แรงดันไฟฟ้าเทียบกับแหล่งกระแสไฟฟ้า: การทดสอบ แบบจําลอง และพฤติกรรมการใช้พลังงาน

แหล่งไฟฟ้าให้พลังงานที่วงจรต้องการ บางคนรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ในขณะที่บางคนรักษากระแสให้คงที่ แหล่งที่มาจริงจะเปลี่ยนไปเมื่อโหลด อุณหภูมิ หรือความต้านทานภายในเปลี่ยนไป เอฟเฟกต์เหล่านี้กําหนดความเสถียรของเอาต์พุต บทความนี้ให้ข้อมูลที่ชัดเจนและละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมของแหล่งที่มา ความต้านทานภายใน แบบจําลอง การทดสอบ และขีดจํากัดทั่วไป

ค 1. แหล่งไฟฟ้าโอเวอร์ view

ค 2. ความต้านทานภายในในแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจริง

ค 3. พฤติกรรมการโหลดในแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

ค 4. ความเท่าเทียมกันของแหล่งที่มา Thévenin–Norton

ค 5. พฤติกรรมแรงดันไฟฟ้า-กระแสในแหล่งที่ขึ้นต่อกัน

ค 6. AC และ DC Voltage และแหล่งกระแส

ค 7. แรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้า: การจ่ายพลังงานและการเปรียบเทียบประสิทธิภาพ

ค 8. อุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงจําลองเป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า

ค 9. การทดสอบและเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้ากับแหล่งกระแส

ค 10. กฎระเบียบและการป้องกันในแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

ค 11. ความเข้าใจผิดทั่วไปเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าเทียบกับแหล่งกระแส

ค 12. การเลือกระหว่างแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

ค 13. บทสรุป

ค 14. คําถามที่พบบ่อย [FAQ]

แหล่งไฟฟ้ามากกว่า view

แหล่งไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของวงจรที่ให้พลังงานที่จําเป็นสําหรับทุกสิ่งในการทํางาน สามารถจ่ายได้ทั้งแรงดันไฟฟ้าคงที่หรือกระแสคงที่ การรู้ว่าอันไหนให้จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าวงจรทั้งหมดจะทํางานอย่างไรเมื่อเชื่อมต่อส่วนต่างๆ

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะรักษาแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ระดับเดียวกันในขณะที่แหล่งกําเนิดกระแสจะรักษากระแสไฟฟ้าไว้ที่ปริมาณเท่ากัน แนวคิดเหล่านี้เรียบง่าย แต่เป็นตัวกําหนดวิธีการทํางานของทุกวงจร แหล่งไฟฟ้าจริงไม่สามารถสมบูรณ์แบบได้ตลอดเวลา เอาต์พุตสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อโหลดหนักขึ้นหรือเบาลง และส่งผลต่อความเสถียรของวงจร

แม้ว่าแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจะมีจุดมุ่งหมายเพื่อรักษาค่าให้คงที่ แต่แต่ละแหล่งก็มีข้อจํากัดตามวิธีการสร้าง เมื่อโหลดเปลี่ยนไปแหล่งที่มาอาจไม่เก็บแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่แน่นอนอีกต่อไป 

ด้วยแนวคิดพื้นฐานของแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสในอุดมคติตอนนี้เราสามารถดูว่าแหล่งที่มาที่แท้จริงแตกต่างกันอย่างไรโดยการแนะนําความต้านทานภายในในแบบจําลองของเรา

ความต้านทานภายในในแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสจริง

แหล่งไฟฟ้าจริงไม่ได้ทํางานเหมือนแหล่งไฟฟ้าที่ดีที่สุดเพราะมีความต้านทานภายใน ความต้านทานที่ซ่อนอยู่นี้ส่งผลต่อปริมาณแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่แหล่งกําเนิดสามารถส่งได้เมื่อเชื่อมต่อโหลดแล้ว ด้วยเหตุนี้ เอาต์พุตของแหล่งที่มาจริงจึงเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของโหลด

แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ามักจะมีความต้านทานขนาดเล็กในอนุกรมซึ่งทําให้แรงดันไฟฟ้าลดลงเมื่อมีการดึงกระแสออกมามากขึ้น แหล่งกระแสไฟฟ้ามีความต้านทานขนาดใหญ่แบบขนาน ซึ่งทําให้กระแสเปลี่ยนไปเมื่อความต้านทานโหลดเปลี่ยนไป ชิ้นส่วนภายในเหล่านี้กําหนดความเสถียรของเอาต์พุตในสภาวะจริง

ประเภทรุ่น	พฤติกรรมที่ดีที่สุด	แบบฟอร์มการปฏิบัติ	ข้อจํากัดหลัก
แหล่งแรงดันไฟฟ้า	แรงดันไฟฟ้าคงที่	แหล่งที่มาพร้อมซีรีส์ Rs	แรงดันไฟฟ้าลดลงเมื่อโหลดดึงกระแสไฟฟ้ามากขึ้น
แหล่งที่มาปัจจุบัน	ปัจจุบันคงที่	แหล่งที่มาที่มี Rp ขนาน	กระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเมื่อความต้านทานโหลดไฟฟ้าเปลี่ยนไป
• วงจรเปิด: ฉบับ tage มีอยู่; ปัจจุบันเกือบเป็นศูนย์
• ไฟฟ้าลัดวงจร: กระแสไฟสูงมากและขึ้นอยู่กับความต้านทานภายใน
• วงจรเปิด: แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเนื่องจากกระแสไม่มีเส้นทาง
• ไฟฟ้าลัดวงจร: กระแสอยู่ใกล้กับค่าที่ตั้งไว้ แรงดันไฟฟ้าต่ํามาก
เพื่อลดความซับซ้อนในการวิเคราะห์ว่าแหล่งที่มาและโหลดมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรเราสามารถแปลงแหล่งที่มาจริงให้เป็นรูปแบบที่เทียบเท่าซึ่งจะนําเราไปสู่ความเท่าเทียมกันของแหล่งที่มา Thévenin-Norton ในส่วนถัดไป
โมเดล Thévenin และ Norton ให้วิธีจับคู่สองวิธีในการแสดงแหล่งไฟฟ้าเดียวกันและความต้านทานภายใน หนึ่งใช้แหล่งแรงดันไฟฟ้าที่มีความต้านทานอนุกรมและอีกแหล่งหนึ่งใช้แหล่งกําเนิดกระแสไฟฟ้าที่มีความต้านทานแบบขนาน ทั้งสองอธิบายพฤติกรรมเดียวกันที่ขั้วเอาท์พล็อตดังนั้นการทํางานของวงจรจริงจึงไม่เปลี่ยนแปลง พวกเขาเป็นเพียงสองรูปแบบของแหล่งเดียวกัน
•รูปแบบปัจจุบันจากรูปแบบแรงดันไฟฟ้า:
ใน=VTH/RTH
•รูปแบบแรงดันไฟฟ้าจากรูปแบบปัจจุบัน:
VTH=ใน×RN
•ความสัมพันธ์ความต้านทาน:
RN=RTH
VCVS ทําหน้าที่เหมือนแหล่งแรงดันไฟฟ้าที่ระดับเอาต์พุตขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอื่น มันสะท้อนให้เห็นว่าแหล่งแรงดันไฟฟ้าจริงอาจปรับเอาต์พุตในวงจรควบคุมการป้อนกลับอย่างไร
CCVS สร้างแรงดันไฟฟ้าตามกระแสที่ตรวจจับได้ สิ่งนี้สอดคล้องกับวงจรที่เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าถูกกําหนดโดยพฤติกรรมกระแสโหลด เช่น แหล่งกําเนิดแรงดันไฟฟ้าจริงที่มีการควบคุมที่ขึ้นอยู่กับกระแส
VCCS ทําหน้าที่เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าภายนอก สะท้อนให้เห็นว่าแหล่งกระแสตอบสนองอย่างไรเมื่อแรงดันไฟฟ้าควบคุมตั้งค่ากระแสคงที่
CCCS สะท้อนแหล่งกระแสไฟฟ้าที่เสถียร แต่ปรับขนาดเอาต์พุตตามกระแสอื่นในวงจร แบบจําลองนี้อธิบายว่าไดรเวอร์กระแสหลายขั้นตอนรักษาระดับกระแสที่สมดุลได้อย่างไร
คุณสมบัติ	แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แหล่งกระแสไฟ DC	แหล่งจ่ายไฟ AC Voltage	แหล่งกระแสไฟ AC
ธรรมชาติการส่งออก	แรงดันไฟฟ้าคงที่	กระแสคงที่	แรงดันไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามรูปคลื่น กระแสจะแตกต่างกันไปตามรูปคลื่น
ข้อจํากัด	แรงดันไฟฟ้าลดลงจาก Rs	การเปลี่ยนแปลงปัจจุบันจาก Rp	ได้รับผลกระทบจากปฏิกิริยาปฏิกิริยา	ได้รับผลกระทบจากขนาดอิมพีแดนซ์
โหลดปฏิสัมพันธ์	Synus แรงดันไฟฟ้าคงที่จนถึงกระแสไฟฟ้าสูง กระแสไฟฟ้ามีเสถียรภาพจนถึงไฟฟ้าแรงสูง ต้องจัดการกับเฟส/อิมพีแดนซ์	ต้องรักษากระแสแม้จะมีเฟส
พฤติกรรมการใช้พลังงาน	คงที่เมื่อเวลาผ่านไป คงที่เมื่อเวลาผ่านไป แตกต่างกันไปในแต่ละรอบ แตกต่างกันไปในแต่ละรอบ
เมื่อคํานึงถึงพฤติกรรม DC และ AC ตอนนี้เราสามารถมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่คนส่วนใหญ่สนใจในท้ายที่สุด: แหล่งที่มาสามารถส่งพลังงานไปยังโหลดได้มากน้อยเพียงใดและมีประสิทธิภาพเพียงใด
มุมมอง	แหล่งแรงดันไฟฟ้า	แหล่งที่มาปัจจุบัน
สภาพพลังงานสูงสุด	( R~load~ = R~s~ )	( R~load~ = R~p~ )
การสูญเสียเกิดขึ้นที่ไหน	ความร้อนที่เกิดขึ้นในความต้านทานอนุกรม (R~s~)	ความร้อนที่เกิดขึ้นในความต้านทานแบบขนาน (Rp ~)	MISUMI
ความสัมพันธ์ของโหลดทั่วไป	โหลดไฟฟ้ามีขนาดใหญ่กว่า (R~s~) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ โหลดมักจะเล็กกว่า (R~p~) ทําให้กระแสไฟมีเสถียรภาพ
พฤติกรรมเอาต์พุต	แรงดันไฟฟ้าจะใกล้เคียงกับค่าที่ตั้งไว้จนกว่าโหลดจะหนักเกินไป	กระแสไฟฟ้าจะใกล้เคียงกับค่าที่ตั้งไว้จนกว่าโหลดจะเบาเกินไป
แนวโน้มประสิทธิภาพ	Innovation สูงขึ้นเมื่อโหลดไฟฟ้ามีขนาดใหญ่กว่าความต้านทานอนุกรมภายในมาก สูงขึ้นเมื่อโหลดไฟฟ้ามีขนาดเล็กกว่าความต้านทานแบบขนานภายในมาก
รูปแบบการไหลของพลังงาน	กําลังไฟขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสที่ดึงโหลด กําลังไฟขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่โหลดต้องการ
ส่วนประกอบจริงสามารถประเมินได้โดยการจับคู่พฤติกรรมกับแบบจําลองแหล่งแรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งกระแส สิ่งนี้ช่วยคาดการณ์ว่าพวกเขาตอบสนองต่อโหลดที่แตกต่างกันอย่างไร และตรงกับลักษณะของแหล่งที่มาในอุดมคติมากน้อยเพียงใด
อุปกรณ์	โมเดลที่ดีที่สุด	2022 ทําไมถึงเหมาะกับมัน	ข้อจํากัด
แบตเตอรี่	แหล่งแรงดันไฟฟ้าพร้อม ( R~S~)	แรงดันไฟฟ้าคงที่	ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป
แหล่งจ่ายไฟ DC	แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่มีการควบคุม รักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่	เอาต์พุตกระแสไฟจํากัด
โซลาร์เซลล์	Solar Cell แหล่งที่มาปัจจุบัน	กระแสขึ้นอยู่กับแสงแดด แรงดันไฟฟ้าลดลงภายใต้ภาระหนัก
ไดร์เวอร์ LED	แหล่งที่มาปัจจุบัน	รักษากระแสไฟ LED ให้คงที่	มีช่วงแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

เมื่อเราเข้าใจว่าส่วนประกอบที่แท้จริงแมปกับแบบจําลองแหล่งแรงดันไฟฟ้าและแหล่งกระแสอย่างไรขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบอุปกรณ์เหล่านี้และเปรียบเทียบพฤติกรรมกับแบบจําลองในอุดมคติในห้องปฏิบัติการ

การทดสอบและเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้ากับแหล่งกระแส

• วัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดเพื่อดูเอาต์พุตที่ไม่ได้โหลดที่แท้จริงของแหล่งที่มา

• ตรวจสอบกระแสไฟฟ้าลัดวงจรด้วยเครื่องมือที่ออกแบบมาเพื่อรองรับกระแสไฟสูงอย่างปลอดภัยเท่านั้น

• กําหนดความต้านทานภายในโดยการเปรียบเทียบการอ่านค่าที่มีค่าโหลดที่แตกต่างกันสองค่า

• ปล่อยให้การวัดตกลงเพื่อให้แหล่งที่มาและมิเตอร์คงที่ก่อนบันทึกผลลัพธ์

การควบคุมและการป้องกันในแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

ระเบียบข้อบังคับ

แหล่งแรงดันไฟฟ้าใช้ข้อเสนอแนะเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าตกภายใต้ภาระ แหล่งกระแสควบคุมเอาต์พุตเพื่อให้กระแสคงที่แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะสูงขึ้น

การป้องกัน

แหล่งแรงดันไฟฟ้าต้องการการป้องกันการลัดวงจรเพื่อจํากัดกระแสไฟที่มากเกินไป แหล่งกระแสไฟฟ้าต้องการการป้องกันวงจรเปิดเพื่อป้องกันการสะสมของแรงดันไฟฟ้าสูงที่เป็นอันตราย

ความเข้าใจผิดทั่วไปเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าเทียบกับแหล่งกระแส

•ไม่มีรุ่นในอุดมคติเนื่องจากความต้านทานภายใน

• แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นหรือกระแสไฟที่สูงขึ้นเพียงอย่างเดียวไม่ได้หมายความว่าประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

• แหล่งกระแสไฟแบบเปิดสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่เป็นอันตรายได้

• รุ่น Thévenin และ Norton ไม่เปลี่ยนพฤติกรรมที่แท้จริง

การล้างความเข้าใจผิดเหล่านี้ทําให้เราอยู่ในตําแหน่งที่ดีในการเลือกการออกแบบที่ใช้งานได้จริงซึ่งเป็นเหตุผลว่าทําไมส่วนต่อไปนี้จึงมุ่งเน้นไปที่วิธีการเลือกระหว่างแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสําหรับการใช้งานเฉพาะ

การเลือกระหว่างแหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

•การเลือกแบบจําลองที่เหมาะสมช่วยคาดการณ์ว่าแหล่งที่มาทํางานอย่างไรเมื่อเชื่อมต่อโหลดเมื่อความต้านทานภายในส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟ

•ตัดสินใจก่อนว่าอุปกรณ์ควรทําหน้าที่เป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งกระแสไฟฟ้าเป็นหลักขึ้นอยู่กับว่าแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรหรือกระแสไฟฟ้าที่เสถียรมีความสําคัญมากกว่า

•วัดหรือประมาณความต้านทานภายในหรืออิมพีแดนซ์เนื่องจากค่านี้กําหนดขีด จํากัด ของแรงดันไฟฟ้าตกการเปลี่ยนแปลงกระแสและการจัดการพลังงานโดยรวม

• พิจารณาว่าอุณหภูมิส่งผลต่อความต้านทานภายในอย่างไร เนื่องจากความร้อนสามารถเปลี่ยนระดับเอาต์พุตและลดความเสถียรได้

•รวมพฤติกรรม AC เมื่อแหล่งที่มาทํางานที่ความถี่ต่างกันเนื่องจากอิมพีแดนซ์เปลี่ยนไปตามความถี่และสามารถเปลี่ยนเอาต์พุตได้

• เพิ่มการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟสูง หรือไฟฟ้าแรงสูงเพื่อให้แหล่งที่มาอยู่ในขอบเขตการทํางานที่ปลอดภัย

•เตรียมทั้งแบบฟอร์ม Thévenin และ Norton เมื่อจําเป็นเพื่อลดความซับซ้อนของการวิเคราะห์เปรียบเทียบพฤติกรรมหรือจับคู่แบบฟอร์มที่จําเป็นสําหรับการคํานวณ

สรุป 

แหล่งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าไม่เคยสมบูรณ์แบบ เนื่องจากความต้านทานภายใน การเปลี่ยนแปลงโหลด ความร้อน และอายุ ล้วนส่งผลต่อเอาต์พุต การรู้ว่าพวกมันทํางานอย่างไรในระหว่างการเปิดและลัดวงจร Thévenin และ Norton รูปแบบการจับคู่อย่างไร และแหล่งที่มา AC และ DC แตกต่างกันอย่างไรทําให้พฤติกรรมของแหล่งที่มาเข้าใจได้ง่ายขึ้น ประเด็นเหล่านี้ช่วยอธิบายขีดจํากัดที่แท้จริงและการไหลของพลังงานที่เหมาะสม

คําถามที่พบบ่อย [FAQ]

อุณหภูมิส่งผลต่อความเสถียรของแหล่งกําเนิดอย่างไร?

อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเปลี่ยนความต้านทานภายใน ทําให้แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสลอยและคงที่น้อยลง

เหตุใดบางแหล่งจึงสร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

เสียงรบกวนมาจากชิ้นส่วนภายในที่ไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ และรบกวนเอาต์พุตของแหล่งที่มาเล็กน้อย

เหตุใดแหล่งที่มาจึงไม่สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงการโหลดได้ทันที

แต่ละแหล่งมีความเร็วในการตอบสนองในตัว ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสอาจเพิ่มขึ้นหรือลดลงชั่วขณะก่อนที่จะตกตะกอน

ความชราเปลี่ยนประสิทธิภาพของแหล่งที่มาอย่างไร?

ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ลดความเสถียรของเอาต์พุต และทําให้แหล่งที่มามีความแม่นยําน้อยลง

เหตุใดบางครั้งเครื่องมือวัดจึงแสดงการอ่านค่าที่แตกต่างกัน

แต่ละมิเตอร์มีความต้านทานภายในของตัวเอง ซึ่งส่งผลต่อภาระที่เห็นโดยแหล่งที่มาและเปลี่ยนการอ่าน

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงเร็วมาก?

การเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างรวดเร็วอาจทําให้เกิดการลดลงสั้น ๆ หรือสั่น เนื่องจากแหล่งกําเนิดต้องใช้เวลาในการปรับ