Bu seri, bu elektrik enerjisi kaynaklarının her birine bir bakış sunacak: ışık, basınç, sürtünme, kimyasallar, ısı ve manyetizma.
Piller bir ideal ile temsil edilebilir Voltaj Pilin iç direnci ile seri olarak kaynak. İdeal bir voltaj kaynağının değişmeyen bir voltaja sahip olduğu varsayıldığından, buna sabit voltaj kaynağı denir.
İdeal bir voltaj kaynağı, yük direncine bakılmaksızın sabit bir çıkış voltajı sağlar. Örneğin Şekil 1a'daki gerilim kaynağının ideal bir gerilim kaynağı olduğunu varsayalım. Şekilde görüldüğü gibi kaynağın açık terminalleri arasındaki voltaj 10V'tur. Bu "açık terminal" voltajı, yüksüz çıkış voltajı (V) olarak adlandırılır.NL). Şekil 1b'de gösterilen çeşitli yük dirençleri kaynağa bağlandığında aynı 10 V çıkışı korur. Böylece ideal bir voltaj kaynağı için yük direncinin değeri ne olursa olsun aşağıdakilere sahibiz:
VNL=VRL
nerede VRL yük direnci üzerindeki voltajı belirtir.
Şekil 1. İdeal bir gerilim kaynağının çıkış gerilimi (a) yüksüz ve (b) yüklü koşullar altında değişmez.
Herhangi bir pratik voltaj kaynağı için yük direncindeki bir azalma, kaynak çıkış voltajında bir azalmaya neden olur. Bu, her voltaj kaynağının, aşağıdaki şekilde temsil edildiği gibi, bir miktar dahili kaynak direncine sahip olduğu gerçeğinde yatmaktadır: rezistans (RS) Şekil 2a'da. Şekil 2b'de gösterildiği gibi kaynağa bir yük bağlandığında kaynağın iç direnci ile bir gerilim bölücü oluşturur. Bu V'ye neden olurRL yüksüz çıkış voltajından daha düşük olmalıdır (VHollanda)Örnek 1'de gösterildiği gibi.
Şekil 2. Pratik bir voltaj kaynağı
Örnek 1: V'nin HesaplanmasıRL
Şekil 3'teki kaynağın yüksüz çıkış voltajı 12V'dur. V değerlerini hesaplayınRL R içinL= 100Ω ve RL=20Ω
Şekil 3. Yük direnci (R) ile gerilim kaynağı (E)L)
Çözüm
Yük direnci, kaynağın iç direnciyle (R) bir voltaj bölücü oluşturur.S). Ne zaman RL=100 Ω, VRL şu şekilde bulunur:
Ne zaman RL =20 Ω, VRL şu şekilde bulunur:
Gördüğünüz gibi yük direncindeki azalma V'de ciddi bir düşüşe neden olduRL.
Çoğu DC voltaj kaynağının iç direnci 50Ω veya daha azdır. Bu nedenle kΩ aralığındaki veya daha yüksek yükler için büyük bir sorun teşkil etmez. Ancak düşük dirençli bir yük mevcut olduğunda çıkış voltajında önemli bir düşüşe neden olabilir. Bu nedenle bir DC voltaj kaynağı için düşük iç direncin arzu edilir olduğu düşünülmektedir.
Paralel ve Seri Çalışma
Gerilim kaynakları seri olarak sorunsuzca çalıştırılabilir. Şekil 4a seri bağlı iki voltaj kaynağını göstermektedir ve Şekil 4b eşdeğer devreyi göstermektedir. Eşdeğer devrenin yüksüz voltajı, bireysel kaynakların yüksüz voltajlarının toplamıdır ve eşdeğer devrenin direnci, bireysel kaynakların dirençlerinin toplamıdır.
Şekil 4. (a) Gerilim kaynakları seri olarak sorunsuzca çalıştırılabilir, (b) eşdeğer çıkış gerilimi, ayrı ayrı kaynakların yüksüz gerilimlerinin yüksüz gerilimlerinin toplamıdır ve eşdeğer kaynak direnci, Bireysel kaynak dirençlerinin toplamı.
Gerilim kaynakları ancak kaynak gerilimleri eşitse paralel olarak çalıştırılabilir. Şekil 5a ve 5b'de gösterildiği gibi, eşdeğer devrenin direncinin direnci, bireysel kaynak dirençlerinin paralel birleşimidir ve eşdeğer devrenin yüksüz gerilimi elbette orijinal paralelinkine eşittir. bağlı voltaj kaynakları. Şekil 5c, eşit olmayan voltajlara sahip kaynaklar paralel bağlandığında, düşük voltajlı kaynağın yüksek voltajlı kaynağı boşaltma eğiliminde olacağını göstermektedir.
Şekil 5. (a) Eşit gerilimlere sahip gerilim kaynakları paralel olarak çalıştırılabilir, (b) paralel bağlanan gerilim kaynaklarının eşdeğer devresi, (c) eşit olmayan gerilimlere sahip gerilim kaynakları paralel bağlanmamalıdır.
Bağımsız Voltaj Kaynağı
Devredeki başka herhangi bir niceliğe (voltaj veya akım gibi) bağlı olmayan bir kaynağa bağımsız kaynak denir. Aşağıdaki şekilde bağımsız voltaj kaynaklarını temsil eden bazı ortak semboller gösterilmektedir:
Şekil 6. (a) DC gerilim kaynağı; (b) pil sembolü; (c) AC voltaj kaynağı sembolü
İdeal bir bağımsız voltaj kaynağını dirençli bir devreye veya isteğe bağlı direnç, indüktör ve kapasitör kombinasyonu içeren bir devreye bağlarsanız, kaynağın çıkış voltajı değişmeyecektir. Bu bileşenlerin değerini iki katına çıkarsanız bile bağımsız voltaj kaynağının değeri hala sabit kalacaktır.
Şekil 7. Bağımsız bir ideal voltaj kaynağı, farklı devre elemanlarının keyfi bir kombinasyonuna bağlandığında sabit bir çıkış voltajı sergiler
Bağımlı Gerilim Kaynakları
Adından da anlaşılacağı gibi, bağımlı (veya kontrollü) gerilim kaynakları, çıkış gerilimi devredeki başka bir gerilime veya akıma bağlı olan kaynaklardır. Bağımlı voltaj kaynağını temsil etmek için aşağıdaki sembol kullanılır:
Şekil 8. Bağımlı voltaj kaynağı sembolü
Şimdi bir örnek üzerinden bağımlı gerilim kaynaklarını anlamaya çalışalım.
Şekil 9. Bağımlı gerilim kaynağı örneği
Yukarıdaki devrede bir bağımlı voltaj kaynağımız var. Bu kaynağın değeri 2Ix ifadesiyle verilmektedir; burada Ix 2-ohm'dan geçen akımdır rezistans. Yani bu 2 ohm'luk dirençten geçen akım değiştikçe gerilim kaynağının değeri de değişir. Böylece Ix akımının bu gerilim kaynağının gerilimini kontrol ettiği sonucuna varabiliriz.
İki tür bağımlı voltaj kaynağı vardır. Bunlardan ilki akım kontrollü gerilim kaynağıdır (CCVS), ikincisi ise gerilim kontrollü gerilim kaynağıdır (VCVS).
Akım Kontrollü Gerilim Kaynağı (CCVS)
Aşağıdaki şema akım kontrollü voltaj kaynağını temsil etmektedir:
Şekil 10. Akım kontrollü gerilim kaynağı gösterimi
Burada Iin akımının bağımlı voltaj kaynağının çıkış voltajını kontrol ettiğini görebilirsiniz. Çıkış voltajı şu şekilde yazılabilir:
Burada Iin, bağımlı voltaj kaynağının değerini kontrol eden akımdır ve r, direnç birimine sahip bir katsayıdır. Bazen bu r aynı zamanda trans-direnç olarak da bilinir.
Örnek 2: CCVS
İletkenlik modunda yapılandırılmış bir op-amp (aşağıdaki Şekil 11), CCVS görevi görür. Op-amp'in çıkış voltajı giriş akımına bağlıdır. Giriş akımı Ii değiştikçe çıkış voltajı aşağıdaki ifadeyle değişir:
Vo = Li RL
Şekil 11. Trans-iletkenlik modunda bir op-amp; CCVS'ye bir örnek.
Gerilim Kontrollü Gerilim Kaynağı (VCVS)
Aşağıdaki diyagram voltaj kontrollü voltaj kaynağını temsil eder:
Şekil 12. Gerilim kontrollü gerilim kaynağı gösterimi.
Burada bir voltaj miktarı Vin, bağımlı voltaj kaynağının değerini kontrol eder. Çıkış voltajı Vout şu şekilde yazılabilir:
Burada Vin, bu voltaj kaynağının voltajını kontrol eden giriş voltajıdır ve µ, birimsiz bir katsayıdır. µ katsayısı aynı zamanda gerilim aktarım oranı olarak da bilinir.
Örnek 3: VCVS
Bir op-amp'i evirici veya evirici olmayan bir konfigürasyonda yapılandırdığımızda, VCVS görevi görür. Kazancı ayarladığımızda, çıkış voltajı Vo, giriş voltajına Vi bağlıdır. Vi'yi değiştirdiğimizde çıkış voltajı da buna göre aşağıdaki ifadeyle değişir:
Şekil 13. Evirici konfigürasyonda bir op-amp; VCVS'nin bir örneği.
Alt çizgi
İdeal bir voltaj kaynağı, yük direnci R'nin değerine bakılmaksızın sabit bir çıkış sağlar.L. Pratik bir voltaj kaynağı ise R ile değişen bir çıkış voltajına sahiptir.L. Bu, yük direncindeki bir değişikliğin yük geriliminde bir değişikliğe neden olacağı anlamına gelir. İdeal ve pratik gerilim kaynaklarının özellikleri Şekil 14'te özetlenmiştir.
