Συντονισμένος τρόπος λειτουργίας του ηλεκτρικού κυκλώματος, αντιστοίχιση πηγής και φορτίου

Το θέμα αυτού του άρθρου θα είναι ο γενικός φωτισμός των τρόπων λειτουργίας του ηλεκτρικού δικτύου σε συνθήκες αντιστοίχισης της πηγής και του φορτίου. Ποιες είναι αυτές οι προϋποθέσεις και πότε και γιατί χρειάζονται; Η αντίστοιχη λειτουργία (από άποψη ισχύος) αξίζει ιδιαίτερης προσοχής, αλλά θα εξετάσουμε, μεταξύ άλλων, και άλλους σχετικούς τρόπους λειτουργίας.

Ο συντονισμένος τρόπος λειτουργίας, σε γενική έννοια, είναι ένας τέτοιος τρόπος λειτουργίας ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, όταν η μέγιστη ισχύς που μπορεί να δώσει αυτή η πηγή στην τρέχουσα κατάστασή της κατανέμεται στο φορτίο που είναι συνδεδεμένο σε μια δεδομένη πηγή.

Η συνθήκη υπό την οποία εμφανίζεται αυτή η λειτουργία είναι η ισότητα της αντίστασης φορτίου εσωτερική αντίσταση της πηγής για κυκλώματα συνεχούς ρεύματος ή την ισότητα της σύνθετης αντίστασης της εσωτερικής πηγής με τη σύνθετη σύνθετη αντίσταση φορτίου για κυκλώματα AC.

Είναι προφανές ότι για πραγματικές πηγές ενέργειας με ορισμένη περιορισμένη εσωτερική αντίσταση, είναι αλήθεια ότι καθώς αυξάνεται η αντίσταση του φορτίου που ξεκινά από το μηδέν, η ισχύς που απελευθερώνεται σε αυτό αυξάνεται πρώτα μη γραμμικά και στη συνέχεια η κορυφή της ισχύος που απελευθερώνεται στο επιτυγχάνεται φορτίο (για μια δεδομένη πηγή) και με περαιτέρω αύξηση της αντίστασης φορτίου, η ισχύς που κατανέμεται σε αυτήν μειώνεται μη γραμμικά, πλησιάζοντας το μηδέν.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ρεύμα πηγής σχετίζεται όχι μόνο με την αντίσταση φορτίου R, αλλά και με την αυτοαντίσταση της πηγής r:

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, για να ταιριάζει με το φορτίο και την πηγή, επιλέγεται ακριβώς μια τέτοια αναλογία μεταξύ της εσωτερικής αντίστασης της πηγής και της αντίστασης του κυκλώματος φορτίου ώστε το προκύπτον σύστημα να εμφανίζει ακριβώς τις ιδιότητες που απαιτούνται από αυτό για μια συγκεκριμένη εργασία . Για το λόγο αυτό, υπάρχουν αρκετές επιλογές αντιστοίχισης φορτίου και πηγής, και ας σημειώσουμε ειλικρινά τις κύριες: από τάση, από ρεύμα, από ισχύ, με χαρακτηριστική αντίσταση.

Κατάλληλη πηγή φορτίου και τάσης

Για να επιτευχθεί η μέγιστη τάση στο φορτίο, η αντίστασή του επιλέγεται να είναι πολύ μεγαλύτερη από την εσωτερική αντίσταση της πηγής. Δηλαδή, στα όρια, η πηγή πρέπει να λειτουργεί υπό φορτίο, αλλά ταυτόχρονα σε κατάσταση αδράνειας, τότε η τάση στο φορτίο θα είναι ίση με το emf της πηγής. Αυτή η αντιστοίχιση χρησιμοποιείται ιδιαίτερα σε ηλεκτρονικά συστήματα όπου η τάση χρησιμεύει ως φορέας πληροφοριών, φορέας σήματος, και είναι απαραίτητο η απώλεια κατά τη μετάδοση αυτού του σήματος να είναι ελάχιστη.

Αντιστοίχιση φορτίου και πηγής ρεύματος

Όταν είναι απαραίτητο να ληφθεί το μέγιστο ρεύμα φορτίου, η αντίσταση φορτίου επιλέγεται όσο το δυνατόν μικρότερη, πολύ μικρότερη από την εσωτερική αντίσταση της πηγής. Δηλαδή, η πηγή λειτουργεί σε λειτουργία βραχυκυκλώματος και ένα ρεύμα ίσο με το ρεύμα βραχυκυκλώματος ρέει μέσω του φορτίου.

Αυτή η λύση χρησιμοποιείται ιδιαίτερα σε ηλεκτρονικά κυκλώματα όπου ο φορέας σήματος είναι ρεύμα. Για παράδειγμα, μια φωτοδίοδος υψηλής ταχύτητας μεταδίδει ένα σήμα ρεύματος, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται στο απαιτούμενο επίπεδο τάσης. Η χαμηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου λύνει το πρόβλημα του περιορισμού του εύρους ζώνης λόγω του ψευδούς φίλτρου RC.

Αντιστοίχιση ισχύος φορτίου και πηγής (λειτουργία αντιστοίχισης)

Στο φορτίο, επιτυγχάνεται η μέγιστη ισχύς που μπορεί να παρέχει η πηγή. Η αντίσταση φορτίου είναι ίση με την εσωτερική αντίσταση της πηγής (σύνθετη αντίσταση). Η ισχύς που κατανέμεται σε αυτή τη λειτουργία φορτίου καθορίζεται από τον τύπο:

Ταίριασμα φορτίου και πηγής με χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση

Στη θεωρία των μακρών γραμμών και στην τεχνολογία των μικροκυμάτων, αυτό είναι ένα ιδιαίτερα σημαντικό είδος σύμπτωσης. Η χαρακτηριστική αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης αποδίδει τον μέγιστο συντελεστή κύματος κίνησης στη γραμμή μεταφοράς, ο οποίος είναι πανομοιότυπος, σε μεγάλες γραμμές, με την αντιστοίχιση ισχύος σε συμβατικά κυκλώματα AC.

Όταν συνδυάζεται ως προς τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση, η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του φορτίου πρέπει να είναι ίση με την εσωτερική σύνθετη αντίσταση της πηγής κύματος. Η αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης κυμάτων χρησιμοποιείται παντού στην τεχνολογία μικροκυμάτων.

Παρεμπιπτόντως, όσον αφορά την εναλλακτική ενέργεια στο εγγύς μέλλον, όταν πηγή ενέργειας έχει μεμονωμένα χαρακτηριστικά που είναι πολύ διαφορετικά από τα παραδοσιακά, πρώτα απ 'όλα είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ένας συντονισμένος τρόπος λειτουργίας της πηγής και του δέκτη, φτιάχνοντας έναν δέκτη που ταιριάζει με τα χαρακτηριστικά του με μια δεδομένη πηγή και μόνο τότε να μετατραπεί η ληφθείσα ενέργεια σε μορφή αποδεκτή για το φορτίο.