Äußere Eigenschaften der EMF-Quelle

Die äußere Kennlinie spiegelt die Abhängigkeit der Quellenklemmenspannung von der Größe der Last wider – dem durch die Last gegebenen Quellenstrom. Die Spannung am Quellenanschluss ist um den Betrag des Spannungsabfalls geringer als die EMK Innenwiderstand der Quelle (1):

Diese Gleichung entspricht der äußeren Charakteristik der EMF-Quelle (Abb. 1). auf zwei Punkten aufgebaut:

1) bei I = 0 E = U;

2) bei U = 0 E = R0I.

Offensichtlich ist ihr Innenwiderstand umso geringer, je höher die Spannung an den Anschlüssen der EMF-Quelle ist.

In einer idealen EMF-Quelle ist R0 = 0, U = E (die Spannung hängt nicht von der Größe der Last ab). Bei der Analyse und Berechnung eines Stromkreises ist es jedoch nicht immer praktisch, die Quelle elektrischer Energie als EMF-Quelle darzustellen. Wenn der Innenwiderstand der Quelle den Außenwiderstand des Stromkreises deutlich übersteigt, was beispielsweise in der Elektronik vorkommt, dann ergibt sich, dass der Strom im Stromkreis I = U / (R + R0) ist und bei R0 >> R praktisch hängt nicht vom Lastwiderstand ab. In diesem Fall wird die Energiequelle als Stromquelle dargestellt.

Feige. 1.

Wir dividieren Gleichung (1) durch R0 (2):

Gleichung (2) entspricht dem in Abb. gezeigten Ersatzschaltbild. 2. Hier ist Ib = U / R0 und Ik = E / R0, I = Ik – Ib, dann (3)

Für eine ideale Stromquelle ist Rc = ∞. Die Strom-Spannungs-Kennlinien realer und idealer Stromquellen sind in Abb. dargestellt. 3.

Reis. 2

Reis. 3

Wenn es keine klare Unterscheidung zwischen den Werten von R und R0 gibt, kann entweder eine EMF-Quelle oder eine Stromquelle als berechnetes Äquivalent der Stromquelle verwendet werden. Im letzteren Fall wird der Ausdruck (3) zur Bestimmung des Spannungsabfalls verwendet.

Betriebsarten der Quelle

Die Quelle kann in den folgenden Modi arbeiten:

1. Der Nennmodus ist der Betriebsmodus, für den die Quelle vom Hersteller ausgelegt ist. Für diesen Modus werden der Nennstrom Inom und die Nennspannung Unom bzw. die Leistung Pnom im Pass der Quelle angegeben.

2. Ruhemodus. In diesem Modus ist der externe Stromkreis von der Quelle getrennt, der Quellenstrom beträgt I = 0 und daher ist die Quellenklemmenspannung die Leerlaufspannung Uxx = E – siehe Gleichung (1).

3. Kurzschlussmodus. Der Widerstand des Stromkreises außerhalb der Quelle ist Null. Der Quellstrom wird nur durch seinen Innenwiderstand begrenzt. Aus Gleichung (1) bei U = 0 erhalten wir I = Ikz = U / R0. Um Energieverluste in der EMF-Quelle zu reduzieren, sollte R0 so klein wie möglich sein und in einer idealen Quelle R0 = 0. Vor diesem Hintergrund ist Ikz >> Inom für die Quelle inakzeptabel.

4. Vertragsmodus – Dies ist ein Modus, in dem die maximale Leistung von der Quelle an den Benutzer übertragen wird. Diese Leistung können Sie über die Quellparameter bestimmen. Die an die Last übertragene Leistung ist also P = I2R. P = Pmax bei R = R0.Dann beträgt die maximale an den Benutzer abgegebene Leistung Pmax = E2 / 4R0. Der Wirkungsgrad der Quelle im Compliance-Modus überschreitet nicht 50 %. was einen Einsatz in der industriellen Elektrotechnik ausschließt. Der entsprechende Modus wird in Schwachstromkreisen elektronischer Geräte verwendet.