Usklajen način delovanja električnega tokokroga, ujemanje vira in bremena

Tema tega članka bo splošna osvetlitev načinov delovanja električnega omrežja v pogojih ujemanja vira in obremenitve. Kakšni so ti pogoji ter kdaj in zakaj so potrebni? Ustrezen način (v smislu moči) si zasluži posebno pozornost, vendar bomo med drugim upoštevali druge ustrezne načine.

Usklajeni način je v splošnem takšen način delovanja električnega tokokroga, ko se največja moč, ki jo ta vir lahko da v trenutnem stanju, porazdeli na obremenitev, priključeno na dani vir.

Pogoj, pod katerim se pojavi ta način, je enakost obremenitvenega upora notranji upor vira za tokokroge DC ali enakost impedance notranjega vira s kompleksno impedanco obremenitve za tokokroge AC.

Očitno je, da za dejanske vire energije z določenim omejenim notranjim uporom velja, da ko se upor obremenitve, ki se začne od nič, povečuje, se na njej sproščena moč najprej poveča nelinearno, nato pa vrh moči, sproščene na obremenitev (za dani vir) in z nadaljnjim povečanjem upora obremenitve se moč, porazdeljena na to, nelinearno zmanjšuje in se približuje ničli.

To je posledica dejstva, da tok vira ni povezan samo z uporom obremenitve R, temveč tudi s samoupornostjo vira r:

Tako ali drugače je za ujemanje obremenitve in vira izbrano ravno takšno razmerje med notranjim uporom vira in uporom obremenitvenega vezja, da nastali sistem kaže točno tiste lastnosti, ki se od njega zahtevajo za določeno nalogo. . Zaradi tega obstaja več možnosti za ujemanje obremenitve in vira, odkrito pa omenimo glavne: po napetosti, po toku, po moči, po karakteristični impedanci.

Ustrezna obremenitev in vir napetosti

Da bi dosegli največjo napetost na bremenu, je njegov upor izbran tako, da je veliko večji od notranjega upora vira. To pomeni, da mora vir v mejah delovati pod obremenitvijo, vendar hkrati v stanju mirovanja, potem bo napetost v obremenitvi enaka emf vira. Takšno ujemanje se uporablja predvsem v elektronskih sistemih, kjer napetost služi kot nosilec informacije, nosilec signala in je potrebno, da je izguba pri prenosu tega signala minimalna.

Ujemanje obremenitve in tokovnega vira

Kadar je treba doseči največji tok obremenitve, je upor obremenitve izbran čim manjši, veliko manjši od notranjega upora vira. To pomeni, da vir deluje v načinu kratkega stika in skozi obremenitev teče tok, ki je enak kratkostičnemu toku.

Ta rešitev se uporablja zlasti v elektronskih vezjih, kjer je nosilec signala tok. Na primer, fotodioda visoke hitrosti oddaja tokovni signal, ki se nato pretvori v zahtevano raven napetosti. Nizka vhodna impedanca rešuje problem zoženja pasovne širine zaradi lažnega filtra RC.

Ujemanje moči obremenitve in vira (način ujemanja)

Pri obremenitvi se pridobi največja moč, ki jo vir lahko zagotovi. Upor obremenitve je enak notranjemu uporu vira (impedanca). Moč, porazdeljena v tem načinu obremenitve, je določena s formulo:

Ujemanje bremena in vira s karakteristično impedanco

V teoriji dolge vrvice in mikrovalovni tehnologiji je to še posebej pomembna vrsta naključja. Karakteristično ujemanje impedance daje največji faktor potujočega vala v prenosnem vodu, ki je pri dolgih vodih enak ujemanju moči v običajnih izmeničnih tokokrogih.

Ko se ujema z karakteristično impedanco, mora karakteristična impedanca bremena biti enaka notranji impedanci vira valov. Ujemanje valovne impedance se uporablja povsod v mikrovalovni tehnologiji.

Mimogrede, glede alternativne energije v bližnji prihodnosti, ko vir energije ima individualne značilnosti, ki se zelo razlikujejo od tradicionalnih, najprej je treba zagotoviti usklajen način delovanja vira in sprejemnika tako, da se izdela sprejemnik, ki se po svojih karakteristikah ujema z danim virom, in šele nato pretvorba sprejetega energije v obliki, sprejemljivi za breme.