Rafgjafar gefa þá orku sem rásir þurfa. Sumir halda spennunni stöðugri, á meðan aðrir halda straumnum stöðugum. Raunverulegir uppsprettur breytast þegar álag, hitastig eða innra viðnám breytist. Þessi áhrif móta hversu stöðugt úttakið helst. Þessi grein gefur skýrar og ítarlegar upplýsingar um hegðun uppsprettu, innra viðnám, líkön, prófanir og algeng mörk.
Yfirlit yfir rafmagnsgjafa
Rafgjafi er sá hluti rásar sem veitir orkuna sem þarf til að allt virki. Það getur veitt annað hvort stöðuga spennu eða stöðugan straum. Að vita hvaða hringrás hún gefur hjálpar þér að skilja hvernig öll rásin mun haga sér þegar mismunandi hlutar eru tengdir.
Spennugjafi heldur spennunni á sama stigi, á meðan straumgjafi heldur straumnum á sama stigi. Þessar hugmyndir eru einfaldar, en þær móta hvernig hver rás virkar. Alvöru rafgjafar geta ekki haldist fullkomnir allan tímann. Úttak þeirra getur breyst þegar álagið verður þyngra eða léttara, og það hefur áhrif á hversu stöðug rásin helst.
Þó að spennu- og straumgjafar leitist við að halda gildum sínum stöðugum, hefur hver og einn takmörk byggð á því hvernig hann er byggður. Þegar álag breytist, heldur uppsprettan ekki lengur nákvæmri spennu eða straumi.
Með grunnhugmyndinni um fullkomna spennu og straumgjafa getum við nú skoðað hvernig raunverulegir uppsprettur eru ólíkir með því að bæta innri viðnámi inn í líkönin okkar.
Innra viðnám í raunverulegum spennu- og straumuppsprettum
Alvöru rafgjafar haga sér ekki nákvæmlega eins og þeir bestu því þeir innihalda innri viðnám. Þessi falna viðnám hefur áhrif á hversu mikla spennu eða straum uppsprettan getur skilað þegar álag er tengt. Þar af leiðandi breytist úttak raunverulegs uppsprettu eftir styrk álagsins.
Spennugjafi hefur venjulega lítið viðnám í röð, sem veldur því að spennan fellur þegar meiri straumur er dreginn úr honum. Straumgjafi hefur mikið viðnám í hlið, sem veldur straumbreytingu þegar álagsviðnámið breytist. Þessir innri hlutar móta hversu stöðugt úttakið verður við raunverulegar aðstæður.
| Gerð módels | Besta hegðun | Hagnýtt form | Helstu takmarkanir |
|---|---|---|---|
| Spennugjafi | Spennan helst stöðug | Heimild með röð Rs | Spennan lækkar þegar álagið dregur meiri straum |
| Núverandi heimild | Straumurinn helst stöðugur | Heimild með samhliða Rp | Straumur breytist þegar álagsviðnámið breytist |
Álagshegðun í spennu- og straumgjöfum
Spennugjafi
• Opin rás: Spenna er til staðar; straumurinn er næstum núll
• Skammhlaup: Straumurinn verður mjög hár og fer eftir innra viðnámi
Núverandi uppspretta
• Opin rás: Spennan eykst vegna þess að straumurinn hefur enga leið
• Skammhlaup: Straumurinn helst nálægt stilltu gildi; Spennan verður mjög lág
Til að einfalda greiningu á því hvernig uppsprettur og hleðslur hafa áhrif saman getum við umbreytt hvaða raunverulegu uppsprettu sem er í jafngilda form, sem leiðir okkur að Thévenin–Norton uppsprettujafngildi í næsta kafla.
Jafngildi Thévenin–Norton uppruna
Thévenin og Norton líkönin bjóða upp á tvær samræmdar leiðir til að tákna sama rafgjafa og innra viðnám hans. Önnur notar spennugjafa með raðviðnámi og hin straumgjafa með samhliða viðnámi. Báðar lýsa sömu hegðun við úttaksskautana, þannig að raunveruleg rásarvirkni breytist ekki. Þetta eru einfaldlega tvær gerðir af sama uppruna.
Formúlur
• Straumformun frá spennuformi:
IN=VTH/RTH
• Spennuform frá straumformi:
VTH=IN×RN
• Viðnámstengsl:
RN=RTH
Spennu-straum hegðun í háðum uppsprettum
Spennustýrður spennugjafi (VCVS)
VCVS virkar eins og spennugjafi þar sem úttaksstig ræðst af annarri spennu. Það endurspeglar hvernig raunverulegir spennugjafar geta stillt úttak í endurgjafastýrðum rásum.
5,2 Straumstýrður spennugjafi (CCVS)
CCVS framleiðir spennu byggða á mældum straumi. Þetta stillir það við rásir þar sem spennuúttak mótast af hleðslustraumshegðun, líkt og raunverulegir spennugjafar með straumháða stýringu.
Spennustýrður straumgjafi (VCCS)
VCCS hagar sér eins og straumgjafi sem stjórnast af ytri spennu. Hún endurspeglar hvernig straumgjafar bregðast við þegar stjórnspenna setur stöðugan straum.
Straumstýrður straumgjafi (CCCS)
CCCS speglar stöðugan straumgjafa en eykur úttak sitt út frá öðrum straumi í rásinni. Þetta líkan útskýrir hvernig fjölþrepa straumdrifarar viðhalda jafnvægi í straumstigi.
AC og DC spennu- og straumgjafar
| Eiginleiki | DC spennugjafi | DC straumgjafi | AC spennugjafi | AC straumgjafi |
|---|---|---|---|---|
| Úttakseðli | Föst spenna | Fastur straumur | Spennan breytist með bylgjuforminu | Straumurinn breytist með bylgjuforminu |
| Takmörkun | Spennufall úr Rs | Núverandi breyting frá Rp | Áhrif af viðbragði | Áhrif af viðnámsstyrk |
| Álagssamspil | Spennan er stöðug þar til há straumur | Straumurinn er stöðugur þar til háspenna | Verður að takast á við fasa/viðnám | Verður að viðhalda straumi þrátt fyrir fasa |
| Orkuhegðun | Fasti yfir tíma | Fasti yfir tíma | Breytist eftir hringrásum | Breytist eftir hringrásum |
Með DC og AC hegðun í huga getum við nú einbeitt okkur að því sem flestir hafa áhuga á: hversu mikla orku uppspretta getur afhent hleðslu og hversu skilvirkt hún gerir það.
Spenna vs. Straumur: Samanburður á aflafhendingu og skilvirkni
| Sjónarhorn | Spennugjafi | Núverandi heimild |
|---|---|---|
| Hámarks aflskilyrði | ( R~load~ = R~s~ ) | ( R~load~ = R~p~ ) |
| Þar sem tap á sér stað | Hiti sem myndast í raðviðnámi (R~s~) | Varmi framleiddur í samhliða viðnámi (Rp ~) |
| Dæmigerð álagstengsl | Álagið er meira en (R~s~), sem bætir skilvirkni | Álagið er venjulega minna en (R~p~), sem heldur straumnum stöðugum |
| Úttakshegðun | Spennan helst nálægt stilltu gildi sínu þar til álagið verður of þungt | Straumurinn helst nálægt stilltu gildi sínu þar til álagið verður of létt |
| Hagkvæmni þróun | Hærra þegar álagið er mun hærra en innra raðviðnám | Hærra þegar álagið er mun minna en innra samhliða viðnám |
| Aflflæðismynstur | Afl fer eftir því hversu mikinn straum álagið dregur | Afl fer eftir því hversu mikla spennu álagið krefst |
Hagnýt tæki mótuð sem spennu- eða straumgjafar
Raunverulegir íhlutir má meta með því að samræma hegðun þeirra við spennugjafa- eða straumgjafalíkön. Þetta hjálpar til við að spá fyrir um hvernig þeir bregðast við mismunandi álagi og hversu vel þeir passa við eiginleika fullkominna uppsprettu.
| Tæki | Besta módel | Af hverju þetta passar | Takmörkun |
|---|---|---|---|
| Rafhlaða | Spennugjafi með ( R~S~) | Spennan helst stöðug | Innri viðnám eykst með tímanum |
| DC aflgjafi | Stýrður spennugjafi | Heldur spennunni stöðugri | Takmörkuð straumframleiðsla |
| Sólarfruma | Núverandi uppspretta | Straumurinn fer eftir sólarljósi | Spenna fellur undir miklu álagi |
| LED drifari | Núverandi uppspretta | Heldur LED-straumnum stöðugum | Hefur hámarks spennusvið |
Þegar við skiljum hvernig raunverulegir íhlutir tengjast spennu- og straumgjafalíkönum, er næsta skref að prófa þessi tæki og bera saman hegðun þeirra við fullkomin líkön í rannsóknarstofunni.
Prófun og samanburður á spennu og straumuppsprettum
• Mældu spennu opins hringrásar til að sjá raunverulegt óhlaðið úttak gjafans.
• Athuga aðeins skammhlaup með verkfærum sem eru hönnuð til að takast á við háan straum á öruggan hátt.
• Ákvarða innra viðnám með því að bera saman mælingar við tvö mismunandi álagsgildi.
• Láta mælingarnar setjast svo uppspretta og mælir stöðugleiki áður en niðurstöður eru skráðar.
Stjórnun og vernd í spennu- og straumgjöfum
Reglugerð
Spennugjafar nota afturkast til að draga úr spennufalli undir álagi. Straumgjafar stýra úttakinu til að halda straumnum stöðugum jafnvel þegar spennan hækkar.
Vernd
Spennugjafar þurfa skammhlaupsvörn til að takmarka of mikinn straum. Straumgjafar þurfa opna hringrásarvörn til að koma í veg fyrir hættulega háspennumyndun.
Algengar ranghugmyndir um spennu vs. straumgjafa
• Fullkomnar útgáfur eru ekki til vegna innri viðnáms.
• Hærri spenna eða hærri straumur eitt og sér þýðir ekki betri frammistöðu.
• Opnir straumgjafar geta skapað hættulega háa spennu.
• Thévenin og Norton líkönin breyta ekki raunverulegri hegðun.
Að leiðrétta þessar ranghugmyndir setur okkur í góða stöðu til að taka hagnýtar hönnunarákvarðanir, og þess vegna fjallar eftirfarandi kafli um hvernig velja á milli spennugjafa og straumgjafa fyrir ákveðin notkunarsvið.
Val á milli spennu- og straumgjafa
• Að velja rétt líkan hjálpar til við að spá fyrir um hvernig uppspretta hagar sér þegar álag er tengt, þegar innra viðnám hefur áhrif á spennu eða straum.
• Ákveddu fyrst hvort tækið eigi að virka aðallega sem spennugjafi eða straumgjafi, eftir því hvort stöðug spenna eða stöðugur straumur skipti meira máli.
• Mæla eða meta innra viðnám eða viðnám, þar sem þetta gildi setur mörk spennufalls, straumbreytingar og heildaraflmeðhöndlun.
• Hugleiddu hvernig hitastig hefur áhrif á innra viðnám því hiti getur breytt úttaksstigi og dregið úr stöðugleika.
• Taka með AC hegðun þegar uppspretta starfar á mismunandi tíðnum, þar sem viðnám breytist með tíðni og getur breytt úttakinu.
• Bæta við vörn gegn skammhlaupum, háum straumum eða háum spennum til að halda uppsprettunni innan öruggra rekstrarmarka.
• Undirbúa bæði Thévenin- og Norton-eyðublöð þegar þörf er á til að einfalda greiningu, bera saman hegðun eða passa saman eyðublaðið sem þarf fyrir útreikning.
Niðurstaða
Spennu- og straumgjafar haldast aldrei fullkomnar því innra viðnám, álagsbreytingar, hiti og öldrun hafa áhrif á úttak þeirra. Að vita hvernig þau haga sér við opnar og skammhlaup, hvernig Thévenin og Norton form passa saman, og hvernig AC og DC uppsprettur eru ólíkar gerir hegðun uppspretta auðveldari að skilja. Þessi atriði hjálpa til við að útskýra raunveruleg mörk og rétt aflflæði.
Algengar spurningar [Algengar spurningar]
Hvernig hefur hitastig áhrif á stöðugleika uppsprettu?
Hærra hitastig breytir innra viðnámi, sem veldur því að spennan eða straumurinn rekur og verður óstöðugri.
Af hverju búa sumir uppsprettur til rafsuð?
Hávaði kemur frá innri hlutum sem eru ekki fullkomlega stöðugir og truflar örlítið úttak gjafans.
Af hverju getur uppspretta ekki brugðist strax við hleðslubreytingum?
Hver uppspretta hefur innbyggðan viðbragðshraða, svo spennan eða straumurinn getur hækkað eða lækkað tímabundið áður en hann sest niður.
Hvernig breytir öldrun frammistöðu uppsprettu?
Innra viðnám eykst með tímanum, sem dregur úr stöðugleika úttaksins og gerir uppsprettuna ónákvæmari.
Af hverju sýna mælitæki stundum mismunandi mælingar?
Hver mælir hefur sitt eigið innra viðnám, sem hefur áhrif á álagið sem uppsprettan sér og breytir mælingunni.
Hvað gerist þegar álagið breytist mjög hratt?
Hraðar álagsbreytingar geta valdið stuttum dýfum, toppum eða sveiflum því uppsprettan þarf tíma til að aðlagast.