Fejezetek
- Lineáris elektronikus elemek
- Osztály
- Ideális és igazi lin. erőforrások
- Ellenállások
- Kondenzátorok
- Tekercsek
- Transzformátorok
- irodalom
- teszt
- Diódák
- Diákmunka
- Elektrotechnikai mérések
Ön itt van
2. Ideális és valódi lin. erőforrások
Sok formázni egy kis költeni
Ľudovít Štúr & comp.
Sokan rejtett félelemmel keresik az élet értelmét, hogy esetleg munkában van
Írott ékszerüzletből: Az aktív komponensek ellentétesek a passzív alkatrészekkel,
vagyis ha aktívak, akkor valóban passzívak.
Szuggesztív feladat: Vásároljon bármilyen feszültségű tápegységet. Szorozza meg a feszültség értékét kettővel, adjon hozzá 4 V-ot az eredményhez, ossza fel kettővel és vonja le az eredményből az eredeti tápfeszültség-értéket. 2 V feszültséget kapott, igaz?
De miért vásároljon egy ilyen forrást, amelyet ilyen feszültséggel szeretne ellátni?
Új, brutálisan egyszerű és logikus forráselv, energiaellátás nélkül felfedezték!
Az elektromos forrás olyan eszköz, amely képes állandó energiával ellátni a terhelést (készüléket). Jellege szerint a készülék hőre, fényre, mechanikai munkára változtatja. A források elektronikus eszközöket is szállítanak, ahol a tápfeszültség szükséges az elektronikus és informatikai funkciók ellátásához. Megkülönböztetünk egyenáramú és váltóáramú feszültségforrásokat, lineáris és nemlineáris (nemlineáris belső ellenállással), feszültség és áram típusát, vezérelt és nem vezérelt.
Példák a a működés és az építés fizikai alapelve: elektrokémiai cellák, elemek és akkumulátorok; dinamók, váltakozó áramú generátorok - generátorok; nem hagyományos kis energiák forrásai: fotocella, hőelem, Hall-sejt, piesoelektromos sejt. Ezek a források valamilyen típusú energia átalakítói elektromos energiává. Az elektronikus eszközök áramellátásához többnyire egyenáramú tápegységeket használnak, az AC elosztóhálózatról táplálva - hálózati erőforrások. Külön csoportot alkotnak jelforrások, amelyben az energiafüggvény kevésbé fontos, a generált jelek paraméterei fontosak. Foglalkozunk a kontrollálatlan feszültség- és áramforrások modelljeire érvényes elméleti összefüggésekkel és jellemzőkkel, függetlenül azok elvétől és felépítésétől. A források kulcsszavai: belső feszültség ill. áram, kapocsfeszültség, belső ellenállás (impedancia), tápegység, terhelési jellemző.
A forrás terhelési jellemzői a terminálfeszültség függése a felvett áram nagyságától. Analóg a VACH passzív elemekkel. A függőleges tengely feszültségeinek felhívására használt források. Az ideális veszteségmentes forrás absztrakciója hasznos az áramkör tervezéséhez. Ideális forrás és veszteséges ellenállás felhasználásával valós forrásmodell készíthető.
2.1 Az ideális feszültségforrás
Az Uv belső feszültség értéke jellemzi, és nulla belső ellenállása van. Terminálfeszültsége megegyezik a belső feszültséggel és nem függ a terhelési áramtól. Állandó feszültségforrás. Az áram nagysága a terhelési ellenállástól függ: I = Uv/Rz. A rövidzárlati áram nincs meghatározva (Ik → ∞).
2.2 Az ideális áramforrás
Az Iv belső áram értéke jellemzi, és végtelen belső ellenállással rendelkezik. A terhelésre táplált áram megegyezik a belső árammal, és nem függ a terhelés ellenállásától. A terhelés változásával a forrás terminálfeszültsége változik: U = Iv.Rz. Nincs meghatározva a tétlen állapot (U → ∞).
2.3 Valódi feszültségforrás
Uv belső feszültség és Rv belső ellenállás jellemzi. Modellje egy ideális feszültségforrás soros összekapcsolása Uv feszültséggel és veszteségellenállás Rv ellenállással. U kapocsfeszültsége terhelési árammal csökken az Rv belső ellenállás feszültségesése miatt .
Az U meghatározásának egyszerűbb módja:
Uv . belső tápfeszültség (a terminálokon nem érhető el)
Rv . belső ellenállás
U . a forrás terminálfeszültsége egy bizonyos áramnál, amely elérhető a forrás kapcsain
Ik . rövidzárlati áram, Ik = Uv/Rv (rövidzárlatos tápfeszültség sorkapcsokkal)
Jegyzet: Belső veszteséges ellenállás Az Rv nem igazi alkatrész-ellenállás, a forrás nem kívánt tulajdonsága. Például. a kémiai cella elektrolit-ellenállása okozza, a hálózati tápban ez a stabilizátor kimeneti ellenállása, egyszerű egyenirányítóval ellátott forrásban a dióda és a transzformátor tekercselésének ellenállása stb.
Lineáris és nemlineáris feszültségforrás terhelési jellemzői:
A jellemző vonal meredeksége kifejezi az Rv belső ellenállás értékének nagyságát (ez valójában a fordított VACH ellenállás Rv = Uv/Ik).
A gyakorlatban a keményfeszültség-forrás alacsony belső ellenállású forrást jelent, a lágyfeszültség-forrás nagy belső ellenállással rendelkezik. A forrás belső ellenállását nem lehet meghatározni a rövidzárlati áram mérésével, mivel a legtöbb feszültségforrás nem zárlatbiztos, ezt a reláció mérésével és felhasználásával határozzuk meg: Rv = ΔU/ΔI. (lásd a példákat)
2.4 Valós áramforrás
Egy belső belső Iv áram és egy véges Rv belső ellenállás jellemzi, amelyek a helyettesítő áramkörben párhuzamosan kapcsolódnak egy ideális áramforráshoz.
Iv . a forrás belső (nem elérhető) áramát
Rv . a forrás belső ellenállása
én . a forrás tényleges áramát a terhelésig
U . a forrás és a terhelés terminálfeszültsége
A kemény áramforrás nagyon magas belső ellenállással rendelkezik. Szinte állandó áramot tart az áramkörben, még a terhelési ellenállás nagy változása esetén is.
A legtöbb elektromos és elektronikus berendezés és áramkör technológiai funkciójához kemény feszültségforrástól van szükség. Az áramforrásokat kivételesen használják, például egyes integrált áramkörök részeként, vagy a tranzisztorokkal való egyes kapcsolatoknál az áramforrások tulajdonsága van.
Példák keményfeszültség-forrásokra: tápegység (aljzat), dinamó, akkumulátor, tápegység stabilizátorral. Az áramforrás megvalósítása lásd a 2.8.7. Példát.
2.5. Példák kisfeszültségű, áram- és áramforrásokra
Minden elektromos energiaforrás valamilyen energia átalakítója elektromos energiává. Csak a már említett hálózati források változtatják meg az el-t. energia váltakozó áramú hálózatról egyenfeszültségre. Az el módszer szerint. az általunk ismert feszültségforrások: az elektromágneses indukció, az elektrokémiai cellák és a kis akkumulátorok, a termoelektromos cellák, a fotoelektromos cellák, a piezoelektromos cellák (egységek, kristályok) alapján végzett munka, a mágneses tereket alkalmazó Hall-cellák és az elektrosztatikus indukciót használó elemek. Az elektrokémiai cellák kivételével ezek többnyire nagyon magas belső ellenállású források, azaz áramforrás jellegűek. Néhányat nem a terhelés (készülék) táplálására használnak, hanem jelforrásként vagy aktív érzékelőként az automatizálási és vezérlőrendszerekben, vannak, akik váltakozó váltakozó feszültséget generálnak. Röviden megfogalmazzuk a működésük fizikai elvét és alkalmazási területét.
Induktív Az elektromágneses indukció alapján működő elemek például: dinamók, induktív helyzet- és sebességérzékelők, elektromágneses és magnetoelektromos akusztikai átalakítók. Megjegyzés: A dinamó egy forgó gép, amelynek a kapcsain pulzáló egyenfeszültség van, amelyet az indukált váltakozó feszültség mechanikus kollektor általi irányítása hoz létre.
Elektrokémiai cellák az elektrolitok és az elektródák kémiai energiáját elektromos energiává alakítja. Az akkumulátorok az áram tárolásának több folyamatát teszik lehetővé. energia kémiai energia formájában - töltés. Az egypárokat és az elemeket leginkább hordozható elektronikus eszközök táplálására használják, például: számológépek, el. órák, lejátszók, mobiltelefonok és hordozható mérőeszközök. De használják őket alacsony fogyasztású izzók áramellátására is. Fotoelektromos sejtek (fotodiódák) feszültséggé alakítják a nap vagy akár a mesterséges fényforrások fényenergiáját. Érzékelőként használják - fényvevők a fotocellákban, optocsatolók és optikai csatlakozók.
A fotoelektromos cellák (nagy számban és nagy beépítési területtel) egyelőre az egyetlen alternatíva az űrhajók és műholdas adóberendezések áramellátására (természetesen közvetett módon használják őket, elektromos akkumulátorok töltésére).
Piezoelektromos egységek létrehozni el. mechanikai igénybevételnek kitett feszültség hajlítással, hajlítással vagy nyomatékkal. Használják nyomásérzékelőként, kristálymikrofonként, de gyújtóként is (gyújtógyertyák).
Hőelemek a hőelektromos jelenséget alkalmazzák, amikor két különböző fém csatlakozásának felmelegedése a szabad elektronok jobb és rosszabb vezető közötti hőmozgását és feszültség keletkezését eredményezi. Leginkább hőmérséklet-érzékelőként és mérőként használják őket, pl. hogy ellenőrizzék a gázkazán égőjének égését.
Hall-cikk létrehozza el. a tárolt mágneses mező indukciójának nagyságával arányos feszültség. A funkcióhoz azonban egyenáramú tápegységre van szüksége. jelenlegi. Energiamérlege veszteséges, érzékelőként és a mágneses tér mérőjeként használják.
2.5.1 A feszültség és az áramforrás egyenértékű cseréje
Ha több különböző típusú forrásból álló áramköröket oldunk meg, akkor általában valamilyen megoldási módszeren belül egy típusú forrásokat kell használni. Ezért szükség van egyenértékű feszültség és áramforrás cserére. Ez valós erőforrásokra lehetséges, ideális erőforrásokra nincs meghatározva. Az egyenértékű kompenzáció azt jelenti, hogy mindkét forrásnak ugyanazok a hatásai vannak a külső áramkörben: ugyanaz a terhelés nélküli feszültség, ugyanaz a rövidzárlati áram, ugyanazt az áramot és feszültséget szolgáltatják, és így teljesítményt, ha bármilyen terheléssel terhelik.
Jegyzet: Bár a két ekvivalens forrás külső hatása azonos, a források belső energiamérlege eltérő.
2.6 Teljesítmény - a forrás és a terhelés impedancia egyeztetése
Megfogalmazzuk és megoldjuk a problémát a forrás feszültségtípusára vonatkozóan (hasonlóképpen a következtetések az áramforrásra is érvényesek). Uv belső feszültségű ideális feszültségforrás táplálja a terhelést: P = Uv.I = Uv 2/Rz
Minél alacsonyabb a terhelési ellenállás, annál nagyobb a terhelés áram- és teljesítményszintje. Ideális feszültségforrás ill. egy nagyon kemény feszültségforrás szinte korlátlan energiát képes leadni a terhelésnek, és nincs energiaegyeztetési probléma.
A valós feszültségforrást paraméterek jellemzik Uv, Rv. Ehhez a forráshoz meg lehet fogalmazni a kérdést: mekkora a maximális teljesítmény, amelyet egy forrás egy terhelésre képes leadni, és mekkora ellenállású lesz egy ilyen terhelés?
A terhelésre eső teljesítmény legnagyobb értékét a terhelés teljesítményére vonatkozó kifejezés első deriváltjának segítségével lehet meghatározni.
Az egyenlet megoldásával megkapjuk a következtetést: a terhelés legnagyobb teljesítménye akkor lesz, ha Rv = Rz és akkor
A váltakozó áramú tápegységek és berendezések esetében az árambeállítási feltétel általánosabb formában van:
A forrás legnagyobb elméleti ereje (a. Ideális része)
A terhelés maximális lehetséges teljesítménye Rz = Rv:
Ekkor a teljesítmény fele elvész az Rv belső ellenállásnál.
Teljesítményállapot (azaz impedancia) illesztés esetén a következők érvényesek: I = Uv/2Rv, U = Uv/2, Pz = Prv = Uv 2/4Rv (vagyis a P forrás elméletileg lehetséges teljesítményének 25% -a)t ).
Amint a szakasz elején említettük, a keményenergia-energiában a teljesítmény-egyeztetés kérdése elavult. A teljesítmény (impedancia) egyeztetése fontos az RF áramkörök elrendezésénél, mert például az RF berendezések belső ellenállása: generátorok, átviteli cellák, RF mérők általában 75 Ω vagy 600 Ω. Az átviteli lánc egyes linkjeinek impedanciaillesztése akkor lesz, amikor az egyes kapcsolatok kimeneti impedanciája megegyezik a következő kapcsolat bemeneti impedanciájával. Jó, ha az egyes cellák bemeneti és kimeneti impedanciája megegyezik.
Az ilyen eltolódást képnek vagy hullámhatásra beállított kaszkádnak hívjuk.
Az impedanciaillesztés előnyei:
- megkönnyíti a feszültségek, áramok, teljesítmények (csillapítások) számításának elméleti megoldását
- az energia átvitele az egyik részről a másikra optimális, az érintkezési pontban nem következik be további energiacsillapítás
- Az átviteli lánc összes tagjának impedanciaillesztése nem eredményez jel reflexiót az érintkezési pontokon - a visszaverődések miatt nincs jelátviteli torzítás. Az impedanciához illesztett eszközökben az átvitel során a feszültséghullámok többszörös visszaverődése generálódik vissza a bemenetre. Ezután nagyszámú haladó és visszaverődő hullám terjed a láncban - torzított jel (visszhang) keletkezik a kimeneten.
2.7 Erőforrások kombinálása (rendezése)
A források, csakúgy, mint más dipólusok, sorba, párhuzamosan, kombinációban vagy összetettebb szerkezetekben köthetők össze. Több forrás kombinálásának oka az, hogy teljes forrást kapunk egy másik, általában nagyobb feszültséggel vagy nagyobb árammal (teljesítménnyel), mint a részleges források. A soros eltolás növelheti (ellentmondásos elmozdulás esetén) a feszültséget, a feszültségforrások párhuzamos eltolásával nagyobb áramfelvétel vagy keményebb forrás érhető el.
Sajnos mindig lágyabb feszültségforrás jön létre soros kapcsolásban, hasonlóan lágyabb áramforrás jön létre az áramforrások párhuzamos kapcsolásával is.
Az ideális erőforrások meghatározatlan (illegális) rendezése
Ezek az ideális erőforrások bevonása. Vagy matematikailag nem meghatározottak, fizikailag értelmetlenek, vagy rövidzárlatot okoznak.
V: Két ideális feszültségforrást nem lehet párhuzamosan elrendezni, különböző feszültségekkel, az így kapott feszültséget matematikailag nem határozzák meg, gyakorlatilag az a vége, hogy a magasabb 1. számú feszültségű forrás rövidzárlatos lenne a 2. számú forráson keresztül.
B: Matematikailag nem lehet meghatározni a keletkező áramot, nem lehetséges, hogy két különböző áram ugyanabban az elágazásban áramoljon. Fizikailag nem lehetséges, hogy az 1. számú áramforrás az I1 áramot végtelen ellenállású másik ideális áramforráson keresztül "tolja".
C: Az áramforrás rövidzárlata lenne a feszültségforráson keresztül.
Problémák a valós feszültségforrások párhuzamos kapcsolásával
- Ha U1> U2, még terheletlen állapotban is, az I´ = (U1 -U2)/(R1 + R2) kompenzáló áram áramlik a belső hurokban, ami veszteséget okoz az R1 és R2 ellenállásokon, még akkor is, ha a forrás nem szolgáltat bármi.
- Ha U1 = U2, terheletlen állapotban a kiegyensúlyozó áram nem áramlik, de az Rz terheléssel történő terhelés után a kisebb belső ellenállású forrás jobban terhelhető, a nagyobb belső ellenállású forrás kevéssé járul hozzá a terheléshez - "enyhíti" . Ha a két forrás jelentősen különbözik egymástól, előfordulhat, hogy egyikük nem forrás, hanem a terhelés csatlakoztatása után készülék lesz belőle.
Következtetés: Ha a feszültségforrások párhuzamos kapcsolásának gyakorlati jelentősége van, akkor megközelítőleg azonos paraméterekkel rendelkező forrásokat kell elrendezni, azaz. U1U2, R1R2. Ha valamilyen okból különböző paraméterekkel rendelkező forrásokat kell rendezni, akkor a forrásokat diódákkal kell elválasztani, hogy ne keletkezzenek kiegyenlítő áramok. De akkor ez egy nemlineáris forrás.
Figyelem!
A 2.7. Fejezetben bemutatott következtetések csak a lineáris forrásokra vonatkoznak (lineáris belső ellenállással, mindkét irányban áteresztő árammal), ami néhány stabilizátorral ellátott elektronikus forrásnál nem teljesül. Egyes források és műszakok esetében meg kell vizsgálni, hogy a források megalapozottak-e - lásd a 2.8.6. Példát.