Koordinovaný režim činnosti elektrického obvodu, prispôsobenie zdroja a záťaže

Témou tohto článku bude všeobecné osvetlenie režimov prevádzky elektrickej siete v podmienkach zhody zdroja a záťaže. Aké sú tieto podmienky a kedy a prečo sú potrebné? Zodpovedajúci režim (z hľadiska výkonu) si zaslúži osobitnú pozornosť, ale okrem iného zvážime ďalšie relevantné režimy.

Koordinovaný režim vo všeobecnom zmysle je taký režim činnosti elektrického obvodu, keď maximálny výkon, ktorý môže tento zdroj poskytnúť v aktuálnom stave, je distribuovaný do záťaže pripojenej k danému zdroju.

Podmienkou, pri ktorej sa tento režim vyskytuje, je rovnosť odporu záťaže vnútorný odpor zdroja pre obvody jednosmerného prúdu, alebo rovnosť impedancie vnútorného zdroja s impedanciou komplexnej záťaže pre obvody striedavého prúdu.

Je zrejmé, že pre reálne zdroje s určitým obmedzeným vnútorným odporom platí, že pri zvyšovaní odporu záťaže od nuly sa najskôr nelineárne zvyšuje výkon na nej uvoľnený, potom vrchol výkonu uvoľneného na sa dosiahne záťaž (pre daný zdroj) a s ďalším zvyšovaním odporu záťaže do nej distribuovaný výkon nelineárne klesá a blíži sa k nule.

Je to spôsobené tým, že prúd zdroja súvisí nielen so zaťažovacím odporom R, ale aj s vlastným odporom zdroja r:

Tak či onak, aby zodpovedal záťaži a zdroju, zvolí sa práve taký pomer medzi vnútorným odporom zdroja a odporom záťažového obvodu, aby výsledný systém vykazoval presne tie vlastnosti, ktoré sa od neho vyžadujú pre konkrétnu úlohu. . Z tohto dôvodu existuje niekoľko možností prispôsobenia záťaže a zdroja a úprimne si všimnime tie hlavné: podľa napätia, podľa prúdu, podľa výkonu, podľa charakteristickej impedancie.

Vhodné zaťaženie a zdroj napätia

Na získanie maximálneho napätia na záťaži sa jeho odpor volí oveľa väčší ako vnútorný odpor zdroja. To znamená, že v limitoch musí zdroj pracovať pri zaťažení, ale súčasne v režime nečinnosti, potom sa napätie v záťaži bude rovnať emf zdroja. Takéto prispôsobenie sa využíva najmä v elektronických systémoch, kde napätie slúži ako nosič informácie, nosič signálu a je potrebné, aby strata pri prenose tohto signálu bola minimálna.

Prispôsobenie záťaži a zdroju prúdu

Keď je potrebné získať maximálny zaťažovací prúd, odpor záťaže sa volí čo najmenší, oveľa menší ako vnútorný odpor zdroja. To znamená, že zdroj pracuje v skratovom režime a cez záťaž preteká prúd rovný skratovému prúdu.

Toto riešenie sa používa najmä v elektronických obvodoch, kde je nosičom signálu prúd. Napríklad vysokorýchlostná fotodióda vysiela prúdový signál, ktorý sa následne prevedie na požadovanú úroveň napätia. Nízka vstupná impedancia rieši problém zúženia šírky pásma v dôsledku rušivého RC filtra.

Prispôsobenie výkonu záťaže a zdroja (režim prispôsobenia)

Pri záťaži sa získa maximálny výkon, ktorý môže zdroj poskytnúť. Odpor záťaže sa rovná vnútornému odporu zdroja (impedancia). Výkon distribuovaný v tomto režime zaťaženia je určený vzorcom:

Prispôsobenie záťaže a zdroja charakteristickou impedanciou

V teórii dlhých vedení a v mikrovlnnej technológii je to obzvlášť dôležitý typ náhody. Charakteristické impedančné prispôsobenie poskytuje maximálny faktor postupnej vlny v prenosovom vedení, ktorý je v dlhých vedeniach identický s prispôsobením výkonu v konvenčných AC obvodoch.

Pri zhode z hľadiska charakteristickej impedancie sa charakteristická impedancia záťaže musí rovnať vnútornej impedancii zdroja vĺn. Prispôsobovanie vlnovej impedancie sa používa všade v mikrovlnnej technológii.

Mimochodom, z hľadiska alternatívnej energie v blízkej budúcnosti, keď Zdroj energie má individuálne vlastnosti, ktoré sú veľmi odlišné od tradičných, v prvom rade je potrebné zabezpečiť koordinovaný režim prevádzky zdroja a prijímača vytvorením prijímača, ktorý svojimi charakteristikami zodpovedá danému zdroju, a až potom konvertovať prijímaný energie vo forme prijateľnej pre záťaž.