Koordinovaný režim činnosti elektrického obvodu, přizpůsobení zdroje a zátěže

Tématem tohoto článku bude obecné osvětlení režimů provozu elektrické sítě v podmínkách přizpůsobení zdroje a zátěže. Jaké jsou tyto podmínky a kdy a proč jsou potřeba? Zvláštní pozornost si zaslouží odpovídající režim (z hlediska výkonu), zvážíme však mimo jiné další relevantní režimy.

Koordinovaný režim v obecném slova smyslu je takový režim činnosti elektrického obvodu, kdy maximální výkon, který může tento zdroj dát ve svém aktuálním stavu, je distribuován do zátěže připojené k danému zdroji.

Podmínkou, za které tento režim nastane, je rovnost zátěžového odporu vnitřní odpor zdroje pro stejnosměrné obvody nebo rovnost impedance vnitřního zdroje s impedancí komplexní zátěže u střídavých obvodů.

Je zřejmé, že pro skutečné zdroje s určitým omezeným vnitřním odporem platí, že s rostoucím odporem zátěže začínající od nuly se nejprve nelineárně zvyšuje výkon na ní uvolněný, poté vrchol výkonu uvolněného na zatížení (pro daný zdroj) je dosaženo a s dalším zvyšováním zatěžovacího odporu se na něj distribuovaný výkon nelineárně zmenšuje a blíží se nule.

To je způsobeno skutečností, že proud zdroje souvisí nejen se zatěžovacím odporem R, ale také se vlastním odporem zdroje r:

Tak či onak, aby odpovídal zátěži a zdroji, volí se právě takový poměr mezi vnitřním odporem zdroje a odporem zátěžového obvodu, aby výsledný systém vykazoval přesně ty vlastnosti, které jsou od něj požadovány pro konkrétní úlohu. . Z tohoto důvodu existuje několik možností pro přizpůsobení zátěže a zdroje, a upřímně si povšimněme těch hlavních: napětím, proudem, výkonem, charakteristickou impedancí.

Vhodná zátěž a zdroj napětí

Pro získání maximálního napětí na zátěži se volí její odpor mnohem větší než vnitřní odpor zdroje. To znamená, že v mezích musí zdroj pracovat pod zátěží, ale zároveň v klidovém režimu, pak se napětí v zátěži bude rovnat emf zdroje. Takové přizpůsobení se využívá zejména v elektronických systémech, kde napětí slouží jako nosič informace, nosič signálu a je nutné, aby ztráty při přenosu tohoto signálu byly minimální.

Shoda zátěže a zdroje proudu

Když je potřeba získat maximální zatěžovací proud, volí se zatěžovací odpor co nejmenší, mnohem menší než vnitřní odpor zdroje. To znamená, že zdroj pracuje ve zkratovém režimu a zátěží protéká proud rovný zkratovému proudu.

Toto řešení se používá zejména v elektronických obvodech, kde je nosičem signálu proud. Například vysokorychlostní fotodioda vysílá proudový signál, který je následně převeden na požadovanou napěťovou úroveň. Nízká vstupní impedance řeší problém zúžení šířky pásma kvůli rušivému RC filtru.

Přizpůsobení výkonu zátěže a zdroje (režim přizpůsobení)

Při zátěži se získá maximální výkon, který může zdroj poskytnout. Zatěžovací odpor je roven vnitřnímu odporu zdroje (impedance). Výkon distribuovaný v tomto režimu zatížení je určen vzorcem:

Přizpůsobení zátěže a zdroje charakteristickou impedancí

V teorii dlouhých čar a v mikrovlnné technologii je to zvláště důležitý typ náhody. Charakteristické impedanční přizpůsobení poskytuje maximální faktor postupné vlny v přenosovém vedení, který je na dlouhých vedeních identický s přizpůsobením výkonu v konvenčních střídavých obvodech.

Při shodě z hlediska charakteristické impedance se musí charakteristická impedance zátěže rovnat vnitřní impedanci zdroje vln. Vlnové impedanční přizpůsobení se používá všude v mikrovlnné technologii.

Mimochodem, z hlediska alternativní energie v blízké budoucnosti, kdy zdroj energie má individuální vlastnosti, které se velmi liší od tradičních, v první řadě je nutné zajistit koordinovaný režim provozu zdroje a přijímače tím, že se zhotoví přijímač, který svými vlastnostmi odpovídá danému zdroji, a teprve potom převádět přijímané energie ve formě přijatelné pro zátěž.