โหมดการทำงานที่ประสานกันของวงจรไฟฟ้า การจับคู่ของแหล่งจ่ายและโหลด

หัวข้อของบทความนี้จะเป็นการส่องสว่างทั่วไปของโหมดการทำงานของเครือข่ายไฟฟ้าในเงื่อนไขการจับคู่ของแหล่งที่มาและโหลด เงื่อนไขเหล่านี้คืออะไร เมื่อไร และทำไมจึงจำเป็น โหมดที่เกี่ยวข้อง (ในแง่ของพลังงาน) สมควรได้รับการเอาใจใส่เป็นพิเศษ แต่เราจะพิจารณาโหมดที่เกี่ยวข้องอื่นๆ เหนือสิ่งอื่นใด

โดยทั่วไปโหมดการประสานงานคือโหมดการทำงานของวงจรไฟฟ้าเมื่อพลังงานสูงสุดที่แหล่งนี้สามารถให้ได้ในสถานะปัจจุบันถูกกระจายไปยังโหลดที่เชื่อมต่อกับแหล่งที่กำหนด

เงื่อนไขที่โหมดนี้เกิดขึ้นคือความเท่าเทียมกันของความต้านทานโหลด ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสตรง หรือความเท่าเทียมกันของอิมพีแดนซ์แหล่งภายในกับอิมพีแดนซ์โหลดเชิงซ้อนสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

เห็นได้ชัดว่าสำหรับแหล่งพลังงานจริงที่มีความต้านทานภายในจำกัด เป็นความจริงที่ว่าเมื่อความต้านทานของโหลดที่เริ่มต้นจากศูนย์เพิ่มขึ้น กำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในตอนแรกจะเพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้น จากนั้นจุดสูงสุดของกำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาที่ ถึงโหลด (สำหรับแหล่งที่กำหนด) และด้วยความต้านทานโหลดที่เพิ่มขึ้นอีก พลังงานที่กระจายไปนั้นจะลดลงแบบไม่เชิงเส้น เข้าใกล้ศูนย์

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าแหล่งที่มาในปัจจุบันไม่เพียงเกี่ยวข้องกับความต้านทานโหลด R เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการต้านทานตัวเองของแหล่งที่มา r:

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง เพื่อให้ตรงกับโหลดและแหล่งที่มา เพียงแค่เลือกอัตราส่วนดังกล่าวระหว่างความต้านทานภายในของแหล่งที่มาและความต้านทานของวงจรโหลดที่ระบบผลลัพธ์แสดงคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับงานเฉพาะ . ด้วยเหตุนี้จึงมีตัวเลือกมากมายสำหรับการจับคู่โหลดและแหล่งที่มา และลองสังเกตตัวเลือกหลักอย่างตรงไปตรงมา: โดยแรงดัน, โดยกระแส, โดยกำลัง, โดยลักษณะอิมพีแดนซ์

โหลดและแหล่งจ่ายแรงดันที่เหมาะสม

เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดทั่วทั้งโหลด ความต้านทานจะถูกเลือกให้มากกว่าความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด นั่นคือในขีด จำกัด แหล่งที่มาจะต้องทำงานภายใต้ภาระ แต่ในเวลาเดียวกันในโหมดว่างแรงดันไฟฟ้าในโหลดจะเท่ากับ emf ของแหล่งที่มา การจับคู่ดังกล่าวใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่แรงดันไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นพาหะข้อมูล พาหะนำสัญญาณ และจำเป็นที่การสูญเสียระหว่างการส่งสัญญาณนี้จะน้อยที่สุด

จับคู่โหลดและแหล่งกระแส

เมื่อจำเป็นต้องได้รับกระแสโหลดสูงสุด ความต้านทานโหลดจะถูกเลือกให้เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยน้อยกว่าความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดมาก นั่นคือแหล่งที่มาทำงานในโหมดลัดวงจรและกระแสเท่ากับกระแสลัดวงจรไหลผ่านโหลด

วิธีการแก้ปัญหานี้ใช้โดยเฉพาะในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่พาหะนำสัญญาณเป็นปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น โฟโตไดโอดความเร็วสูงจะส่งสัญญาณปัจจุบัน ซึ่งจากนั้นจะถูกแปลงเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ อิมพีแดนซ์อินพุตต่ำช่วยแก้ปัญหาการจำกัดแบนด์วิธเนื่องจากตัวกรอง RC ปลอม

การจับคู่พลังงานของโหลดและแหล่งที่มา (โหมดการจับคู่)

ที่โหลด จะได้รับพลังงานสูงสุดที่แหล่งที่มาสามารถให้ได้ ความต้านทานโหลดจะเท่ากับความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิด (อิมพีแดนซ์) พลังงานที่กระจายในโหมดโหลดนี้กำหนดโดยสูตร:

การจับคู่โหลดและซอร์สโดยอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ

ในทฤษฎีเส้นยาวและในเทคโนโลยีไมโครเวฟ นี่เป็นเรื่องบังเอิญที่สำคัญอย่างยิ่ง การจับคู่อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะทำให้ได้ปัจจัยการเดินทางสูงสุดของคลื่นในสายส่ง ซึ่งเหมือนกันในสายยาว กับการจับคู่พลังงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับทั่วไป

เมื่อจับคู่ในแง่ของอิมพีแดนซ์คุณลักษณะ อิมพีแดนซ์คุณลักษณะของโหลดจะต้องเท่ากับอิมพีแดนซ์ภายในของแหล่งกำเนิดคลื่น การจับคู่อิมพีแดนซ์ของคลื่นถูกนำมาใช้ทุกที่ในเทคโนโลยีไมโครเวฟ

ส่วนในเรื่องของพลังงานทางเลือกในอนาคตอันใกล้นี้เมื่อไหร่ แหล่งพลังงาน มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันมากจากแบบดั้งเดิม ก่อนอื่นจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าโหมดการทำงานที่ประสานกันของแหล่งที่มาและตัวรับโดยการสร้างตัวรับที่ตรงกับลักษณะของมันกับแหล่งที่กำหนด จากนั้นจึงแปลงค่าที่ได้รับ พลังงานในรูปแบบที่รับได้