סדרה זו תספק מבט על כל אחד ממקורות האנרגיה החשמליים הללו: אור, לחץ, חיכוך, כימיקלים, חום ומגנטיות.
ניתן לייצג סוללות על ידי אידיאל מתח מקור בסדרה עם ההתנגדות הפנימית של הסוללה. מכיוון שמניחים שמקור מתח אידיאלי כולל מתח שאינו משתנה, הוא מכונה מקור מתח קבוע.
מקור מתח אידיאלי שומר על מתח מוצא קבוע ללא קשר להתנגדות העומס שלו. לדוגמה, נניח שמקור המתח באיור 1a הוא מקור מתח אידיאלי. כפי שמוצג באיור, המתח על המסופים הפתוחים של המקור הוא 10V. מתח "מסוף פתוח" זה מכונה מתח המוצא ללא עומס (VNL). כאשר עמידות העומס השונות המוצגות באיור 1b מחוברות למקור, היא שומרת על אותה פלט של 10 וולט. לפיכך, עבור מקור מתח אידיאלי, ללא קשר לערך התנגדות העומס, יש לנו:
VNL=VRL
איפה VRL מציין את המתח על פני עמידות העומס.
איור 1. מתח המוצא של מקור מתח אידיאלי אינו משתנה בתנאים (א) ללא עומס ו (ב) טעינה.
בכל מקור מתח מעשי, ירידה בהתנגדות העומס מביאה לירידה במתח היציאה של המקור. זה טמון בעובדה שלכל מקור מתח יש התנגדות מקור פנימית כלשהי, כפי שהיא מיוצגת על ידי נַגָד (RSבאיור 2 א. כאשר עומס מחובר למקור, כפי שמוצג באיור 2 ב ', הוא יוצר מחלק מתח עם ההתנגדות הפנימית של המקור. זה גורם ל- VRL להיות נמוך ממתח היציאה ללא עומס (VNL), כפי שהודגם בדוגמה 1.
איור 2. מקור מתח מעשי
דוגמה 1: חישוב VRL
מתח המוצא ללא עומס של המקור באיור 3 הוא 12V. חשב את הערכים של V.RL עבור RL= 100Ω ו- R.L= 20Ω
איור 3. מקור מתח (E) עם עמידות העומס (RL)
פתרון
עמידות העומס יוצרת מחלק מתח עם ההתנגדות הפנימית של המקור (RS). כאשר רL= 100 Ω, VRL נמצא כ:
כאשר רL = 20 Ω, VRL נמצא כ:
כפי שאתה יכול לראות, הירידה בהתנגדות העומס גרמה לירידה דרסטית ב- VRL.
ההתנגדות הפנימית של מרבית מקורות מתח DC היא 50Ω או פחות. ככזה, הוא אינו מהווה בעיה מרכזית בעומסים בטווח kΩ ומעלה. עם זאת, זה יכול לגרום לירידה משמעותית במתח המוצא כאשר קיים עומס התנגדות נמוך. זו הסיבה שהתנגדות פנימית נמוכה נחשבת רצויה עבור מקור מתח DC.
הפעלה מקבילה וסדרה
ניתן להפעיל מקורות מתח בסדרה ללא קושי. איור 4 א מראה שני מקורות מתח המחוברים לסדרה, ואיור 4 ב מראה את המעגל המקביל. המתח ללא עומס של המעגל המקביל הוא סכום המתחים ללא עומס של המקורות הבודדים, והתנגדות המעגל המקביל היא סכום ההתנגדויות של המקורות הבודדים.
איור 4. (א) ניתן להפעיל מקורות מתח בסדרה ללא קושי, (ב) מתח המוצא המקביל הוא סכום המתחים ללא עומס של המתחים ללא עומס של המקורות הבודדים, והתנגדות המקור המקבילה היא סכום ההתנגדויות המקוריות.
ניתן להפעיל מקורות מתח במקביל רק אם מתח המקור שווה. כפי שמודגם באיור 5 א ו -5 ב, התנגדות ההתנגדות של המעגל המקביל היא השילוב המקביל של התנגדות המקור הבודדת, ומתח העומס ללא עומס, כמובן, שווה לזה של המקביל המקורי - מקורות מתח מחוברים. איור 5 ג מראה שכאשר מקורות עם מתח לא שווה מחוברים במקביל, מקור המתח התחתון נוטה לפרוק את מקור המתח הגבוה יותר.
איור 5. (א) מקורות מתח בעלי מתח שווה ניתנים להפעלה במקביל, (ב) אין לחבר במקביל את המעגל המקביל של מקורות מתח המחוברים במקביל, (ג) מקורות מתח בעלי מתח לא שווה.
מקור מתח עצמאי
מקור שאינו תלוי בכמות אחרת (כמו מתח או זרם) במעגל מכונה מקור עצמאי. האיור הבא מציג כמה סמלים נפוצים לייצוג מקורות מתח עצמאיים:
איור 6. (א) מקור מתח DC; (ב) סמל סוללה; (ג) סמל מקור מתח AC
אם אתה מחבר מקור מתח עצמאי אידיאלי למעגל התנגדות או למעגל המכיל שילוב שרירותי של נגדים, משרנים וקבלים, מתח המוצא של המקור לא ישתנה. גם אם תכפיל את ערך הרכיבים הללו, הערך של מקור המתח העצמאי עדיין יישאר קבוע.
איור 7. מקור מתח אידיאלי עצמאי מציג מתח יציאה קבוע כאשר הוא מחובר לשילוב שרירותי של אלמנטים שונים במעגל
מקורות מתח תלויים
כפי שהשם מרמז, מקורות המתח התלויים (או הנשלטים) הם אלה שמתח היציאה שלהם תלוי במתח או זרם אחר במעגל. הסמל הבא משמש לייצוג מקור המתח התלוי:
איור 8. סמל מקור מתח תלוי
כעת, בואו נעבוד כדי להבין מקורות מתח תלויים באמצעות דוגמה.
איור 9. דוגמא למקור מתח תלוי
במעגל למעלה, יש לנו מקור מתח תלוי אחד. הערך של מקור זה ניתן על ידי הביטוי 2Ix; כאשר Ix הוא הזרם הזורם דרך ה -2 אוהם נגד. לכן, ככל שהזרם הזורם דרך הנגד הזה של 2 אוהם משתנה, גם ערך מקור המתח משתנה. לפיכך, אנו יכולים להסיק שהזרם Ix שולט במתח של מקור מתח זה.
ישנם שני סוגים של מקורות מתח תלויים. הראשון הוא מקור מתח מבוקר זרם (CCVS), והשני הוא מקור מתח מבוקר מתח (VCVS).
מקור מתח מבוקר זרם (CCVS)
התרשים הבא מייצג את מקור המתח המבוקר הנוכחי:
איור 10. ייצוג מקור מתח מבוקר זרם
כאן תוכלו לראות כי ה- Iin הנוכחי שולט במתח היציאה של מקור המתח התלוי. ניתן לכתוב את מתח המוצא כ:
כאשר Iin הוא הזרם השולט בערך מקור המתח התלוי ו- r הוא מקדם בעל יחידת ההתנגדות. לפעמים, R זה מכונה גם התנגדות טרנס.
דוגמה 2: CCVS
מגבר אופטי שמוגדר במצב מוליכות טרנס (איור 11 למטה) משמש כ- CCVS. מתח היציאה של המגבר תלוי בזרם הקלט. כאשר זרם הקלט I משתנה, מתח המוצא משתנה על ידי הביטוי הבא:
Vo = Li R.L
איור 11. מגבר אופ במצב מוליכות טרנס; דוגמה ל- CCVS.
מקור מתח מבוקר מתח (VCVS)
התרשים הבא מייצג את מקור המתח הנשלט על המתח:
איור 12. ייצוג מקור מתח מבוקר מתח.
כאן, כמות המתח, Vin, שולטת בערך מקור המתח התלוי. ניתן לכתוב את מתח המוצא Vout כ:
כאשר Vin הוא מתח הכניסה השולט במתח של מקור מתח זה ו- µ הוא מקדם ללא יחידה. המקדם µ מכונה גם יחס העברת מתח.
דוגמה 3: VCVS
כאשר אנו מגדירים מגבר אופ בתצורה הפוכה או לא הפוכה, הוא פועל כ- VCVS. לאחר שנכוון את הרווח, מתח המוצא Vo תלוי במתח הכניסה Vi. כאשר אנו משנים את Vi, מתח המוצא משתנה בהתאם לביטוי הבא:
איור 13. מגבר אופטי בתצורה הפוכה; דוגמה ל- VCVS.
בשורה התחתונה
מקור מתח אידיאלי מספק תפוקה קבועה, ללא קשר לערך התנגדות העומס שלו RL. מקור מתח מעשי, לעומת זאת, כולל מתח יציאה המשתנה עם RL. המשמעות היא ששינוי בהתנגדות העומס יגרום לשינוי במתח העומס. המאפיינים של מקורות מתח אידיאליים ומעשיים מסוכמים באיור 14.
