ستوفر هذه السلسلة نظرة على كل من هذه المصادر الكهربائية للطاقة: الضوء والضغط والاحتكاك والمواد الكيميائية والحرارة والمغناطيسية.
يمكن تمثيل البطاريات بشكل مثالي الجهد االكهربى المصدر في سلسلة مع المقاومة الداخلية للبطارية. نظرًا لأنه يُفترض أن مصدر الجهد المثالي يحتوي على جهد لا يتغير ، يُطلق عليه مصدر جهد ثابت.
يحافظ مصدر الجهد المثالي على جهد خرج ثابت بغض النظر عن مقاومة الحمل. على سبيل المثال، لنفترض أن مصدر الجهد في الشكل 1أ هو مصدر جهد مثالي. كما هو موضح في الشكل، فإن الجهد عبر أطراف المصدر المفتوحة هو 10V. يشار إلى هذا الجهد "الطرفي المفتوح" بجهد الخرج بدون تحميل (VNL). عندما تكون مقاومات الحمل المختلفة الموضحة في الشكل 1 ب متصلة بالمصدر ، فإنها تحافظ على نفس خرج 10 فولت. وبالتالي ، بالنسبة لمصدر الجهد المثالي ، بغض النظر عن قيمة مقاومة الحمل ، لدينا:
VNL=VRL
حيث V.RL يشير إلى الجهد عبر مقاومة الحمل.
الشكل 1. لا يتغير جهد الخرج لمصدر جهد مثالي في ظل (أ) عدم التحميل و (ب) ظروف التحميل.
بالنسبة لأي مصدر جهد عملي ، يؤدي الانخفاض في مقاومة الحمل إلى انخفاض جهد خرج المصدر. يكمن هذا في حقيقة أن كل مصدر جهد لديه قدر من مقاومة المصدر الداخلي ، كما يمثلها المقاوم (RS) في الشكل 2 أ. عندما يتم توصيل الحمل بالمصدر ، كما هو موضح في الشكل 2 ب ، فإنه يشكل مقسم جهد مع المقاومة الداخلية للمصدر. هذا يسبب VRL لتكون أقل من جهد الخرج بدون حمل (Vهولندا)، كما هو موضح في المثال 1.
الشكل 2. مصدر جهد عملي
مثال 1: حساب V.RL
جهد الخرج بدون حمل للمصدر في الشكل 3 هو 12 فولت. احسب قيم VRL ل RL= 100Ω و R.L= 20Ω
الشكل 3. مصدر الجهد (E) مع مقاومة الحمل (RL)
الحلول
تشكل مقاومة الحمل مقسم جهد مع المقاومة الداخلية للمصدر (RS). عندما RL= 100 ، VRL تم العثور عليه على النحو التالي:
عندما RL = 20 ، VRL تم العثور عليه على النحو التالي:
كما ترى ، تسبب الانخفاض في مقاومة الحمل في انخفاض حاد في VRL.
المقاومة الداخلية لمعظم مصادر الجهد المستمر هي 50 درجة مئوية أو أقل. على هذا النحو ، فإنه لا يمثل مشكلة كبيرة للأحمال في نطاق kΩ أو أعلى. ومع ذلك ، يمكن أن يسبب انخفاضًا كبيرًا في جهد الخرج عند وجود حمل منخفض المقاومة. هذا هو السبب في أن المقاومة الداخلية المنخفضة تعتبر مرغوبة لمصدر جهد التيار المستمر.
عملية متوازية ومتسلسلة
يمكن تشغيل مصادر الجهد في سلسلة دون صعوبة. يوضح الشكل 4 أ مصدرين للجهد متصل بالسلسلة ، ويوضح الشكل 4 ب الدائرة المكافئة. جهد عدم التحميل للدائرة المكافئة هو مجموع جهد عدم التحميل للمصادر الفردية ، ومقاومة الدائرة المكافئة هي مجموع مقاومات المصادر الفردية.
الشكل 4. (أ) يمكن تشغيل مصادر الجهد في سلسلة دون صعوبة ، (ب) جهد الخرج المكافئ هو مجموع جهد عدم التحميل لجهود عدم التحميل للمصادر الفردية ، ومقاومة المصدر المكافئة هي مجموع مقاومات المصدر الفردي.
يمكن تشغيل مصادر الجهد بالتوازي فقط إذا كانت الفولتية المصدر متساوية. كما هو موضح في الشكل 5 أ و 5 ب ، فإن مقاومة مقاومة الدائرة المكافئة هي مزيج متوازي من مقاومات المصدر الفردية ، والجهد بدون حمل للدائرة المكافئة ، بالطبع ، يساوي ذلك الخاص بالموازي الأصلي- مصادر الجهد المتصلة. يوضح الشكل 5 ج أنه عندما يتم توصيل المصادر ذات الفولتية غير المتكافئة بالتوازي ، فإن مصدر الجهد المنخفض سيميل إلى تفريغ مصدر الجهد العالي.
الشكل 5. (أ) يمكن تشغيل مصادر الجهد ذات الفولتية المتساوية بالتوازي ، (ب) الدائرة المكافئة لمصادر الجهد المتوازية المتصلة ، (ج) يجب عدم توصيل مصادر الجهد ذات الفولتية غير المتساوية بالتوازي.
مصدر الجهد المستقل
يُطلق على المصدر الذي لا يعتمد على أي كمية أخرى (مثل الجهد أو التيار) في الدائرة مصدر مستقل. يوضح الشكل التالي بعض الرموز الشائعة لتمثيل مصادر الجهد المستقلة:
الشكل 6. (أ) مصدر جهد التيار المستمر ؛ (ب) رمز البطارية ؛ (ج) رمز مصدر جهد التيار المتردد
إذا قمت بتوصيل مصدر جهد مستقل مثالي بدائرة مقاومة أو دائرة تحتوي على مجموعة عشوائية من المقاومات والمحثات والمكثفات ، فلن يتغير جهد خرج المصدر. حتى إذا قمت بمضاعفة قيمة هذه المكونات ، فستظل قيمة مصدر الجهد المستقل ثابتة.
الشكل 7. يُظهر مصدر الجهد المثالي المستقل جهد خرج ثابت عند توصيله بمجموعة عشوائية من عناصر الدائرة المختلفة
مصادر الجهد المعتمدة
كما يوحي الاسم ، فإن مصادر الجهد المعتمدة (أو الخاضعة للرقابة) هي تلك التي يعتمد جهد الخرج فيها على جهد أو تيار آخر في الدائرة. يستخدم الرمز التالي لتمثيل مصدر الجهد المعتمد:
الشكل 8. رمز مصدر الجهد المعتمد
والآن دعونا نعمل على فهم مصادر الجهد التابعة من خلال مثال.
الشكل 9. مثال على مصدر الجهد المعتمد
في الدائرة أعلاه ، لدينا مصدر جهد واحد معتمد. يتم إعطاء قيمة هذا المصدر من خلال التعبير 2Ix ؛ حيث Ix هو التيار المتدفق خلال 2 أوم المقاوم. لذلك، مع تغير التيار المتدفق عبر هذه المقاومة التي تبلغ 2 أوم، تتغير قيمة مصدر الجهد أيضًا. وهكذا يمكننا أن نستنتج أن التيار Ix يتحكم في جهد مصدر الجهد هذا.
هناك نوعان من مصادر الجهد المعتمد. الأول هو مصدر جهد يتم التحكم فيه حاليًا (CCVS) ، والثاني هو مصدر جهد يتم التحكم فيه بالجهد (VCVS).
مصدر الجهد الذي يتم التحكم فيه حاليًا (CCVS)
يمثل الرسم البياني التالي مصدر الجهد الذي يتم التحكم فيه حاليًا:
الشكل 10. تمثيل مصدر الجهد الحالي المتحكم فيه
هنا ، يمكنك أن ترى أن Iin الحالي يتحكم في جهد الخرج لمصدر الجهد المعتمد. يمكن كتابة جهد الخرج على النحو التالي:
حيث Iin هو التيار الذي يتحكم في قيمة مصدر الجهد المعتمد و r هو معامل له وحدة المقاومة. في بعض الأحيان ، يُعرف هذا r أيضًا باسم المقاومة العابرة.
المثال 2: CCVS
يعمل جهاز op-amp الذي تم تكوينه في وضع النقل (الشكل 11 أدناه) بمثابة CCVS. يعتمد جهد خرج جهاز op-amp على تيار الإدخال. مع تغير تيار الإدخال Ii ، يتغير جهد الخرج بالتعبير التالي:
فو = لي رL
الشكل 11. جهاز op-amp في وضع الموصلية ؛ مثال على CCVS.
مصدر الجهد المتحكم فيه (VCVS)
يمثل الرسم البياني التالي مصدر الجهد الذي يتحكم فيه الجهد:
الشكل 12. تمثيل مصدر الجهد الذي يسيطر عليه الجهد.
هنا ، تتحكم كمية الجهد ، Vin ، في قيمة مصدر الجهد المعتمد. يمكن كتابة الجهد الناتج Vout على النحو التالي:
حيث Vin هو جهد الدخل الذي يتحكم في جهد مصدر الجهد هذا و هو معامل بدون وحدة. يُعرف المعامل µ أيضًا باسم نسبة نقل الجهد.
مثال 3: VCVS
عندما نقوم بتكوين op-amp في تكوين معكوس أو غير مقلوب ، فإنه يعمل بمثابة VCVS. بمجرد ضبط الكسب ، يعتمد جهد الخرج Vo على جهد الدخل VI. عندما نغير السادس ، يتغير جهد الخرج وفقًا للتعبير التالي:
الشكل 13. المرجع أمبير في تكوين معكوس ؛ مثال على VCVS.
الخط السفلي
يوفر مصدر الجهد المثالي ناتجًا ثابتًا ، بغض النظر عن قيمة مقاومة الحمل RL. من ناحية أخرى ، يحتوي مصدر الجهد العملي على جهد خرج يختلف باختلاف R.L. هذا يعني أن التغيير في مقاومة الحمل سيؤدي إلى تغيير جهد الحمل. يلخص الشكل 14 خصائص مصادر الجهد المثالية والعملية.
