内阻对电源的影响是什么?
2023-12-22
内阻对电源的影响是什么?
一、基本概念
1.电路由电源和负载组成;
2.电路分为内部电路和外部电路两部分,电源电路为内部电路;
3.当电流通过电源的内部电路时,也有一个电阻,称为内阻;
4.电流还消耗电能并在内阻上产生热量;
5.作为电源,内阻的消耗不仅是浪费,还会导致电源本身温度升高,严重时会损坏电源;
6.电源的内部电阻是实际的导体电阻。
二、为什么只有将内阻和外部负载的功率输出相匹配才能实现最大功率?
1.电源有两种功能:一种是作为负载的能源,也就是我们所说的电源;二是作为负载的信息源,也就是我们所说的“信号源”;作为电源,我们希望电源内阻越小越好,即内阻消耗越低,输出越高,即效率越高;例如,在电源系统中,用作电源的发电机、变压器等应具有低内阻。作为信号源,我们要求输出信号功率尽可能高,例如,我们希望扬声器的声音“响亮”。
2.信号源的输出功率何时达到最大值,即最大扬声器?
(1) 当信号源的内阻恒定时,当负载的电阻大于内阻并变得更大时,尽管内阻消耗的能量小于负载消耗的能量,但总信号功率减小,并且负载获得的信号功率将减小。用数学术语来说,它被称为“减法函数”;
(2) 当信号源的内阻恒定时,随着负载的电阻小于内阻并变得更小,尽管总信号功率增加,但内阻消耗的能量大于负载消耗的能量,并且负载获得的信号功率将减小。用数学术语来说,它被称为“递增函数”;
(3) 当信号源的内阻恒定时,只有当负载的电阻等于内阻时,内阻消耗的能量才等于负载的能量,负载获得的信号功率最大,为总信号功率的50%。用数学术语来说,它是“最大值”。
三、电压源需要更小的内阻越好,而电流源需要更大的内阻越好!
1.在分析和求解复杂电路时,我们需要将实际的电源电路等效地转换为理想的电源;实际电源的主要参数是内阻和电动势;有两种类型的理想化电源:
(1) 一种类型是电压源,其在电路中具有恒定的端子电压,也称为恒定电压源;
(2) 一种是电流源,它在电路中具有恒定电流,也称为恒定电流源;用理想电源直接替换电路中的实际电源是不等效的;实际的电源可以等效地转换成与内部电阻器串联的电压源,或者等效地转换为与电阻器并联的电流源;通过等效变换,将电路各组成部分之间的关系转换为单个串并联关系,从而将复杂电路转换为简单电路。
2.如何理解“理想的恒压源和恒流源”?
我们都知道实际的电源:
(1) 存在内部阻力;
(2) 有一个恒定的电动势;
(3) 电路中的端子电压和电流随负载而变化。
3.在什么情况下,实际电源可以等效地转换为“理想的恒压源、恒流源”?
(1) 当电路的负载电阻远大于内阻时,或者当内阻小得多时,它可以被忽略,可以被视为具有恒定端电压的电压源;
(2) 当电路的负载电阻远小于内阻时,或者当内阻远大于无穷大时,它可以被视为一个恒定的端子电流源;例如,在晶体管放大电路中,集电极电流与负载大小无关,可以被视为电流源。
4.“电压源需要更小的内阻越好,电流源需要更大的内阻越好”的说法是不合适的。应该说如下:
(1) 内阻越小,实际电源越接近恒压源;
(2) 内阻越大,实际电源越接近恒流源;
(3) 或者,恒压源可以理解为内阻越小越好的实际电源;
(4) 或者,恒定电流源可以被理解为具有更高内阻的实际电源。