Nguồn điện cung cấp năng lượng mà các mạch cần. Một số giữ điện áp ổn định, trong khi những người khác giữ dòng điện ổn định. Nguồn thực thay đổi khi tải, nhiệt độ hoặc điện trở bên trong thay đổi. Những hiệu ứng này định hình mức độ ổn định của đầu ra. Bài viết này cung cấp thông tin rõ ràng, chi tiết về hành vi nguồn, điện trở bên trong, mô hình, thử nghiệm và các giới hạn phổ biến.
Nguồn điện kết thúcview
Nguồn điện là một phần của mạch cung cấp năng lượng cần thiết cho mọi thứ hoạt động. Nó có thể cung cấp điện áp ổn định hoặc dòng điện ổn định. Biết nó cung cấp cái nào giúp bạn hiểu toàn bộ mạch sẽ hoạt động như thế nào khi các bộ phận khác nhau được kết nối.
Nguồn điện áp giữ điện áp ở cùng một mức, trong khi nguồn dòng điện giữ dòng điện ở cùng một lượng. Những ý tưởng này rất đơn giản, nhưng chúng định hình cách mọi mạch hoạt động. Các nguồn điện thực không thể luôn hoàn hảo. Đầu ra của chúng có thể thay đổi khi tải trở nên nặng hơn hoặc nhẹ hơn và điều này ảnh hưởng đến mức độ ổn định của mạch.
Mặc dù các nguồn điện áp và dòng điện nhằm mục đích giữ giá trị của chúng ổn định, nhưng mỗi nguồn đều có giới hạn dựa trên cách nó được xây dựng. Khi tải thay đổi, nguồn có thể không giữ được điện áp hoặc dòng điện chính xác nữa.
Với ý tưởng cơ bản về nguồn điện áp và dòng điện lý tưởng, giờ đây chúng ta có thể xem xét các nguồn thực khác nhau như thế nào bằng cách đưa điện trở trong vào các mô hình của chúng ta.
Điện trở trong trong nguồn điện áp và dòng điện thực
Các nguồn điện thực không hoạt động chính xác như những nguồn điện tốt nhất vì chúng bao gồm điện trở bên trong. Điện trở ẩn này ảnh hưởng đến lượng điện áp hoặc dòng điện mà nguồn có thể cung cấp sau khi tải được kết nối. Kết quả là, đầu ra của một nguồn thực thay đổi tùy thuộc vào cường độ của tải.
Nguồn điện áp thường có điện trở nhỏ nối tiếp, làm cho điện áp giảm khi kéo nhiều dòng điện hơn từ nó. Nguồn dòng điện có điện trở lớn song song, làm cho dòng điện dịch chuyển khi điện trở tải thay đổi. Các bộ phận bên trong này định hình mức độ ổn định của đầu ra trong điều kiện thực tế.
| Loại mô hình | Hành vi tốt nhất | Hình thức thực hành | Hạn chế chính |
|---|---|---|---|
| Nguồn điện áp | Điện áp không đổi | Nguồn với sê-ri Rs | Điện áp giảm khi tải hút thêm dòng điện |
| Nguồn hiện tại | Dòng điện không đổi | Nguồn với Rp song song | Dòng điện thay đổi khi điện trở tải thay đổi |
Hành vi tải trong nguồn điện áp và dòng điện
Nguồn điện áp
• Hở mạch: Voltage có mặt; dòng điện gần như bằng không
• Ngắn mạch: Dòng điện trở nên rất cao và phụ thuộc vào điện trở bên trong
Nguồn hiện tại
• Hở mạch: Điện áp tăng do dòng điện không có đường dẫn
• Ngắn mạch: Dòng điện ở gần giá trị cài đặt; Chuyến baytage trở nên rất thấp
Để đơn giản hóa việc phân tích cách các nguồn và tải tương tác, chúng ta có thể chuyển đổi bất kỳ nguồn thực nào thành một dạng tương đương, điều này dẫn chúng ta đến tương đương nguồn Thévenin-Norton trong phần tiếp theo.
Tương đương nguồn Thévenin–Norton
Các mô hình Thévenin và Norton đưa ra hai cách phù hợp để biểu diễn cùng một nguồn điện và điện trở trong của nó. Một sử dụng nguồn điện áp có điện trở nối tiếp, và loại kia sử dụng nguồn dòng điện có điện trở song song. Cả hai đều mô tả cùng một hành vi tại các cực đầu ra, vì vậy hoạt động của mạch thực tế không thay đổi. Chúng chỉ đơn giản là hai dạng của cùng một nguồn.
Công thức
• Dạng dòng điện từ dạng điện áp:
VÀO = VTH / RTH
• Dạng điện áp từ dạng hiện tại:
VTH = TRONG × RN
• Quan hệ kháng chiến:
RN = RTH
Hành vi điện áp-dòng điện trong các nguồn phụ thuộc
Nguồn điện áp được điều khiển bằng điện áp (VCVS)
VCVS hoạt động giống như một nguồn điện áp có mức đầu ra phụ thuộc vào một điện áp khác. Nó phản ánh cách nguồn điện áp thực có thể điều chỉnh đầu ra trong các mạch điều khiển phản hồi.
Nguồn điện áp điều khiển dòng điện (CCVS)
CCVS tạo ra điện áp dựa trên dòng điện cảm biến. Điều này căn chỉnh nó với các mạch nơi đầu ra điện áp được định hình bởi hành vi dòng tải, giống như nguồn điện áp thực với quy định phụ thuộc vào dòng điện.
Nguồn dòng điện được điều khiển bằng điện áp (VCCS)
VCCS hoạt động như một nguồn dòng điện được điều chỉnh bởi điện áp bên ngoài. Nó phản ánh cách các nguồn dòng điện phản ứng khi điện áp điều khiển đặt dòng điện không đổi.
Nguồn dòng điện được điều khiển bằng dòng điện (CCCS)
CCCS phản chiếu nguồn dòng điện ổn định nhưng chia tỷ lệ đầu ra của nó dựa trên một dòng điện khác trong mạch. Mô hình này giải thích cách trình điều khiển dòng điện nhiều giai đoạn duy trì mức dòng điện cân bằng.
Nguồn điện áp và dòng điện AC và DC
| Tính năng | Nguồn điện áp DC | Nguồn dòng điện DC | Nguồn điện áp xoay chiều | Nguồn dòng điện AC |
|---|---|---|---|---|
| Tự nhiên đầu ra | Điện áp cố định | Dòng điện cố định | Điện áp thay đổi theo dạng sóng | Dòng điện thay đổi theo dạng sóng |
| Giới hạn | Điện áp giảm từ Rs | Sự thay đổi hiện tại từ Rp | Bị ảnh hưởng bởi điện kháng | Bị ảnh hưởng bởi cường độ trở kháng |
| Tải tương tác | Điện áp ổn định cho đến khi dòng điện cao | Dòng điện ổn định cho đến khi điện áp cao | Phải xử lý pha/trở kháng | Phải duy trì dòng điện bất chấp pha |
| Hành vi quyền lực | Không đổi theo thời gian | Không đổi theo thời gian | Thay đổi theo chu kỳ | Thay đổi theo chu kỳ |
Với hành vi DC và AC, giờ đây chúng ta có thể tập trung vào những gì hầu hết mọi người quan tâm cuối cùng: nguồn có thể cung cấp bao nhiêu điện năng cho tải và hiệu quả như thế nào.
Điện áp so với dòng điện: Phân phối điện năng và so sánh hiệu quả
| Quan điểm | Nguồn điện áp | Nguồn hiện tại |
|---|---|---|
| Điều kiện công suất tối đa | ( R ~ tải ~ = R ~ s ~ ) | ( R ~ tải ~ = R ~ p ~ ) |
| Nơi xảy ra tổn thất | Nhiệt được tạo ra theo điện trở nối tiếp (R ~ s ~) | Nhiệt sinh ra trong điện trở song song (Rp ~) |
| Quan hệ tải điển hình | Tải trọng lớn hơn (R ~ s ~), nâng cao hiệu quả | Tải thường nhỏ hơn (R ~ p ~), giữ cho dòng điện ổn định |
| Hành vi đầu ra | Điện áp ở gần giá trị cài đặt của nó cho đến khi tải trở nên quá nặng | Dòng điện ở gần giá trị cài đặt của nó cho đến khi tải trở nên quá nhẹ |
| Xu hướng hiệu quả | Cao hơn khi tải lớn hơn nhiều so với điện trở nối tiếp bên trong | Cao hơn khi tải nhỏ hơn nhiều so với điện trở song song bên trong |
| Mô hình dòng điện | Công suất phụ thuộc vào dòng điện mà tải rút ra | Công suất phụ thuộc vào bao nhiêu voltage tải yêu cầu |
Các thiết bị thực tế được mô hình hóa dưới dạng nguồn điện áp hoặc dòng điện
Các thành phần thực có thể được đánh giá bằng cách khớp hành vi của chúng với các mô hình nguồn điện áp hoặc nguồn dòng điện. Điều này giúp dự đoán cách chúng phản ứng với các tải khác nhau và mức độ phù hợp với các đặc điểm nguồn lý tưởng.
| Thiết bị | Mô hình tốt nhất | Tại sao nó phù hợp | Giới hạn |
|---|---|---|---|
| Ắc quy | Nguồn điện áp với (R ~ S ~) | Điện áp ổn định | Điện trở bên trong tăng theo thời gian |
| Nguồn điện DC | Nguồn điện áp được điều chỉnh | Giữ điện áp không đổi | Sản lượng dòng điện hạn chế |
| Pin mặt trời | Nguồn hiện tại | Dòng điện phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời | Điện áp giảm khi tải nặng |
| Trình điều khiển LED | Nguồn hiện tại | Giữ cho dòng điện LED ổn định | Có dải điện áp tối đa |
Một khi chúng ta hiểu cách các thành phần thực ánh xạ vào các mô hình nguồn điện áp và nguồn dòng điện, bước tiếp theo là kiểm tra các thiết bị này và so sánh hành vi của chúng với các mô hình lý tưởng trong phòng thí nghiệm.
Kiểm tra và so sánh điện áp và nguồn dòng điện
• Đo điện áp hở mạch để xem đầu ra không tải thực sự của nguồn.
• Chỉ kiểm tra dòng điện ngắn mạch bằng các công cụ được thiết kế để xử lý dòng điện cao một cách an toàn.
• Xác định điện trở trong bằng cách so sánh các số đọc với hai giá trị tải khác nhau.
• Để các phép đo lắng xuống để nguồn và đồng hồ ổn định trước khi ghi kết quả.
Quy định và bảo vệ nguồn điện áp và dòng điện
Quy định
Nguồn điện áp sử dụng phản hồi để giảm điện áp giảm khi tải. Nguồn dòng điện điều chỉnh đầu ra để giữ cho dòng điện ổn định ngay cả khi điện áp tăng.
Sự bảo vệ
Nguồn điện áp cần bảo vệ ngắn mạch để hạn chế dòng điện quá mức. Các nguồn hiện tại cần bảo vệ hở mạch để ngăn chặn sự tích tụ điện áp cao nguy hiểm.
Những quan niệm sai lầm phổ biến về điện áp so với nguồn dòng điện
• Các phiên bản lý tưởng không tồn tại do điện trở bên trong.
• Điện áp cao hơn hoặc dòng điện cao hơn không có nghĩa là hiệu suất tốt hơn.
• Nguồn dòng điện hở có thể tạo ra điện áp cao nguy hiểm.
• Các mô hình Thévenin và Norton không thay đổi hành vi thực tế.
Làm sáng tỏ những quan niệm sai lầm này giúp chúng tôi có một vị trí tốt để đưa ra các lựa chọn thiết kế thực tế, đó là lý do tại sao phần sau tập trung vào cách lựa chọn giữa nguồn điện áp và dòng điện cho các ứng dụng cụ thể.
Lựa chọn giữa nguồn điện áp và dòng điện
• Chọn mô hình phù hợp giúp dự đoán nguồn hoạt động như thế nào khi tải được kết nối, khi điện trở trong ảnh hưởng đến điện áp hoặc đầu ra dòng điện.
• Trước tiên, hãy quyết định xem thiết bị nên hoạt động chủ yếu như một nguồn điện áp hay nguồn dòng điện, tùy thuộc vào việc điện áp ổn định hay dòng điện ổn định quan trọng hơn.
• Đo hoặc ước tính điện trở trong hoặc trở kháng, vì giá trị này đặt giới hạn sụt áp, thay đổi dòng điện và xử lý công suất tổng thể.
• Xem xét nhiệt độ ảnh hưởng đến điện trở bên trong như thế nào vì nhiệt có thể làm thay đổi mức đầu ra và giảm độ ổn định.
• Bao gồm hành vi AC khi nguồn hoạt động ở các tần số khác nhau, vì trở kháng thay đổi theo tần số và có thể thay đổi đầu ra.
• Thêm bảo vệ đoản mạch, dòng điện cao hoặc điện áp cao để giữ nguồn trong giới hạn hoạt động an toàn.
• Chuẩn bị cả biểu mẫu Thévenin và Norton khi cần thiết để đơn giản hóa phân tích, so sánh hành vi hoặc khớp với biểu mẫu cần thiết để tính toán.
Kết luận
Nguồn điện áp và dòng điện không bao giờ hoàn hảo vì điện trở trong, thay đổi tải, nhiệt và lão hóa đều ảnh hưởng đến đầu ra của chúng. Biết cách chúng hoạt động trong quá trình hở và ngắn mạch, cách Thévenin và Norton tạo thành khớp và cách các nguồn AC và DC khác nhau làm cho hành vi nguồn dễ hiểu hơn. Những điểm này giúp giải thích các giới hạn thực sự và dòng điện thích hợp.
Câu hỏi thường gặp [FAQ]
Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự ổn định của nguồn như thế nào?
Nhiệt độ cao hơn làm thay đổi điện trở trong, làm cho điện áp hoặc dòng điện bị trôi và trở nên kém ổn định hơn.
Tại sao một số nguồn tạo ra nhiễu điện?
Tiếng ồn đến từ các bộ phận bên trong không hoàn toàn ổn định và nó làm xáo trộn một chút đầu ra của nguồn.
Tại sao nguồn không thể phản hồi ngay lập tức với các thay đổi tải?
Mỗi nguồn đều có tốc độ phản hồi tích hợp, vì vậy điện áp hoặc dòng điện có thể tăng hoặc giảm trong giây lát trước khi lắng xuống.
Lão hóa làm thay đổi hiệu suất của nguồn như thế nào?
Điện trở bên trong tăng theo thời gian, làm giảm độ ổn định đầu ra và làm cho nguồn kém chính xác hơn.
Tại sao các công cụ đo đôi khi hiển thị các kết quả đọc khác nhau?
Mỗi đồng hồ có nội trở riêng, ảnh hưởng đến tải trọng mà nguồn nhìn thấy và thay đổi số đọc.
Điều gì xảy ra khi tải thay đổi rất nhanh?
Thay đổi tải nhanh có thể gây ra hiện tượng giảm ngắn, tăng đột biến hoặc dao động vì nguồn cần thời gian để điều chỉnh.