Modalità di funzionamento coordinata del circuito elettrico, corrispondenza di sorgente e carico

L'argomento di questo articolo sarà l'illuminazione generale delle modalità di funzionamento della rete elettrica in condizioni di corrispondenza della sorgente e del carico. Quali sono queste condizioni e quando e perché sono necessarie? La modalità corrispondente (in termini di potenza) merita un'attenzione particolare, ma prenderemo in considerazione, tra le altre cose, altre modalità rilevanti.

La modalità coordinata, in senso generale, è tale modalità di funzionamento di un circuito elettrico, quando la potenza massima che questa sorgente può dare nel suo stato attuale è distribuita al carico collegato ad una data sorgente.

La condizione in cui si verifica questa modalità è l'uguaglianza della resistenza di carico resistenza interna della sorgente per i circuiti CC, o l'uguaglianza dell'impedenza della sorgente interna all'impedenza di carico complessa per i circuiti CA.

È ovvio che per generatori reali con una certa resistenza interna limitata, è vero che all'aumentare della resistenza del carico partendo da zero, la potenza rilasciata su di esso prima aumenta in modo non lineare, poi il picco della potenza rilasciata al viene raggiunto il carico (per una data sorgente) e con un ulteriore aumento della resistenza del carico, la potenza ad esso distribuita diminuisce in modo non lineare, avvicinandosi allo zero.

Ciò è dovuto al fatto che la corrente della sorgente è correlata non solo alla resistenza di carico R, ma anche all'autoresistenza della sorgente r:

In un modo o nell'altro, per abbinare il carico e la sorgente, viene scelto proprio un tale rapporto tra la resistenza interna della sorgente e la resistenza del circuito di carico che il sistema risultante presenta esattamente le proprietà che gli sono richieste per un particolare compito . Per questo motivo esistono diverse opzioni per abbinare il carico e la sorgente, e notiamo onestamente le principali: per tensione, per corrente, per potenza, per impedenza caratteristica.

Carico e sorgente di tensione appropriati

Per ottenere la massima tensione ai capi del carico, si sceglie che la sua resistenza sia molto maggiore della resistenza interna della sorgente. Cioè, nei limiti, la sorgente deve funzionare sotto carico, ma allo stesso tempo in modalità inattiva, quindi la tensione nel carico sarà uguale alla fem della sorgente. Tale adattamento viene utilizzato in particolare nei sistemi elettronici in cui la tensione funge da portante di informazioni, portante di segnale, ed è necessario che la perdita durante la trasmissione di questo segnale sia minima.

Corrispondenza del carico e della sorgente di corrente

Quando è necessario ottenere la massima corrente di carico, la resistenza di carico viene scelta la più piccola possibile, molto inferiore alla resistenza interna della sorgente. Cioè, la sorgente funziona in modalità di cortocircuito e una corrente uguale alla corrente di cortocircuito scorre attraverso il carico.

Questa soluzione è utilizzata in particolare nei circuiti elettronici dove la portante del segnale è in corrente. Ad esempio, un fotodiodo ad alta velocità trasmette un segnale di corrente, che viene poi convertito nel livello di tensione richiesto. La bassa impedenza di ingresso risolve il problema del restringimento della larghezza di banda dovuto al filtro spurio RC.

Corrispondenza di alimentazione di carico e sorgente (modalità di corrispondenza)

Al carico si ottiene la potenza massima che la sorgente può fornire. La resistenza di carico è uguale alla resistenza interna della sorgente (impedenza). La potenza distribuita in questa modalità di carico è determinata dalla formula:

Corrispondenza di carico e sorgente per impedenza caratteristica

Nella teoria delle linee lunghe e nella tecnologia a microonde questo è un tipo di coincidenza particolarmente importante. L'adattamento dell'impedenza caratteristica produce il massimo fattore d'onda mobile nella linea di trasmissione, che è identico, su linee lunghe, all'adattamento di potenza nei circuiti CA convenzionali.

Se abbinata in termini di impedenza caratteristica, l'impedenza caratteristica del carico deve essere uguale all'impedenza interna della sorgente d'onda. L'adattamento dell'impedenza d'onda è utilizzato ovunque nella tecnologia a microonde.

A proposito, in termini di energia alternativa nel prossimo futuro, quando fonte di potere ha caratteristiche individuali molto diverse da quelle tradizionali, prima di tutto è necessario garantire una modalità coordinata di funzionamento della sorgente e del ricevitore realizzando un ricevitore che corrisponda alle sue caratteristiche con una data sorgente, e solo successivamente convertire il ricevuto energia in una forma accettabile per il carico.