Az elektromos áramkör összehangolt működési módja, a forrás és a terhelés összehangolása

Ennek a cikknek a témája az elektromos hálózat működési módjának általános megvilágítása lesz a forrás és a terhelés összehangolása mellett. Mik ezek a feltételek, mikor és miért van rájuk szükség? A megfelelő üzemmód (teljesítmény szempontjából) külön figyelmet érdemel, de többek között figyelembe vesszük az egyéb releváns módokat is.

A koordinált üzemmód általános értelemben az elektromos áramkör olyan működési módja, amikor az adott forráshoz kapcsolt terhelésre az a maximális teljesítmény, amelyet ez a forrás a jelenlegi állapotában adhat.

Ennek az üzemmódnak a feltétele a terhelési ellenállás egyenlősége a forrás belső ellenállása DC áramkörök esetén, vagy a belső forrás impedanciájának egyenlősége a komplex terhelési impedanciával AC áramkörök esetén.

Nyilvánvaló, hogy bizonyos korlátozott belső ellenállású valódi áramforrásoknál igaz, hogy a nulláról induló terhelés ellenállásának növekedésével először nemlineárisan nő a rajta felszabaduló teljesítmény, majd a felszabaduló teljesítmény csúcsa terhelést (adott forrásra) elérjük, és a terhelési ellenállás további növelésével a rá elosztott teljesítmény nemlineárisan csökken, megközelíti a nullát.

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a forrásáram nem csak az R terhelési ellenálláshoz kapcsolódik, hanem az r forrás önellenállásához is:

Így vagy úgy, a terhelés és a forrás összeegyeztetése érdekében a forrás belső ellenállása és a terhelési áramkör ellenállása között éppen olyan arányt választanak, hogy a kapott rendszer pontosan azokat a tulajdonságokat mutassa, amelyek egy adott feladathoz szükségesek. . Emiatt több lehetőség is van a terhelés és a forrás összehangolására, és őszintén jegyezzük meg a főbbeket: feszültség, áram, teljesítmény, karakterisztikus impedancia szerint.

Megfelelő terhelés és feszültségforrás

A terhelés maximális feszültségének eléréséhez az ellenállását úgy kell megválasztani, hogy sokkal nagyobb legyen, mint a forrás belső ellenállása. Vagyis a határértékeken a forrásnak terhelés alatt kell működnie, de ugyanakkor üresjárati üzemmódban, akkor a terhelés feszültsége megegyezik a forrás emf-jével. Ilyen illesztést különösen olyan elektronikus rendszerekben alkalmaznak, ahol a feszültség információhordozóként, jelhordozóként szolgál, és szükséges, hogy ennek a jelnek a továbbítása során a veszteség minimális legyen.

A terhelés és az áramforrás összehangolása

Ha szükséges a maximális terhelési áram elérése, a terhelési ellenállást a lehető legkisebbre kell megválasztani, sokkal kisebbre, mint a forrás belső ellenállása. Vagyis a forrás zárlati üzemmódban működik, és a terhelésen a zárlati árammal egyenlő áram folyik át.

Ezt a megoldást különösen olyan elektronikus áramkörökben alkalmazzák, ahol a jelhordozó áram. Például egy nagysebességű fotodióda áramjelet továbbít, amelyet aztán a kívánt feszültségszintre alakítanak át. Az alacsony bemeneti impedancia megoldja a sávszélesség szűkülésének problémáját az RC hamis szűrő miatt.

A terhelés és a forrás teljesítmény-illesztése (illesztési mód)

A terhelésnél a forrás által biztosított maximális teljesítmény érhető el. A terhelési ellenállás megegyezik a forrás belső ellenállásával (impedancia). Az ebben a terhelési módban elosztott teljesítményt a következő képlet határozza meg:

Terhelés és forrás illesztése karakterisztikus impedanciával

A hosszú sorelméletben és a mikrohullámú technológiában ez egy különösen fontos egybeesés. A karakterisztikus impedancia illesztés biztosítja a maximális haladó hullámtényezőt az átviteli vezetékben, amely hosszú vonalakon megegyezik a hagyományos AC áramkörök teljesítményillesztésével.

A karakterisztikus impedancia szempontjából egyeztetve a terhelés karakterisztikus impedanciájának meg kell egyeznie a hullámforrás belső impedanciájával. A mikrohullámú technológiában mindenhol használják a hullámimpedancia illesztést.

Egyébként az alternatív energia szempontjából a közeljövőben, mikor áramforrás a hagyományostól nagymértékben eltérő egyedi jellemzőkkel rendelkezik, először is biztosítani kell a forrás és a vevő összehangolt működési módját úgy, hogy a jellemzőit az adott forráshoz illő vevőkészüléket készítenek, és csak ezt követően kell átalakítani a vett jelet. energia a terhelés számára elfogadható formában.