Sähköpiirin koordinoitu toimintatapa, lähteen ja kuorman sovitus

Tämän artikkelin aiheena on sähköverkon toimintatilojen yleinen valaistus lähteen ja kuorman yhteensopivuuden olosuhteissa. Mitä nämä ehdot ovat ja milloin ja miksi niitä tarvitaan? Vastaava tila (tehon suhteen) ansaitsee erityistä huomiota, mutta harkitsemme muun muassa muita asiaankuuluvia tiloja.

Koordinoitu tila on yleisessä mielessä sellainen sähköpiirin toimintatapa, jossa suurin teho, jonka tämä lähde voi antaa nykyisessä tilassaan, jaetaan tiettyyn lähteeseen kytkettyyn kuormaan.

Edellytys, jossa tämä tila esiintyy, on kuormitusvastuksen yhtäläisyys lähteen sisäinen vastus DC-piireille tai sisäisen lähteen impedanssin yhtäläisyys AC-piirien kompleksisen kuormitusimpedanssin kanssa.

On selvää, että todellisille teholähteille, joilla on tietty rajallinen sisäinen vastus, on totta, että nollasta alkavan kuorman resistanssin kasvaessa siihen vapautuva teho kasvaa ensin epälineaarisesti, sitten vapautuvan tehon huippu kuorma (tietylle lähteelle) saavutetaan, ja kuormitusvastuksen kasvaessa edelleen siihen jaettu teho pienenee epälineaarisesti lähestyen nollaa.

Tämä johtuu siitä, että lähdevirta ei liity ainoastaan ​​kuormitusresistanssiin R, vaan myös lähteen r itsevastus:

Tavalla tai toisella, kuorman ja lähteen sovittamiseksi, lähteen sisäisen resistanssin ja kuormituspiirin vastuksen välille valitaan juuri sellainen suhde, että tuloksena oleva järjestelmä osoittaa täsmälleen ne ominaisuudet, joita siltä vaaditaan tiettyyn tehtävään. . Tästä syystä kuorman ja lähteen yhteensovittamiseen on useita vaihtoehtoja, ja huomautetaan rehellisesti tärkeimmät: jännitteen, virran, tehon, ominaisimpedanssin mukaan.

Sopiva kuormitus ja jännitelähde

Maksimijännitteen saamiseksi kuorman yli sen vastus valitaan paljon suuremmiksi kuin lähteen sisäinen vastus. Toisin sanoen rajoissa lähteen on toimittava kuormituksen alaisena, mutta samaan aikaan lepotilassa, niin kuorman jännite on yhtä suuri kuin lähteen emf. Tällaista sovitusta käytetään erityisesti elektronisissa järjestelmissä, joissa jännite toimii tiedon välittäjänä, signaalin kantajana ja on välttämätöntä, että tämän signaalin lähetyksen aikana häviäminen on minimaalinen.

Vastaa kuormaa ja virtalähdettä

Kun on tarpeen saada suurin kuormavirta, kuormitusvastus valitaan mahdollisimman pieneksi, paljon pienemmäksi kuin lähteen sisäinen vastus. Eli lähde toimii oikosulkutilassa ja oikosulkuvirtaa vastaava virta kulkee kuorman läpi.

Tätä ratkaisua käytetään erityisesti elektronisissa piireissä, joissa signaalin kantoaalto on virta. Esimerkiksi nopea fotodiodi lähettää virtasignaalin, joka muunnetaan sitten vaaditulle jännitetasolle. Matala tuloimpedanssi ratkaisee kaistanleveyden kaventumisen ongelman RC-virhesuodattimen takia.

Kuorman ja lähteen tehonsovitus (sovitustila)

Kuormalla saavutetaan suurin teho, jonka lähde voi tarjota. Kuormitusvastus on yhtä suuri kuin lähteen sisäinen vastus (impedanssi). Tässä kuormitustilassa jakautuva teho määritetään kaavalla:

Kuorman ja lähteen sovitus ominaisimpedanssilla

Pitkälinjateoriassa ja mikroaaltouunitekniikassa tämä on erityisen tärkeä sattuman tyyppi. Ominainen impedanssisovitus tuottaa suurimman liikkuvan aallon kertoimen siirtojohdossa, joka on pitkillä linjoilla identtinen tavanomaisten vaihtovirtapiirien tehonsovituksen kanssa.

Kun kuorman ominaisimpedanssi on sovitettu ominaisimpedanssiin, sen on oltava yhtä suuri kuin aaltolähteen sisäinen impedanssi. Aaltoimpedanssin sovitusta käytetään kaikkialla mikroaaltotekniikassa.

Muuten, mitä tulee vaihtoehtoiseen energiaan lähitulevaisuudessa, milloin virtalähde sillä on yksilöllisiä ominaisuuksia, jotka eroavat suuresti perinteisistä, ensinnäkin on varmistettava lähteen ja vastaanottimen koordinoitu toimintatapa tekemällä vastaanotin, joka sopii ominaisuuksiensa tiettyyn lähteeseen, ja vasta sitten muuntaa vastaanotettu energiaa kuorman hyväksyttävässä muodossa.