fuente de la derecha está donando energía al circuito (que se disipa en su totalidad). la resistencia).

Tenga en cuenta que todo esto está en el contexto de las fuentes de corriente de dos terminales, como se encuentra en los simuladores. En la práctica, lo que llamamos fuente/sumidero de corriente rara vez es un dispositivo de dos terminales que puede actuar como fuente y sumidero de energía, ya que requiere que sea capaz de "adoptar" voltajes tanto positivos como negativos, e incluso permitir corrientes en cualquiera de los dos. dirección. Se clasificarían como dispositivos de "cuatro cuadrantes". Es posible hacerlo, por ejemplo, con amplificadores operacionales, pero generalmente una "fuente de corriente" como las que se encuentran en el interior de los circuitos integrados son diseños de "cuadrante único", que funcionan solo con voltajes positivos a través de ellos y corrientes a través de ellos en una sola dirección .

Me confundió su frase "la corriente puede ser absorbida por una fuente de corriente". Todo dispositivo de dos terminales, incluidas las fuentes de corriente, debe obedecer la ley de corriente de Kirchhoff, que en este caso establece que la corriente que entra por un extremo debe ser igual a la corriente que sale por el otro extremo. La palabra "absorber" tiende a implicar que la corriente puede entrar sin salir, lo cual simplemente no es posible.

Las fuentes actuales pueden ser difíciles de pensar. Estamos rodeados de cosas que se aproximan bien a las fuentes de voltaje (fuentes de alimentación, baterías) pero pocas o ninguna fuente de corriente, por lo que no estamos acostumbrados a ellas.

En un simulador, una fuente de corriente ideal produce una corriente constante a través de sí misma, mientras que el voltaje terminal es completamente indefinido. Compare eso con una fuente de voltaje ideal del simulador, que produce un voltaje constante, mientras que la corriente a través de él es completamente indefinida.

En la fuente de corriente ideal, si el voltaje en el terminal de salida de corriente positiva es positivo con respecto al otro terminal, por ejemplo, si está cargado por una resistencia, entonces generará energía. Si el voltaje es cero, cuando se carga por un cortocircuito, entonces la potencia de salida es cero. Si el voltaje es negativo, digamos que hay una fuente de voltaje conectada, entonces absorberá energía. Es un caso simple de poder = VI.

Sin embargo, si observamos las fuentes de corriente reales, habrá limitaciones prácticas dependiendo de cómo se implementen, desde la potencia disponible, el margen de voltaje, la capacidad para disipar el calor y qué tan cerca han sido diseñadas para aproximarse a una fuente de corriente ideal. Algunas fuentes de corriente han sido diseñadas tanto para generar como para absorber energía, según el voltaje de sus terminales. Sin embargo, la mayoría no habrá sido así y se dañaría al invertir el voltaje de salida.

Sí, las fuentes de corriente pueden hundir la corriente. ¡Pero tenga en cuenta que no todas las fuentes de corriente pueden absorber corriente!

Por ejemplo, las fuentes de alimentación de laboratorio comerciales pueden operar como fuente de voltaje constante o corriente constante dentro de sus límites operativos. Pero por lo general solo admiten corriente positiva (fuente de corriente) ya que la tecnología para hacerlo es mucho más simple.

Hay suministros que pueden generar corriente negativa (hundimiento de corriente), pero suelen ser mucho más caros. Por lo general, "queman energía" en una resistencia o, en el caso de clasificaciones de potencia más altas (por ejemplo, unos pocos cientos de vatios o más), devuelven la energía a la red.

Pero la dirección actual por sí sola no significa que generen o absorban energía. También debe considerar la dirección del voltaje, hay cuatro cuadrantes en general:

1. Q1 voltaje positivo y corriente positiva
2. Q2 voltaje negativo y corriente positiva
3. Q3 voltaje negativo y corriente negativa
4. Q4 voltaje positivo y corriente negativa

Obviamente, el voltaje multiplicado por la corriente es potencia instantánea, y el signo de la potencia determina la dirección del flujo de energía.

Sugeriría no preocuparse por estas cosas en sus cursos introductorios, ya habrá tiempo más adelante.

En el contexto del análisis de circuitos, una fuente de corriente ideal puede consumir energía o proporcionar energía al circuito. El comportamiento de una fuente de corriente es restringir la corriente a través de ella a un valor específico. Por ejemplo, cuando un MOSFET está operando en saturación, donde la corriente de drenaje es relativamente constante, podríamos usar una fuente de corriente como modelo para el comportamiento del MOSFET.

Asimismo, el comportamiento de una fuente de voltaje ideal es restringir el voltaje a través de ella. Podríamos usar una fuente de voltaje ideal para representar una batería mientras se carga.