Koordinirani način rada električnog kruga, usklađenost izvora i opterećenja

Tema ovog članka bit će opće osvjetljenje načina rada električne mreže u uvjetima usklađivanja izvora i opterećenja. Koji su to uvjeti i kada i zašto su potrebni? Odgovarajući način (u smislu snage) zaslužuje posebnu pozornost, ali ćemo razmotriti, između ostalog, i druge relevantne načine.

Koordinirani način rada, u općem smislu, je takav način rada električnog kruga, kada se maksimalna snaga koju ovaj izvor može dati u svom trenutnom stanju raspoređuje na opterećenje priključeno na dati izvor.

Uvjet pod kojim se ovaj način javlja je jednakost otpora opterećenja unutarnji otpor izvora za krugove istosmjerne struje ili jednakost impedancije unutarnjeg izvora kompleksnoj impedanciji opterećenja za krugove izmjenične struje.

Očito je da za stvarne izvore energije s određenim ograničenim unutarnjim otporom, istina je da s povećanjem otpora opterećenja počevši od nule, snaga oslobođena na njemu prvo raste nelinearno, a zatim vrh snage oslobođene na opterećenje (za dati izvor), a s daljnjim povećanjem otpora opterećenja, snaga koja mu se distribuira nelinearno se smanjuje, približavajući se nuli.

To je zbog činjenice da je struja izvora povezana ne samo s otporom opterećenja R, već i sa samootporom izvora r:

Na ovaj ili onaj način, za usklađivanje opterećenja i izvora, odabire se upravo takav omjer između unutarnjeg otpora izvora i otpora kruga opterećenja da rezultirajući sustav pokazuje točno ona svojstva koja se od njega traže za određeni zadatak . Iz tog razloga postoji nekoliko opcija za usklađivanje opterećenja i izvora, a iskreno zabilježimo one glavne: po naponu, po struji, po snazi, po karakterističnoj impedanciji.

Odgovarajuće opterećenje i izvor napona

Da bi se dobio maksimalni napon na opterećenju, njegov se otpor odabire mnogo veći od unutarnjeg otpora izvora. To jest, u granicama, izvor mora raditi pod opterećenjem, ali u isto vrijeme u stanju mirovanja, tada će napon u opterećenju biti jednak emf izvora. Takvo usklađivanje se posebno koristi u elektroničkim sustavima gdje napon služi kao nositelj informacije, nositelj signala, a potrebno je da gubitak pri prijenosu tog signala bude minimalan.

Usklađivanje opterećenja i izvora struje

Kada je potrebno postići maksimalnu struju opterećenja, otpor opterećenja se bira što je moguće manji, mnogo manji od unutarnjeg otpora izvora. To jest, izvor radi u načinu rada kratkog spoja i kroz opterećenje teče struja jednaka struji kratkog spoja.

Ovo se rješenje posebno koristi u elektroničkim sklopovima gdje je nositelj signala struja. Na primjer, fotodioda velike brzine prenosi strujni signal, koji se zatim pretvara u potrebnu razinu napona. Niska ulazna impedancija rješava problem sužavanja pojasne širine zbog RC lažnog filtra.

Usklađivanje snage opterećenja i izvora (način usklađivanja)

Pri opterećenju se dobiva najveća snaga koju izvor može dati. Otpor opterećenja jednak je unutarnjem otporu izvora (impedancija). Snaga raspodijeljena u ovom načinu opterećenja određena je formulom:

Usklađivanje opterećenja i izvora prema karakterističnoj impedanciji

U teoriji dugog vodova i mikrovalnoj tehnologiji ovo je posebno važna vrsta slučajnosti. Karakteristično usklađivanje impedancije daje maksimalni faktor putujućeg vala u dalekovodu, koji je identičan, preko dugih vodova, usklađivanju snage u konvencionalnim AC krugovima.

Kada se uskladi u smislu karakteristične impedancije, karakteristična impedancija opterećenja mora biti jednaka unutarnjoj impedanciji izvora vala. Usklađivanje valne impedancije koristi se posvuda u mikrovalnoj tehnologiji.

Usput, u pogledu alternativne energije u bliskoj budućnosti, kada izvor napajanja ima individualne karakteristike koje se uvelike razlikuju od tradicionalnih, prije svega potrebno je osigurati usklađeni način rada izvora i prijamnika izradom prijamnika koji svojim karakteristikama odgovara zadanom izvoru, a tek onda pretvarati primljeni energije u obliku prihvatljivom za opterećenje.