Generatori di tensione e generatori di corrente

In elettronica, un generatore è un dipolo capace fornire potenza ad un circuito detto carico. I generatori ideali si distinguono in generatori di tensione (fig. 1/a) e generatori di corrente (fig. 1/b).

Un generatore di tensione presenta ai suoi capi una differenza di potenziale costante. Pertanto, è in grado di fornire al carico qualsiasi corrente. La caratteristica I-V di un generatore di tensione è illustrata nel grafico di fig. 2/a.

Un generatore di corrente, invece, determina un flusso di corrente costante. Questo generatore è quindi in grado di sviluppare ai capi del carico qualsiasi tensione. La sua caratteristica I-V è illustrata in fig. 2/b.

Generatori ideali e generatori reali

Sulla base delle considerazioni precedenti è possibile asserire che un generatore di tensione ideale presenta una resistenza interna nulla. Pertanto, è assimilabile ad un circuito chiuso, nel quale può fluire qualsiasi corrente.

Al contrario, il generatore di corrente presenta una resistenza interna infinita, ed è assimilabile ad un circuito aperto ai capi del quale può svilupparsi qualsiasi tensione.

L’astrazione dei generatori ideali è fondamentale nell’analisi dei circuiti elettronici. Tuttavia, nella pratica non è possibile ottenere generatori di tali caratteristiche, dal momento che sarebbero chiamati a fornire una potenza infinita (si pensi, per esempio, a cosa accadrebbe cortocircuitando un generatore di tensione ideale, oppure aprendo un circuito contenente un generatore di corrente ideale). Per questo motivo, si ricorre spesso al concetto di generatore reale, dove si tiene conto della resistenza interna del dispositivo.

Nel caso di un generatore di tensione, questa resistenza interna è rappresentata da un resistore in serie al generatore (fig. 3/a), mentre nel caso di un generatore di corrente il resistore si trova in parallelo (fig. 3/b). Rispetto al caso ideale, questo aumenta la resistenza vista ai capi del dipolo nel caso del generatore di tensione, e la riduce nel caso del generatore di corrente.

La caratteristica I-V assume quindi l’andamento della fig. 3/c. L’intersezione con l’asse delle tensioni rappresenta la tensione a vuoto offerta dal generatore in assenza di carico, mentre l’intersezione con l’asse delle correnti rappresenta la corrente che si ottiene cortocircuitando il dipolo.

Simboli alternativi e generatori speciali

I generatori di tensione e di corrente possono essere rispettivamente rappresentati anche con i simboli illustrati in fig. 4/a e 4/d. La linea presente in questa rappresentazione ricorda che il generatore di tensione è assimilabile ad un circuito chiuso, mentre quello di corrente ad un circuito aperto.

Un tipo particolare di generatore di tensione è la pila, rappresentata in fig. 5/a. Questo simbolo viene usato per rappresentare un’alimentazione o una tensione di riferimento. Più pile in serie formano una batteria.

Un altro generatore di tensione molto importante nell’analisi dei circuiti è il generatore di segnale, il cui simbolo è raffigurato in fig. 5/b. Questo elemento è usato per rappresentare un qualsiasi segnale, che può essere raffigurato graficamente all’interno del simbolo.

Normalmente si assegna ai generatori un valore prestabilito di tensione o di corrente. Nell’analisi dei circuiti, tuttavia, si ha spesso la necessità di ricorrere a generatori che forniscono tensioni o correnti che dipendono, a loro volta, da altre grandezze presenti nel circuito. Per schematizzare questo comportamento si ricorre ai generatori dipendenti, che sono rappresentati in fig. 6.

Il comportamento di questi generatori può essere descritto da un’equazione che contiene diverse variabili ottenute dal circuito nel quale sono usati (come correnti o tensioni presenti in alcuni punti del circuito).

Appendice: generatori in serie e in parallelo

Collegando in serie più generatori di tensione ideali si ottiene, ai capi del dipolo, la somma delle loro tensioni (in accordo con le polarità di ciascun generatore). A meno che non siano identici, non è possibile connettere in parallelo più generatori di tensione ideali dal momento che la soluzione sarebbe impossibile.

Al contrario, è possibile connettere in parallelo più generatori di corrente ideali, ottenendo ai capi del dipolo una corrente complessiva data dalla somma delle singole correnti (tenendo conto dei loro versi). A meno di usare generatori identici, non è possibile connettere più generatori di corrente ideali in serie dal momento che anche in questo caso la soluzione sarebbe impossibile.

I generatori reali, invece, possono essere liberamente connessi in serie e in parallelo.