Gecoördineerde werking van het elektrische circuit, afstemming van bron en belasting

Het onderwerp van dit artikel is de algemene verlichting van de werkingsmodi van het elektrische netwerk in omstandigheden van afstemming van de bron en de belasting. Wat zijn deze voorwaarden en wanneer en waarom zijn ze nodig? De bijbehorende modus (in termen van vermogen) verdient speciale aandacht, maar we zullen onder andere andere relevante modi bekijken.

De gecoördineerde modus is in algemene zin zo'n werkingsmodus van een elektrisch circuit, wanneer het maximale vermogen dat deze bron in zijn huidige toestand kan leveren, wordt verdeeld over de belasting die op een bepaalde bron is aangesloten.

De voorwaarde waaronder deze modus optreedt, is de gelijkheid van de belastingsweerstand interne weerstand van de bron voor gelijkstroomcircuits, of de gelijkheid van de interne bronimpedantie met de complexe belastingsimpedantie voor wisselstroomcircuits.

Het is duidelijk dat voor echte stroombronnen met een bepaalde beperkte interne weerstand, het waar is dat naarmate de weerstand van de belasting vanaf nul toeneemt, het vermogen dat erop vrijkomt eerst niet-lineair toeneemt, en vervolgens de piek van het vermogen dat vrijkomt bij de belasting (voor een bepaalde bron) wordt bereikt, en met een verdere toename van de belastingsweerstand, neemt het vermogen dat erover wordt verdeeld niet-lineair af en nadert het nul.

Dit komt doordat de bronstroom niet alleen gerelateerd is aan de belastingsweerstand R, maar ook aan de zelfweerstand van de bron r:

Op de een of andere manier wordt, om de belasting en de bron op elkaar af te stemmen, een zodanige verhouding gekozen tussen de interne weerstand van de bron en de weerstand van het belastingscircuit dat het resulterende systeem precies de eigenschappen vertoont die ervan worden verlangd voor een bepaalde taak . Om deze reden zijn er verschillende opties om de belasting en de bron op elkaar af te stemmen, en laten we eerlijk de belangrijkste opmerken: op spanning, op stroom, op vermogen, op karakteristieke impedantie.

Geschikte belasting en spanningsbron

Om de maximale spanning over de belasting te verkrijgen, wordt de weerstand ervan veel groter gekozen dan de interne weerstand van de bron. Dat wil zeggen, binnen de limieten moet de bron onder belasting werken, maar tegelijkertijd in de inactieve modus, dan is de spanning in de belasting gelijk aan de emf van de bron. Dergelijke afstemming wordt met name gebruikt in elektronische systemen waar de spanning dient als informatiedrager, een signaaldrager, en het noodzakelijk is dat het verlies tijdens de overdracht van dit signaal minimaal is.

Matching van de belasting en stroombron

Wanneer het nodig is om de maximale belastingsstroom te verkrijgen, wordt de belastingsweerstand zo klein mogelijk gekozen, veel minder dan de interne weerstand van de bron. Dat wil zeggen, de bron werkt in kortsluitmodus en er vloeit een stroom gelijk aan de kortsluitstroom door de belasting.

Deze oplossing wordt met name gebruikt in elektronische schakelingen waar de signaaldrager actueel is. Een snelle fotodiode zendt bijvoorbeeld een stroomsignaal uit, dat vervolgens wordt omgezet in het vereiste spanningsniveau. Lage ingangsimpedantie lost het probleem op van bandbreedtevernauwing als gevolg van RC-spurious filter.

Vermogensafstemming van belasting en bron (afstemmingsmodus)

Bij belasting wordt het maximale vermogen verkregen dat de bron kan leveren. De belastingsweerstand is gelijk aan de interne weerstand van de bron (impedantie). Het vermogen dat in deze belastingsmodus wordt verdeeld, wordt bepaald door de formule:

Belasting- en bronafstemming door karakteristieke impedantie

In de langelijntheorie en in de microgolftechnologie is dit een bijzonder belangrijke vorm van toeval. Karakteristieke impedantie-aanpassing levert de maximale lopende golffactor in de transmissielijn op, die over lange lijnen identiek is aan vermogensaanpassing in conventionele AC-circuits.

Bij afstemming in termen van karakteristieke impedantie, moet de karakteristieke impedantie van de belasting gelijk zijn aan de interne impedantie van de golfbron. Golfimpedantie-aanpassing wordt overal in de microgolftechnologie gebruikt.

Trouwens, in termen van alternatieve energie in de nabije toekomst, wanneer krachtbron heeft individuele kenmerken die heel anders zijn dan de traditionele, allereerst is het noodzakelijk om een ​​gecoördineerde werking van de bron en ontvanger te waarborgen door een ontvanger te maken die overeenkomt met zijn kenmerken met een bepaalde bron, en pas daarna de ontvangen om te zetten energie in een vorm die aanvaardbaar is voor de belasting.