Como o seu nome indica, uma fonte de corrente é um elemento de circuito que mantém um fluxo de corrente constante independentemente da tensão desenvolvida através dos seus terminais, uma vez que esta tensão é determinada por outros elementos de circuito. Ou seja, uma fonte de corrente constante ideal fornece continuamente uma quantidade especificada de corrente independentemente da impedância que está a conduzir e como tal, uma fonte de corrente ideal poderia, em teoria, fornecer uma quantidade infinita de energia. Assim, tal como uma fonte de tensão pode ser classificada, por exemplo, como 5 volts ou 10 volts, etc., uma fonte de corrente também terá uma classificação de corrente, por exemplo, 3 amperes ou 15 amperes, etc.
Fontes de corrente constante são representadas de forma semelhante às fontes de tensão, mas desta vez o símbolo da fonte de corrente é o de um círculo com uma seta no interior para indicar a direcção do fluxo da corrente. A direcção da corrente corresponderá à polaridade da tensão correspondente, fluindo a partir do terminal positivo. A letra “i” é utilizada para indicar que se trata de uma fonte de corrente, como mostrado.
Fonte de corrente ideal
Então uma fonte de corrente ideal é chamada de “fonte de corrente constante”, uma vez que fornece uma corrente de estado constante independente da carga a ela ligada, produzindo uma característica I-V representada por uma linha recta. Tal como com as fontes de tensão, a fonte de corrente pode ser independente (ideal) ou dependente (controlada) de uma tensão ou corrente em qualquer outra parte do circuito, que pode ser constante ou variável no tempo.
Fontes de corrente independentes são tipicamente utilizadas para resolver teoremas de circuitos e para técnicas de análise de circuitos para circuitos que contenham elementos realmente activos. A forma mais simples de uma fonte de corrente é uma resistência em série com uma fonte de tensão que cria correntes que vão desde alguns mili-amperes até muitas centenas de amperes. Lembre-se que uma fonte de corrente de valor zero é um circuito aberto como R = 0,
O conceito de uma fonte de corrente é o de um elemento de dois terminais que permite o fluxo de corrente indicado pela direcção da seta. Então uma fonte de corrente tem um valor, i, em unidades de amperes, (A) que são tipicamente abreviadas para amperes. A relação física entre uma fonte de corrente e variáveis de tensão em torno de uma rede é dada pela lei de Ohm, uma vez que estas variáveis de tensão e corrente terão valores especificados.
Pode ser difícil especificar a magnitude e polaridade da tensão de uma fonte de corrente ideal em função da corrente, especialmente se existirem outras fontes de tensão ou corrente no circuito ligado. Então poderemos conhecer a corrente fornecida pela fonte de corrente, mas não a tensão através dela, a menos que seja dada a potência fornecida pela fonte de corrente, como P = V*I.
No entanto, se a fonte de corrente for a única fonte dentro do circuito, então a polaridade da tensão através da fonte será mais fácil de estabelecer. Se, contudo, houver mais do que uma fonte, então a tensão terminal dependerá da rede em que a fonte estiver ligada.
Conectando Fontes de Corrente Juntas
Apenas como fontes de tensão, as fontes de corrente ideais também podem ser ligadas juntas para aumentar (ou diminuir) a corrente disponível. Mas existem regras sobre como duas ou mais fontes de corrente independentes com valores diferentes podem ser ligadas, em série ou em paralelo.
Fonte de corrente em paralelo
Conectar duas ou mais fontes de corrente em paralelo é equivalente a uma fonte de corrente cuja saída total de corrente é dada como a adição algébrica das correntes da fonte individual. Aqui neste exemplo, duas fontes de corrente de 5 amperes são combinadas para produzir 10 amperes como IT = I1 + I2.
Fontes de corrente de diferentes valores podem ser ligadas em paralelo. Por exemplo, uma de 5 amperes e uma de 3 amperes seriam combinadas para produzir uma única fonte de corrente de 8 amperes, uma vez que as setas que representam a fonte de corrente apontam ambas na mesma direcção. Depois, como as duas correntes se somam, diz-se que a sua ligação é: paralelograma-aiding.
Embora não seja a melhor prática para análise de circuitos, as ligações paralelograma-oposição utilizam fontes de corrente que estão ligadas em direcções opostas para formar uma única fonte de corrente cujo valor é a subtracção algébrica das fontes individuais.
Fontes de corrente opostas paralelas
Aqui, como as duas fontes de corrente estão ligadas em direcções opostas (indicadas pelas suas setas), as duas correntes subtraem-se uma da outra, uma vez que as duas fornecem um caminho em circuito fechado para uma corrente circulante em conformidade com a Lei Actual de Kirchoff, KCL. Assim, por exemplo, duas fontes de corrente de 5 amperes cada uma resultariam numa saída zero como 5A -5A = 0A. Da mesma forma, se as duas correntes forem de valores diferentes, 5A e 3A, então a saída será o valor subtraído com a corrente menor subtraída da corrente maior. Resultando numa TI de 5 – 3 = 2A.
Vimos que as fontes de corrente ideais podem ser ligadas em paralelo para formar fontes de corrente paralelas ou em posição paralela. O que não é permitido ou não é a melhor prática para a análise de circuitos, é a ligação conjunta de fontes de corrente ideais em combinações em série.
Fontes de corrente em série
Fontes de corrente não podem ser ligadas em série, quer do mesmo valor, quer de valores diferentes. Neste exemplo, duas fontes de corrente de 5 amperes cada uma estão ligadas em série, mas qual é o valor corrente resultante. É igual a uma fonte de 5 amps, ou é igual à adição das duas fontes, ou seja, 10 amps. Depois as fontes de corrente ligadas em série adicionam um factor desconhecido à análise de circuitos, o que não é bom.
Também, outra razão pela qual as fontes ligadas em série não são permitidas para técnicas de análise de circuitos é que podem não fornecer a mesma corrente na mesma direcção. Não existem correntes de corrente em série ou de corrente de sobreposição em série para fontes de corrente ideais.
Fonte de corrente Exemplo No1
Duas fontes de corrente de 250 mili-amplificadores e 150 mili-amplificadores, respectivamente, estão ligadas em conjunto numa configuração paralela para fornecer uma carga conectada de 20 ohms. Calcular a queda de tensão através da carga e a potência dissipada. Desenhar o circuito.
Então, IT = 0.4A ou 400mA, VR = 8V, e PR = 3.2W
Fonte de corrente prática
Vimos que uma fonte de corrente constante ideal pode fornecer a mesma quantidade de corrente indefinidamente independentemente da tensão através dos seus terminais, tornando-a assim uma fonte independente. Isto implica, portanto, que a fonte de corrente tem uma resistência interna infinita, (R = ∞). Esta ideia funciona bem para técnicas de análise de circuitos, mas no mundo real as fontes de corrente comportam-se de forma um pouco diferente, uma vez que as fontes de corrente práticas têm sempre uma resistência interna, por muito grande que seja (geralmente na gama de mega-ohms), fazendo com que a fonte gerada varie um pouco com a carga.
Uma fonte de corrente prática ou não ideal pode ser representada como uma fonte ideal com uma resistência interna ligada através dela. A resistência interna (RP) produz o mesmo efeito que uma resistência ligada em paralelo (shunt) com a fonte de corrente, tal como demonstrado. Lembre-se que os elementos do circuito em paralelo têm exactamente a mesma queda de tensão através deles.
Ideal e Fonte de corrente prática
P>Vocês devem ter notado que uma A fonte de corrente prática assemelha-se muito à de um circuito equivalente de Norton, pois o teorema de Norton afirma que “qualquer rede linear dc pode ser substituída por um circuito equivalente que consiste num circuito constante…fonte actual, É em paralelo com uma resistência, RP”. Note-se que se esta resistência paralela for muito baixa, RP = 0, a fonte de corrente é curto-circuitada. Quando a resistência paralela é muito alta ou infinita, RP ≈ ∞, a fonte de corrente pode ser modelada como ideal.
Uma fonte de corrente ideal traça uma linha horizontal sobre a característica I-V, como mostrado anteriormente acima. Contudo, como as fontes de corrente práticas têm uma resistência interna da fonte, isto toma alguma da corrente, pelo que a característica desta fonte prática não é plana e horizontal, mas irá reduzir-se à medida que a corrente é agora dividida em duas partes, com uma parte da corrente a fluir para a resistência paralela, RP e a outra parte da corrente a fluir directamente para os terminais de saída.
Ohms lei diz-nos que quando uma corrente, (i) flui através de uma resistência, (R) uma queda de tensão é produzida através da mesma resistência. O valor desta queda de tensão será dado como i*RP. Então o VOUT será igual à queda de tensão através da resistência, sem carga ligada. Recordamos que para uma corrente de fonte ideal, RP é infinita, pois não há resistência interna, portanto a tensão terminal será zero, pois não há queda de tensão.
A soma da corrente em torno do laço dada pela lei actual de Kirchoff, KCL é: IOUT = É – VS/RP. Esta equação pode ser traçada para dar as características I-V da corrente de saída. É dada como uma linha recta com uma inclinação -RP que intersecta o eixo de tensão vertical no mesmo ponto que IS quando a fonte é ideal, como mostrado.
Características da fonte de corrente prática
Por isso, todas as fontes de corrente ideais terão uma característica de linha recta I-V mas as fontes de corrente não ideais ou práticas reais terão uma característica I-V que é ligeiramente inclinada para baixo por uma quantidade igual a VOUT/RP onde RP é a resistência interna da fonte.
Fonte de corrente Exemplo No2
Uma fonte de corrente prática consiste numa fonte de corrente ideal 3A que tem uma resistência interna de 500 Ohms. Com nenhuma carga ligada, calcular a tensão terminal em circuito aberto das fontes de corrente e a potência sem carga absorvida pela resistência interna.
1. Valores sem carga:
Então a tensão em circuito aberto através da resistência da fonte interna e dos terminais A e B (VAB) é calculada a 1500 volts.
Parte 2: Se uma resistência de carga de 250 Ohm estiver ligada aos terminais da mesma fonte de corrente prática, calcular a corrente através de cada resistência, a potência absorvida por cada resistência e a queda de tensão através da resistência de carga. Desenhar o circuito.
2. Dados fornecidos com a carga ligada: IS = 3A, RP = 500Ω e RL = 250Ω
2a. Para encontrar as correntes em cada ramo resistivo, podemos usar a regra da divisão da corrente.
2b. A potência absorvida por cada resistência é dada como:
2c. Depois a queda de tensão através da resistência de carga, RL é dada como:
Podemos ver que a tensão terminal de uma fonte de corrente prática em circuito aberto pode ser muito elevada e produzirá a tensão que for necessária, 1500 volts neste exemplo, para fornecer a corrente especificada. Em teoria, esta tensão terminal pode ser infinita à medida que a fonte tenta fornecer a corrente nominal.
Conectar uma carga através dos seus terminais reduzirá a tensão, 500 volts neste exemplo, uma vez que agora a corrente tem para onde ir e para uma fonte de corrente constante, a tensão terminal é directamente proporcional à resistência da carga.
No caso de fontes de corrente não ideais que têm cada uma resistência interna, a resistência interna total (ou impedância) será o resultado da sua combinação em paralelo, exactamente o mesmo que para as resistências em paralelo.
Fonte de corrente dependente
Agora sabemos que uma fonte de corrente ideal fornece uma quantidade específica de corrente completamente independente da tensão através dela e, como tal, produzirá a tensão necessária para manter a corrente necessária. Isto torna-a então completamente independente do circuito ao qual está ligada, resultando em ser chamada uma fonte de corrente independente ideal.
Uma fonte de corrente controlada ou dependente, por outro lado, altera a sua corrente disponível dependendo da tensão através do circuito, ou da corrente através de algum outro elemento ligado ao circuito. Por outras palavras, a saída de uma fonte de corrente dependente é controlada por outra tensão ou corrente.
Fontes de corrente dependentes comportam-se de forma semelhante às fontes de corrente que analisámos até agora, tanto ideais (independentes) como práticas. A diferença desta vez é que uma fonte de corrente dependente pode ser controlada por uma tensão ou corrente de entrada. Uma fonte de corrente que depende de uma entrada de tensão é geralmente referida como uma Fonte de Corrente Controlada por Tensão ou VCCS. Uma fonte de corrente que depende de uma entrada de corrente é geralmente referida também como Fonte de Corrente Controlada de Corrente ou CCCS.
Geralmente, uma fonte dependente de corrente ideal, quer seja tensão ou corrente controlada, é designada por um símbolo em forma de diamante onde uma seta indica a direcção da corrente, i como mostrado.
Símbolos de Fonte de Corrente Dependente
Uma fonte de corrente dependente ideal, VCCS, mantém uma corrente de saída, IOUT que é proporcional à tensão de entrada de controlo, VIN. Por outras palavras, a corrente de saída “depende” do valor da tensão de entrada tornando-a uma fonte de corrente dependente.
Então a corrente de saída VCCS é definida pela seguinte equação: IOUT = αVIN. Esta constante multiplicadora α (alfa) tem as unidades SI de mhos, ℧ (um sinal Ohms invertido) porque α = IOUT/VIN, e as suas unidades serão portanto amperes/volt.
uma fonte de corrente dependente ideal, CCCS, mantém uma corrente de saída que é proporcional a uma corrente de entrada de controlo. Então a corrente de saída “depende” do valor da corrente de entrada, tornando-a novamente uma fonte de corrente dependente.
Como uma corrente de controlo, IIN determina a magnitude da corrente de saída, IOUT vezes a constante de ampliação β (beta), a corrente de saída para um elemento CCCS é determinada pela seguinte equação: IOUT = βIIN. Note-se que a constante multiplicadora β é um factor de escala sem dimensão como β = IOUT/IIN, pelo que as suas unidades seriam amperes/amperes.
Síntese da Fonte de Corrente
Vimos neste tutorial sobre Fontes de Corrente, que uma fonte de corrente ideal, (R = ∞) é um elemento activo que fornece uma corrente constante que é totalmente independente da tensão que a atravessa como resultado da carga ligada à mesma produzindo uma característica I-V representada por uma linha recta.
Fontes de corrente independentes da prova podem ser ligadas em paralelo para técnicas de análise de circuitos como configurações de paralelismo ou de oponibilidade em paralelo, mas não podem ser ligadas em série. Também para a solução de análise de circuitos e teoremas, as fontes de corrente tornam-se fontes em circuito aberto para fazer com que a sua corrente seja igual a zero. Note-se também que as fontes de corrente são capazes de fornecer ou absorver energia.
No caso de fontes de corrente não ideais ou práticas, podem ser modeladas como uma fonte de corrente ideal equivalente e uma resistência interna paralela (shunt) ligada que não é infinita mas de um valor muito elevado como R ≈ produzindo uma característica I-V que não é recta mas inclina-se para baixo à medida que a carga diminui.
Vimos também aqui que as fontes de corrente podem ser dependentes ou independentes. Uma fonte dependente é aquela cujo valor depende de alguma outra variável de circuito. Fonte de corrente controlada por voltagem, VCCS, e fonte de corrente controlada por corrente, CCCS, são tipos de fontes de corrente dependentes.