Fundamenty elektroniki – realne źródła prądowe

We wcześniejszych artykułach tego cyklu omówiłem dwa podstawowe wzory, dwa prawa Kirchhoffa oraz bardzo ważną kwestię źródeł napięciowych i źródeł prądowych. W tym artykule kontynuujemy ten bardzo ważny, a zdecydowanie zbyt mało rozumiany temat źródeł prądowych.

Na początek podkreślę, że na co dzień zwykle mamy do czynienia ze źródłami napięciowymi (baterie, akumulatory i przytłaczająca większość zasilaczy), natomiast rzadko mamy do czynienia ze źródłami energii o charakterze źródła prądowego. Dlatego mnóstwo osób ma kłopot ze zrozumieniem właściwości źródła prądowego oraz elementów i układów, które zachowują się jak źródła prądowe. A źródłami prądowymi są panele fotowoltaiczne, a także niektóre zasilacze, między innymi laboratoryjne, oraz zasilacze do diod świecących, tzw. COB LED. Właśnie dlatego dziś kwestia źródeł prądowych ma ważny aspekt praktyczny, jak na razie słabo rozumiany.

Symbole źródeł napięciowych i prądowych

Poznawanie fundamentów elektryczności zwykle zaczynamy od baterii i akumulatorów. To są praktyczne przykłady źródeł napięciowych – utrzymują na swych zaciskach niezmienne napięcie, a raczej zmiany poboru prądu w małym stopniu zmieniają ich napięcie wyjściowe.

I szkoła, i praktyka w większości z nas wytworzyły błędne przekonanie, że jedynymi „prawidłowymi” źródłami energii elektrycznej są źródła napięciowe: baterie, akumulatory oraz zasilacze stabilizujące napięcie. Na schematach bardzo często wykorzystujemy symbol ogniwa elektrycznego i baterii elektrycznej – rysunek 1.

To odbicie praktyki i ilustracja budowy starych ogniw płytowych, gdzie pomiędzy dwiema płytami z różnych metali znajdował się ciekły elektrolit. Najpopularniejsze są ogniwa 1,5-woltowe – przykłady na fotografii 2.

Baterie to zestawy ogniw, jak pokazują przykłady na fotografii 3. I to jest oczywiste: świadomie czy nie, symbol baterii utożsamiamy i z baterią, i ze źródłem napięciowym. Z bateriami jednorazowymi, ale też z akumulatorami.

Jednak dziś coraz częściej mamy do czynienia ze źródłami prądowymi. Ze źródłami energii, które podczas pracy utrzymują niezmienną wartość prądu, a nie napięcia. Studenci do (teoretycznej) analizy obwodów wykorzystują modele i różne symbole graficzne źródła napięciowego i prądowego – przykłady na rysunku 4.

Nie są to symbole znormalizowane, powszechnie uznane, dlatego w literaturze spotyka się różne ich odmiany. I podkreślam – te symbole graficzne wykorzystywane są głównie do teoretycznych analiz realizowanych przez studentów. Gorzej z praktyką. Dla źródła napięciowego mamy znany każdemu symbol baterii (ogniwa), według rysunku 1, ale nie ma powszechnie znanego symbolu rzeczywistego źródła prądowego, na przykład dobrego symbolu dla panelu fotowoltaicznego, który jest przecież źródłem prądowym. Stosunkowo często wykorzystywany jest symbol źródła prądowego pokazany na rysunku 5. I ja właśnie ten symbol graficzny umieszczam i będę zamieszczał na rysunkach dotyczących realnych elementów czy układów, które mają cechy źródeł prądowych.

A na początek najważniejsze jest to, żeby zaakceptować fakt, że źródło prądowe to nie jest jedynie teoretyczny, nieistniejący model wykorzystywany głównie do męczenia studentów. I trzeba wiedzieć, że w elektronice mamy do czynienia z realnymi źródłami prądowymi, i że równie ważne są zarówno źródła napięciowe, jak i źródła prądowe. Oprócz zasilaczy (źródeł) napięciowych istnieją powiem „odwrotne” zasilacze (źródła) prądowe.

Zasilacze prądowe

Zdecydowana większość zasilaczy (czyli eliminatorów baterii) ma właściwości podobne do baterii i akumulatorów, czyli są to źródła napięciowe – zasilacze napięciowe. Idealny zasilacz napięciowy stara się utrzymać ściśle określone napięcie wyjściowe, a prąd wyznaczony jest przez właściwości obciążenia – może zmieniać się dowolnie – od zera, teoretycznie do nieskończoności (w praktyce do wartości maksymalnej dla tego zasilacza). Brak czy odłączenie obciążenia niczym nie grozi, bo prąd wyjściowy jest wtedy równy zeru. Groźne może być zwarcie wyjścia zasilacza napięciowego (jeśli nie ma on zabezpieczenia).

Ale istnieją też (i są coraz popularniejsze) zasilacze prądowe, które mają właściwości „odwrotne”, podobne do paneli fotowoltaicznych. Idealny zasilacz prądowy stara się utrzymać ściśle określoną wartość prądu, a napięcie wyjściowe wyznaczone jest przez właściwości obciążenia. Napięcie wyjściowe nie jest ustalone i niejako dostosowuje się do obciążenia – może się dowolnie zmieniać, teoretycznie od zera do nieskończoności. Czyli właściwości są dokładnie odwrotne, niż w zasilaczach napięciowych.

W pierwszym przybliżeniu można uznać, że przy zwarciu wyjścia zasilacza prądowego jego napięcie jest równe zeru i nie jest to wcale groźne, a z zasilacza nie jest wtedy pobierana energia (P = U × I). Co ważne, przy odłączeniu obciążenia, czyli przy obciążeniu o nieskończenie wielkiej rezystancji, napięcie zasilacza prądowego maksymalnie rośnie!

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w lutowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.