แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าคืออะไร? | บริษัท ชุนหลงเว่ย จำกัด

ซีรีส์นี้จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งพลังงานไฟฟ้าเหล่านี้: แสงความดันแรงเสียดทานสารเคมีความร้อนและแม่เหล็ก

แบตเตอรี่สามารถแสดงได้ตามอุดมคติ แรงดันไฟฟ้า แหล่งที่มาในอนุกรมที่มีความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ เนื่องจากแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติถือว่ามีแรงดันไฟฟ้าที่ไม่เปลี่ยนแปลงจึงเรียกว่าแหล่งแรงดันคงที่

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติจะรักษาแรงดันเอาต์พุตให้คงที่โดยไม่คำนึงถึงความต้านทานโหลด ตัวอย่างเช่น สมมติว่าแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในรูปที่ 1a เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติ ดังแสดงในรูป แรงดันไฟฟ้าคร่อมขั้วปลายเปิดของแหล่งกำเนิดคือ 10V แรงดันไฟฟ้า "เทอร์มินัลเปิด" นี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตที่ไม่มีโหลด (V_NL). เมื่อความต้านทานโหลดต่างๆที่แสดงในรูปที่ 1b เชื่อมต่อกับแหล่งที่มามันจะคงเอาท์พุท 10 V เหมือนเดิม ดังนั้นสำหรับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติโดยไม่คำนึงถึงค่าของความต้านทานโหลดเรามี:

V_NL=V_RL

โดยที่ V_RL หมายถึงแรงดันไฟฟ้าคร่อมความต้านทานโหลด

รูปที่ 1. แรงดันไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายแรงดันในอุดมคติไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้ (a) ไม่มีโหลดและ (b) เงื่อนไขการโหลด

สำหรับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงการลดลงของความต้านทานต่อโหลดส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตของแหล่งจ่ายลดลง นี่คือความจริงที่ว่าแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าทุกแหล่งมีความต้านทานภายในจำนวนหนึ่งตามที่แสดงโดย ตัวต้านทาน (R_S) ในรูปที่ 2a. เมื่อโหลดเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายดังแสดงในรูปที่ 2b จะสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีความต้านทานภายในของแหล่งจ่าย สิ่งนี้ทำให้เกิด V_RL ให้ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ไม่มีโหลด (V_{เอ็นแอล)}ดังแสดงในตัวอย่างที่ 1

รูปที่ 2. แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง

ตัวอย่างที่ 1: การคำนวณ V_RL

แรงดันไฟฟ้าขาออกที่ไม่มีโหลดของแหล่งจ่ายในรูปที่ 3 คือ 12V คำนวณค่าของ V_RL สำหรับ R_L= 100Ωและ R_L= 20 โอห์ม

รูปที่ 3. แหล่งจ่ายแรงดัน (E) พร้อมความต้านทานโหลด (R_L)

Solution

ความต้านทานโหลดเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด (R_S). เมื่อ R_L= 100 Ω, VR_L พบเป็น:

เมื่อ R_L= 20 Ω, VR_L พบเป็น:

อย่างที่คุณเห็นการลดลงของความต้านทานต่อโหลดทำให้ V ลดลงอย่างมาก_RL.

ความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงส่วนใหญ่คือ50Ωหรือน้อยกว่า ดังนั้นจึงไม่เป็นปัญหาสำคัญสำหรับโหลดในช่วงkΩหรือสูงกว่า อย่างไรก็ตามอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงอย่างมากเมื่อมีโหลดความต้านทานต่ำ นี่คือเหตุผลที่ความต้านทานภายในต่ำถือว่าเป็นที่ต้องการสำหรับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

การทำงานแบบขนานและแบบอนุกรม

แหล่งจ่ายแรงดันสามารถทำงานเป็นชุดได้โดยไม่ยาก รูปที่ 4a แสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองแหล่งและรูปที่ 4b แสดงวงจรที่เท่ากัน แรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดของวงจรสมมูลคือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดของแต่ละแหล่งและความต้านทานของวงจรสมมูลคือผลรวมของความต้านทานของแต่ละแหล่ง

รูปที่ 4 (a) แหล่งจ่ายแรงดันสามารถทำงานเป็นอนุกรมได้โดยไม่ยาก (b) แรงดันเอาต์พุตที่เท่ากันคือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดของแต่ละแหล่งและความต้านทานของแหล่งกำเนิดที่เท่ากันคือ ผลรวมของความต้านทานแต่ละแหล่ง

แหล่งจ่ายแรงดันสามารถทำงานแบบขนานได้ก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายเท่ากัน ดังแสดงในรูปที่ 5a และ 5b ความต้านทานของความต้านทานของวงจรสมมูลคือการรวมกันแบบขนานของความต้านทานของแหล่งกำเนิดแต่ละตัวและแน่นอนว่าแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดของวงจรที่เท่ากันจะเท่ากับของขนานเดิม - แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อ รูปที่ 5c แสดงให้เห็นว่าเมื่อเชื่อมต่อแหล่งที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่เท่ากันแบบขนานแหล่งจ่ายแรงดันต่ำจะมีแนวโน้มที่จะปล่อยแหล่งจ่ายแรงดันสูงกว่า

รูปที่ 5. (a) แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันสามารถทำงานแบบขนาน (b) วงจรเทียบเท่าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแบบขนาน (c) แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่เท่ากันไม่ควรต่อแบบขนาน

แหล่งแรงดันไฟฟ้าอิสระ

แหล่งที่มาที่ไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณอื่นใด (เช่นแรงดันหรือกระแส) ในวงจรเรียกว่าแหล่งอิสระ รูปต่อไปนี้แสดงสัญลักษณ์ทั่วไปสำหรับแสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอิสระ:

รูปที่ 6 (a) แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (b) สัญลักษณ์แบตเตอรี่ (c) สัญลักษณ์แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

หากคุณเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอิสระในอุดมคติเข้ากับวงจรตัวต้านทานหรือวงจรที่มีตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุรวมกันโดยพลการแรงดันเอาต์พุตของแหล่งที่มาจะไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าคุณจะเพิ่มมูลค่าของส่วนประกอบเหล่านี้เป็นสองเท่า แต่ค่าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอิสระจะยังคงคงที่

รูปที่ 7 แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติที่เป็นอิสระจะแสดงแรงดันเอาต์พุตคงที่เมื่อเชื่อมต่อกับการรวมกันขององค์ประกอบวงจรต่างๆโดยพลการ

แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ

ตามชื่อที่แนะนำแหล่งจ่ายแรงดันที่ขึ้นอยู่กับ (หรือควบคุม) คือแหล่งที่มีแรงดันขาออกขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสอื่น ๆ ในวงจร สัญลักษณ์ต่อไปนี้ใช้เพื่อแสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นกับ:

รูปที่ 8. สัญลักษณ์แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับ

ตอนนี้เรามาทำความเข้าใจแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นต่อกันผ่านตัวอย่างกัน

รูปที่ 9. ตัวอย่างแหล่งจ่ายแรงดันขึ้นอยู่กับ

ในวงจรด้านบนเรามีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นอยู่กับแหล่งเดียว ค่าของแหล่งที่มานี้กำหนดโดยนิพจน์ 2Ix; โดยที่ Ix คือกระแสที่ไหลผ่าน 2 โอห์ม ตัวต้านทาน. ดังนั้น เมื่อกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน 2 โอห์มนี้เปลี่ยนไป ค่าของแหล่งจ่ายแรงดันก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า Ix ปัจจุบันกำลังควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้านี้

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสองประเภท แหล่งแรกคือแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมกระแส (CCVS) และแหล่งที่สองคือแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า (VCVS)

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมในปัจจุบัน (CCVS)

แผนภาพต่อไปนี้แสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมในปัจจุบัน:

รูปที่ 10. การแสดงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมในปัจจุบัน

ที่นี่คุณจะเห็นว่า Iin ปัจจุบันกำลังควบคุมแรงดันขาออกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นกับ แรงดันไฟฟ้าขาออกสามารถเขียนเป็น:

โดยที่ Iin คือกระแสที่ควบคุมค่าของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นกับและ r คือค่าสัมประสิทธิ์ที่มีหน่วยของความต้านทาน บางครั้ง r นี้เรียกอีกอย่างว่าความต้านทานทรานส์

ตัวอย่างที่ 2: CCVS

op-amp ที่กำหนดค่าในโหมด trans-conductance (รูปที่ 11 ด้านล่าง) ทำหน้าที่เป็น CCVS แรงดันไฟฟ้าขาออกของ op-amp ขึ้นอยู่กับกระแสอินพุต เมื่อ Ii กระแสอินพุตเปลี่ยนไปแรงดันขาออกจะเปลี่ยนไปตามนิพจน์ต่อไปนี้:

Vo = หลี่ร_L

รูปที่ 11. op-amp ในโหมด trans-conductance ตัวอย่างของ CCVS

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าควบคุม (VCVS)

แผนภาพต่อไปนี้แสดงถึงแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า:

รูปที่ 12. การแทนแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า

ที่นี่ปริมาณแรงดัน Vin ควบคุมค่าของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ขึ้นกับ แรงดันไฟฟ้าขาออก Vout สามารถเขียนเป็น:

โดย Vin คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันนี้และ µ คือค่าสัมประสิทธิ์หน่วยน้อย ค่าสัมประสิทธิ์ µ เรียกอีกอย่างว่าอัตราส่วนการถ่ายเทแรงดันไฟฟ้า

ตัวอย่างที่ 3: VCVS

เมื่อเรากำหนดค่า op-amp ในการกำหนดค่ากลับด้านหรือไม่กลับด้านมันจะทำหน้าที่เป็น VCVS เมื่อเราปรับอัตราขยายแล้วแรงดันไฟฟ้าขาออก Vo จะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอินพุต Vi เมื่อเราเปลี่ยน Vi แรงดันขาออกจะเปลี่ยนไปตามนิพจน์ต่อไปนี้:

รูปที่ 13. op-amp ในการกำหนดค่ากลับด้าน; ตัวอย่างของ VCVS

บรรทัดด้านล่าง

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติให้เอาต์พุตคงที่โดยไม่คำนึงถึงค่าความต้านทานโหลด R_L. ในทางกลับกันแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงมีแรงดันไฟฟ้าขาออกที่แปรผันตาม R_L. ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลดจะทำให้แรงดันไฟฟ้าของโหลดเปลี่ยนไป ลักษณะของแหล่งจ่ายแรงดันในอุดมคติและในทางปฏิบัติสรุปได้ในรูปที่ 14