EMF-kildens ydre karakteristika
Den eksterne karakteristik afspejler afhængigheden af kildeterminalspændingen af belastningens størrelse - kildestrømmen givet af belastningen. Kildeterminalspændingen er mindre end EMF med mængden af spændingsfald kildens indre modstand (1):
Denne ligning svarer til den ydre karakteristik af EMF-kilden (fig. 1). bygget på to punkter:
1) ved I = 0 E = U;
2) ved U = 0 E = R0I.
Det er klart, at jo højere spændingen ved terminalerne på EMF-kilden er, jo lavere er dens indre modstand.
I en ideel EMF-kilde er R0 = 0, U = E (spændingen afhænger ikke af belastningens størrelse). Men når man analyserer og beregner et kredsløb, er det ikke altid praktisk at repræsentere kilden til elektrisk energi som en kilde til EMF. Hvis kildens indre modstand væsentligt overstiger kredsløbets eksterne modstand, som for eksempel forekommer i elektronik, så får vi, at strømmen i kredsløbet I = U / (R + R0) og ved R0 >> R praktisk talt afhænger ikke af belastningsmodstanden. I dette tilfælde præsenteres energikilden som en strømkilde.
Fig. 1.
Vi dividerer ligning (1) med R0 (2):
Ligning (2) svarer til det tilsvarende kredsløb vist i fig. 2. Her Ib = U / R0 og Ik = E / R0, I = Ik - Ib derefter (3)
For en ideel strømkilde er Rc = ∞. Strømspændingsegenskaberne for reelle og ideelle strømkilder er vist i fig. 3.
Ris. 2
Ris. 3
Når der ikke er nogen klar skelnen mellem værdierne af R og R0, kan enten en EMF-kilde eller en strømkilde bruges som den beregnede ækvivalent af strømkilden. I sidstnævnte tilfælde bruges udtryk (3) til at bestemme spændingsfaldet.
Kildedriftstilstande
Kilden kan fungere i følgende tilstande:
1. Nominel tilstand er den driftstilstand, som kilden er designet til af producenten. For denne tilstand er den nominelle strøm Inom og den nominelle spænding Unom eller effekten Pnom angivet i kildens pas.
2. Inaktiv tilstand. I denne tilstand er det eksterne kredsløb afbrudt fra kilden, kildestrømmen er I = 0, og derfor er kildens terminalspænding åben kredsløbsspændingen Uxx = E — se ligning (1).
3. Kortslutningstilstand. Modstanden af kredsløbet uden for kilden er nul. Kildestrømmen er kun begrænset af dens interne modstand. Fra ligning (1) ved U = 0 får vi I = Ikz = U / R0. For at reducere energitab i EMF-kilden, bør R0 være så lille som muligt, og i en ideel kilde R0 = 0. I betragtning af dette, Ikz >> Inom og er uacceptabel for kilden.
4. Kontrakttilstand — dette er en tilstand, hvor den maksimale effekt overføres fra kilden til brugeren. Du kan bestemme denne effekt gennem kildeparametrene. Så den effekt, der overføres til belastningen, P = I2R. P = Pmax ved R = R0.Så er den maksimale effekt leveret til brugeren Pmax = E2 / 4R0. Kildens effektivitet i overensstemmelsestilstand overstiger ikke 50 %. som udelukker dets anvendelse i industriel elektroteknik. Den tilsvarende tilstand bruges i lavstrømskredsløb af elektroniske enheder.