แหล่งพลังงาน: อุดมคติและของจริง

2024 ผู้เขียน: Trinity Chesterton | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 00:37

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า (IT) ถือเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังวงจรภายนอก โดยไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าที่องค์ประกอบวงจรและในตัวมันเอง

คุณสมบัติที่โดดเด่นของไอทีคือความต้านทานภายในขนาดใหญ่ (มีขนาดใหญ่อย่างไม่มีขอบเขต) R_{ext ทำไมล่ะ}

ลองนึกภาพว่าเราต้องการถ่ายโอนพลังงาน 100% จากแหล่งจ่ายไฟไปยังโหลด เป็นการถ่ายเทพลังงาน

ในการส่งพลังงาน 100% จากแหล่งกำเนิดไปยังโหลด จำเป็นต้องกระจายความต้านทานในวงจรเพื่อให้โหลดได้รับพลังงานนี้ กระบวนการนี้เรียกว่าการแยกกระแส

กระแสมักใช้เส้นทางที่สั้นที่สุด โดยเลือกเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ดังนั้นในกรณีของเรา เราต้องจัดระเบียบแหล่งที่มาและโหลดในลักษณะที่อันแรกมีความต้านทานสูงกว่าอันที่สองมาก

เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไหลจากต้นทางไปยังโหลด นั่นเป็นเหตุผลที่เราใช้ในตัวอย่างนี้เป็นแหล่งกระแสในอุดมคติที่มีความต้านทานภายในอนันต์ เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไหลจากไอทีไปตามเส้นทางที่สั้นที่สุด เช่น ผ่านการโหลด

เพราะR_{ext ของแหล่งที่มามีขนาดใหญ่มาก กระแสไฟขาออกจะไม่เปลี่ยนแปลง (แม้ว่าค่าความต้านทานโหลดจะเปลี่ยนแปลง) กระแสมักจะไหลผ่านความต้านทานที่ไม่มีที่สิ้นสุดของไอทีไปยังโหลดที่มีความต้านทานค่อนข้างต่ำ นี่แสดงกราฟเอาต์พุตปัจจุบันของแหล่งในอุดมคติ}

ด้วยความต้านทานภายใน IT ขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุด การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในค่าความต้านทานโหลดจะไม่ส่งผลต่อปริมาณของกระแสที่ไหลในวงจรภายนอกของแหล่งกำเนิดในอุดมคติ

ความต้านทานอนันต์มีความโดดเด่นในวงจรและไม่ยอมให้กระแสเปลี่ยนแปลง (แม้จะมีความผันผวนของความต้านทานโหลด)

มาดูวงจรต้นทางในอุดมคติที่แสดงด้านล่างกัน

เนื่องจากไอทีมีความต้านทานไม่จำกัด กระแสที่ไหลจากแหล่งกำเนิดมักจะพบเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ซึ่งก็คือโหลด 8Ω กระแสทั้งหมดจากแหล่งปัจจุบัน (100mA) ไหลผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้น8Ω กรณีนี้เป็นตัวอย่างของการประหยัดพลังงาน 100%

มาดูวงจรไอทีของจริงกัน (ดังรูปด้านล่าง)

แหล่งนี้มีความต้านทาน 10 MΩ ซึ่งสูงพอที่จะให้กระแสไฟใกล้เคียงกับแหล่งกำเนิดเต็ม 100 mA อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ IT จะไม่ส่งกำลังของมัน 100%

นี่เป็นเพราะภายในความต้านทานของแหล่งกำเนิดจะใช้กระแสบางส่วนทำให้เกิดการรั่วไหลจำนวนหนึ่ง

สามารถคำนวณโดยใช้การแยกเฉพาะ

ที่มาส่ง 100 mA. กระแสนี้จะถูกแชร์ระหว่างแหล่งสัญญาณ 10 MΩ และโหลด 8Ω

ด้วยการคำนวณอย่างง่าย คุณสามารถกำหนดว่าส่วนใดของกระแสไหลผ่านความต้านทานโหลด 8Ω

I=100mA -100mA (8x10-6 MΩ /10MΩ)=99.99mA.

ถึงแม้จะไม่มีแหล่งกระแสในอุดมคติทางกายภาพในปัจจุบัน แต่ก็เป็นต้นแบบสำหรับการสร้างไอทีจริงที่มีลักษณะใกล้เคียงกัน

ในทางปฏิบัติ มีการใช้แหล่งกระแสประเภทต่างๆ กัน ซึ่งแตกต่างกันไปในการแก้ปัญหาวงจร ไอทีที่ง่ายที่สุดอาจเป็นวงจรแหล่งจ่ายแรงดันที่มีตัวต้านทานเชื่อมต่ออยู่ ตัวเลือกนี้เรียกว่าตัวต้านทาน

แหล่งกำเนิดกระแสไฟคุณภาพดีมากสามารถสร้างได้จากทรานซิสเตอร์ นอกจากนี้ยังมีแหล่งกระแส FET เชิงพาณิชย์ราคาถูก ซึ่งเป็นเพียง FET ที่มีทางแยก p-n และเกตที่เชื่อมต่อกับแหล่งที่มา