Источник постоянного тока — это устройство, поддерживающее постоянное напряжение и ток в электрической цепи.
Источник питания постоянного тока имеет два электрода: положительный и отрицательный. Положительный электрод имеет высокий потенциал, а отрицательный электрод имеет низкий потенциал. Когда два электрода подключены к цепи, между двумя концами цепи может поддерживаться постоянная разность потенциалов, тем самым образуя ток от положительного электрода к отрицательному электроду во внешней цепи. Источник питания постоянного тока — это устройство преобразования энергии, которое преобразует другие формы энергии в электрическую энергию для цепей питания, чтобы поддерживать стабильный поток тока.
Полагаясь исключительно на разницу уровней воды, невозможно поддерживать стабильный поток воды, но путем непрерывной перекачки воды от низкого уровня к высокому можно поддерживать определенную разницу уровней воды для формирования стабильного потока воды. Точно так же, полагаясь исключительно на электростатическое поле, создаваемое зарядами, невозможно поддерживать постоянный ток. С помощью источника постоянного тока можно использовать неэлектростатические силы (называемые «неэлектростатическими силами»), чтобы заставить положительные заряды возвращаться от отрицательного электрода с более низким потенциалом к положительному электроду с более высоким потенциалом через источник питания, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя электродами и формировать постоянный ток.
Неэлектростатическая сила в источнике питания постоянного тока направлена от отрицательного полюса к положительному полюсу. После подключения источника постоянного тока к внешней цепи ток формируется от положительного полюса к отрицательному полюсу вне источника питания (внешней цепи) из-за толкающей силы электрического поля. Внутри источника питания (внутренняя цепь) под действием неэлектростатических сил ток течет от отрицательного полюса к положительному, образуя тем самым замкнутый цикл протекания заряда.
Важной характеристикой самого источника питания является его электродвижущая сила, которая равна работе, совершаемой неэлектростатическими силами, когда единица положительного заряда перемещается от отрицательного электрода к положительному электроду через внутреннюю часть источника питания. Когда внутренним сопротивлением источника питания можно пренебречь, можно считать, что электродвижущая сила источника питания примерно равна по величине разности потенциалов или напряжению между двумя полюсами источника питания.
Чтобы получить более высокое напряжение постоянного тока, источники питания постоянного тока часто используются последовательно. В это время общая электродвижущая сила представляет собой сумму электродвижущих сил каждого источника энергии, а общее внутреннее сопротивление также представляет собой сумму внутренних сопротивлений каждого источника энергии. Из-за увеличения внутреннего сопротивления он обычно подходит только для цепей с более низкой требуемой силой тока. Для достижения более высокой силы тока параллельно можно использовать источники постоянного тока с одинаковой электродвижущей силой. В это время общая электродвижущая сила представляет собой электродвижущую силу одного источника энергии, а общее внутреннее сопротивление представляет собой параллельное значение внутреннего сопротивления каждого источника энергии.
Существует много типов источников питания постоянного тока, а природа неэлектростатических сил и процесс преобразования энергии различаются в зависимости от типа источников питания постоянного тока. В химических батареях (таких как сухие батареи, аккумуляторные батареи и т. д.) неэлектростатические силы представляют собой химические реакции, связанные с растворением и осаждением ионов. При разряде химической батареи химическая энергия преобразуется в электрическую энергию и джоулево тепло в термоэлектрических источниках энергии (таких как металлические термопары, полупроводниковые термопары). Неэлектростатические силы представляют собой диффузионные эффекты, связанные с разницей температур и разницей концентрации электронов. Когда термоэлектрические источники питания обеспечивают питание внешних цепей, тепловая энергия частично преобразуется в электрическую. В генераторе постоянного тока неэлектростатическая сила вызвана электромагнитной индукцией. При включении генератора постоянного тока механическая энергия преобразуется в электрическую энергию и джоулево тепло. В фотоэлектрических элементах неэлектростатические силы являются результатом фотоэлектрического эффекта. При включении фотоэлектрического элемента энергия света преобразуется в электрическую энергию и джоулево тепло.
