Phương thức phối hợp hoạt động của mạch điện, phối hợp giữa nguồn và tải

Chủ đề của bài viết này sẽ là sự soi sáng tổng quát các phương thức vận hành của mạng điện trong điều kiện phối hợp nguồn và tải. Những điều kiện này là gì và khi nào và tại sao chúng cần thiết? Chế độ tương ứng (về sức mạnh) đáng được quan tâm đặc biệt, nhưng chúng tôi sẽ xem xét, trong số những thứ khác, các chế độ liên quan khác.

Chế độ phối hợp, theo nghĩa chung, là một chế độ hoạt động của mạch điện khi công suất tối đa mà nguồn này có thể cung cấp ở trạng thái hiện tại được phân phối cho tải được kết nối với một nguồn nhất định.

Điều kiện theo đó chế độ này xảy ra là sự bằng nhau của điện trở tải điện trở trong của nguồn đối với mạch DC, hoặc sự bằng nhau của trở kháng nguồn bên trong với trở kháng tải phức tạp đối với mạch AC.

Rõ ràng là đối với các nguồn năng lượng thực có điện trở trong giới hạn nhất định, đúng là khi điện trở của tải bắt đầu từ 0 tăng lên, trước tiên công suất giải phóng trên nó tăng phi tuyến tính, sau đó là cực đại của công suất giải phóng tại tải (đối với một nguồn nhất định) đã đạt được và khi điện trở tải tăng thêm, công suất phân phối cho nó giảm phi tuyến tính, tiến gần đến 0.

Điều này là do dòng nguồn không chỉ liên quan đến điện trở tải R mà còn liên quan đến khả năng tự kháng của nguồn r:

Bằng cách này hay cách khác, để phù hợp với tải và nguồn, chỉ một tỷ lệ như vậy được chọn giữa điện trở trong của nguồn và điện trở của mạch tải để hệ thống kết quả thể hiện chính xác các thuộc tính cần thiết cho một nhiệm vụ cụ thể . Vì lý do này, có một số tùy chọn để kết hợp tải và nguồn, và chúng ta hãy lưu ý một cách trung thực những tùy chọn chính: theo điện áp, theo dòng điện, theo công suất, theo trở kháng đặc trưng.

Nguồn tải và điện áp phù hợp

Để có được điện áp cực đại trên tải, điện trở của nó được chọn lớn hơn nhiều so với điện trở trong của nguồn. Tức là trong giới hạn, nguồn phải hoạt động có tải nhưng đồng thời ở chế độ không tải, khi đó điện áp trên tải sẽ bằng emf của nguồn. Sự kết hợp như vậy được sử dụng đặc biệt trong các hệ thống điện tử trong đó điện áp đóng vai trò là chất mang thông tin, chất mang tín hiệu và điều cần thiết là tổn thất trong quá trình truyền tín hiệu này là tối thiểu.

Phù hợp với tải và nguồn hiện tại

Khi cần đạt dòng tải lớn nhất thì điện trở tải chọn càng nhỏ càng tốt, nhỏ hơn nhiều so với điện trở trong của nguồn. Tức là nguồn hoạt động ở chế độ ngắn mạch và một dòng điện bằng dòng điện ngắn mạch chạy qua tải.

Giải pháp này được sử dụng đặc biệt trong các mạch điện tử nơi sóng mang tín hiệu là dòng điện. Ví dụ, một photodiode tốc độ cao truyền tín hiệu dòng điện, tín hiệu này sau đó được chuyển đổi thành mức điện áp cần thiết. Trở kháng đầu vào thấp giải quyết vấn đề thu hẹp băng thông do bộ lọc giả RC.

Phối hợp công suất giữa tải và nguồn (chế độ phối hợp)

Tại tải, thu được công suất tối đa mà nguồn có thể cung cấp. Điện trở tải bằng điện trở trong của nguồn (trở kháng). Công suất phân bố ở chế độ tải này được xác định theo công thức:

Kết hợp tải và nguồn theo trở kháng đặc tính

Trong lý thuyết đường dài và trong công nghệ vi sóng, đây là một loại trùng hợp đặc biệt quan trọng. Kết hợp trở kháng đặc tính mang lại hệ số sóng di chuyển tối đa trong đường truyền, giống hệt nhau, trên các đường dây dài, để kết hợp công suất trong các mạch điện xoay chiều thông thường.

Khi phù hợp về trở kháng đặc tính, trở kháng đặc trưng của tải phải bằng trở kháng bên trong của nguồn sóng. Kết hợp trở kháng sóng được sử dụng ở mọi nơi trong công nghệ vi sóng.

Nhân tiện, về năng lượng thay thế trong tương lai gần, khi nguồn năng lượng có các đặc điểm riêng rất khác so với truyền thống, trước hết cần đảm bảo chế độ hoạt động phối hợp của nguồn và máy thu bằng cách tạo một máy thu phù hợp với các đặc điểm của nó với một nguồn nhất định, sau đó mới chuyển đổi máy thu nhận được năng lượng ở dạng chấp nhận được đối với tải.