אופן פעולה מתואם של המעגל החשמלי, התאמת מקור ועומס

הנושא של מאמר זה יהיה תאורה כללית של מצבי הפעולה של רשת החשמל בתנאים של התאמה של המקור והעומס. מהם התנאים הללו ומתי ולמה יש צורך בהם? המצב המקביל (מבחינת הספק) ראוי לתשומת לב מיוחדת, אך נשקול, בין היתר, מצבים רלוונטיים נוספים.

המצב המתואם, במובן הכללי, הוא אופן פעולה כזה של מעגל חשמלי, כאשר ההספק המרבי שמקור זה יכול לתת במצבו הנוכחי מחולק לעומס המחובר למקור נתון.

המצב שבו מתרחש מצב זה הוא השוויון של התנגדות העומס התנגדות פנימית של המקור עבור מעגלי DC, או השוויון של עכבת המקור הפנימית לעכבת העומס המורכבת עבור מעגלי AC.

ברור שעבור מקורות כוח אמיתיים עם התנגדות פנימית מוגבלת מסוימת, זה נכון שככל שהתנגדות העומס החל מאפס עולה, ההספק המשתחרר עליו גדל תחילה באופן לא ליניארי, ואז שיא ההספק המשתחרר ב- עומס (עבור מקור נתון) מושג, ועם עלייה נוספת בהתנגדות העומס, הכוח המופץ אליו יורד באופן לא ליניארי ומתקרב לאפס.

זה נובע מהעובדה שזרם המקור קשור לא רק להתנגדות העומס R, אלא גם להתנגדות העצמית של המקור r:

כך או אחרת, כדי להתאים את העומס למקור, בדיוק יחס כזה נבחר בין ההתנגדות הפנימית של המקור להתנגדות של מעגל העומס שהמערכת המתקבלת מציגה בדיוק את התכונות הנדרשות ממנה עבור משימה מסוימת . מסיבה זו, קיימות מספר אפשרויות להתאמת העומס והמקור, ובואו נציין בכנות את העיקריות שבהן: לפי מתח, לפי זרם, לפי כוח, לפי עכבה אופיינית.

מקור עומס ומתח מתאים

כדי להשיג את המתח המרבי על פני העומס, ההתנגדות שלו נבחרת להיות גדולה בהרבה מההתנגדות הפנימית של המקור. כלומר, במגבלות, המקור חייב לעבוד בעומס, אך באותו זמן במצב סרק, אז המתח בעומס יהיה שווה ל-emf של המקור. התאמה כזו משמשת במיוחד במערכות אלקטרוניות בהן המתח משמש כנושא מידע, נושא אות, ויש צורך שההפסד במהלך שידור האות הזה יהיה מינימלי.

התאמת העומס והמקור הנוכחי

כאשר יש צורך להשיג את זרם העומס המרבי, התנגדות העומס נבחרת קטנה ככל האפשר, הרבה פחות מההתנגדות הפנימית של המקור. כלומר, המקור פועל במצב קצר וזרם השווה לזרם הקצר זורם דרך העומס.

פתרון זה משמש במיוחד במעגלים אלקטרוניים שבהם נושא האות הוא זרם. לדוגמה, פוטודיודה במהירות גבוהה משדרת אות זרם, אשר לאחר מכן מומר לרמת המתח הנדרשת. עכבת כניסה נמוכה פותרת את הבעיה של צמצום רוחב הפס עקב מסנן RC מזויף.

התאמת כוח של עומס ומקור (מצב התאמה)

בעומס מתקבל ההספק המרבי שהמקור יכול לספק. התנגדות העומס שווה להתנגדות הפנימית של המקור (עכבה). ההספק המופץ במצב עומס זה נקבע על ידי הנוסחה:

התאמת עומס ומקור לפי עכבה אופיינית

בתורת הקו הארוך ובטכנולוגיית מיקרוגל זהו סוג חשוב במיוחד של צירוף מקרים. התאמת עכבות אופיינית מניבה את גורם הגל הנוסע המרבי בקו ההולכה, וזהה, על פני קווים ארוכים, להתאמת הספק במעגלי AC קונבנציונליים.

בהתאמה מבחינת עכבה אופיינית, העכבה האופיינית של העומס חייבת להיות שווה לעכבה הפנימית של מקור הגל. התאמת עכבת גלים משמשת בכל מקום בטכנולוגיית מיקרוגל.

אגב, מבחינת אנרגיה חלופית בעתיד הקרוב, מתי מקור כוח בעל מאפיינים אינדיבידואליים שונים מאוד מהמסורתיים, קודם כל יש צורך להבטיח אופן פעולה מתואם של המקור והמקלט על ידי יצירת מקלט התואם את המאפיינים שלו עם מקור נתון, ורק לאחר מכן להמיר את המקור המתקבל. אנרגיה בצורה מקובלת לעומס.