Понятие источника напряжения и нагрузки

Поскольку реальные источники ЭДС или напряжения, применяемые в электротехнике и электронике, часто имеют довольно сложные схемы, ниже рассмотрено их эквивалентное представление (рис.1.12) в виде последовательно соединенных источника напряжения и нагрузки, пригодное для выполнения любых расчетов цепи.

Рис. 1.12

Когда эквивалентный источник ненагружен, т.е. ток в нем отсутствует (режим холостого хода), имеем для выходного напряжения U₁₂

U_{12 =} Е,

где E - ЭДС источника.

Когда эквивалентный источник напряжения нагружен, выходное напряжение определяется следующим уравнением равновесия напряжения по

2-му закону Кирхгофа:

U₁₂ = E – I_Н×R_ВН,

где I_Н = E / (R_ВН + R_Н) - ток нагрузки,

R_ВН - внутреннее сопротивление эквивалентного источника.

R_Н - сопротивление нагрузки.

Если выходные зажимы 1 и 2 источника замкнуты друг на друга (режим короткого замыкания), имеем

U₁₂ = 0.

Возникающий при этом ток короткого замыкания I_K ограничен внутренним сопротивлением источника

I_K = E / R_ВН.

ПараметрыE, R_ВН и I_K эквивалентного источника напряжения могут быть представлены на графике (рис.1.13) в виде характеристики I_Н = f(U). Здесь же показана характеристика нагрузки: U = R_HI_H.

Рис. 1.13

Отношение отдаваемой(выходной) мощности (или энергии) к мощности (или энергии) подводимой(входной) есть мера качества процесса преобразования. Это отношение, называемое коэффициентом полезного действия, определяется так:

h = P_ВЫХ ¤ P_ВХ; h = W_ВЫХ ¤ W_ВХ.

Поскольку выходная мощность (энергия) из-за потерь меньше, чем входная, коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше 1.

Выходные величины напряжения, тока и мощности источника напряжения зависят от его первоначального напряжения (ЭДС) и внутреннего сопротивления, так же как от подключенной к нему нагрузки.

Режим называется согласованным, если сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника. При этом в нагрузке потребляется максимальная мощность.