Naponski električni izvor

Električnim izvorom općenito smatramo svaku napravu ili sustav koji stvaraju tzv. elektromotornu silu na svojim izlaznim priključnicama. U elektrotehnici, elektronici i drugdje stvarne električne izvore prikazujemo nadomjesnim pojednostavljenim naponskim ili strujnim električnim izvorima.

Elektrotehnika
VFPt Solenoid correct2.svg
ElektricitetMagnetizam

Idealni naponski električni izvorUredi

 
Idealni naponski izvor

Idealnim naponskim električnim izvorom (u daljnjem tekstu: naponski izvor, struja, napon, otpor) podrazumijevamo takav električni izvor gdje napon na izlaznim priključnicama izvora ne ovisi o struji koja protiče kroz njega i ne ovisi o opterećenju. Idealni naponski izvor uvijek će davati jednaku nazivnu elektromotornu silu, označimo je s V prema slici lijevo, bez obzira na vrijednost opteretnog otpora R i struju I koja protiče strujnim krugom. Idealni naponski izvor ima beskonačno mali unutarnji otpor i nerijetko ga u elektrotehnici nazivamo izvorom konstantnog napona. Idealni naponski izvor bi u zamišljenim prilikama kratkog spoja mogao na svom izlazu dati bekonačno veliku struju, no u stvarnosti kratko spajanje realnog naponskog izvora ima za posljedicu njegovo toplinsko uništenje.

Realni naponski izvorUredi

 
Realni naponski izvor

U stvarnim prilikama naponski izvor možemo predstaviti idealnim naponskim izvorom nazivne elektromotorne sile, označimo je sada s   prema slici desno, te u seriju s njim spojenim unutrašnjim otporom izvora   (govori se i o unutarnjem otporu baterije, generatora, pojačala i td.). Neopterećen, naponski izvor na priključnicama iskazuje napon   koji je jednak elektromotornoj sili izvora. Opterećen, naponski izvor iskazuje na svojim priključnicama napon koji je manji od elektromotorne sile i ovisi o međusobnom odnosu unutarnjeg otpora   izvora i priključenog opterećenja, otpora  . Povećanjem unutarnjeg otpora naponskog izvora u odnosu na dato opterećenje, naponski izvor sve više gubi svoja obilježja i njegov napon na izlazu postaje sve ovisniji o priključenom opterećenju. U slučaju kratkog spoja sav pad napona i cjelokupan utrošak energije ostvaruje se na unutarnjem otporu izvora što u stvarnim prilikama ima za posljedicu njegovo uništenje u razmjerno kratkom vremenu.

Primjeri naponskih izvoraUredi

Većina električnih izvora u prirodi ima obilježja naponskih izvora s relativno malim unutarnjim otporom. Unutrašnji otpor naponskog izvora ovisan je, na primjer, o radnom i induktivnom otporu svitaka električnog generatora, o tromosti kemijskog procesa putem kojeg dolazi do odvajanja naboja u izvoru, odn. općenito o fizikalnim ili kemijskim uvjetima prilikom kojih dolazi do nastanka elektromotorne sile.

S gledišta potrošača naponski izvor predstavlja utičnica u zidu putem koje se priključujemo na električnu mrežu, električnu bateriju ili akumulator u nekoj od niza standardnih izvedbi, alternator u automobilu ili električni generator u vjetroelektrani.

Za razliku od navedenih naponskih električnih izvora postoje i naponski aktivni električni izvori koji su zasnovani na konstrukciji različitih elektroničkih sklopova čiji je osnovni cilj smanjenje unutrašnjeg otpora izvora i održavanje postojanosti njegova napona.

Naponski i strujni električni izvoriUredi

Premda u primjeni nalazimo daleko više naponskih izvora u odnosu na strujne izvore, u rješavanju različitih električnih mreža i elektroničkih krugova često je praktično naponske izvore pretvarati u strujne električne izvore.

Ukoliko je realni naponski izvor opisan idealnim naponskim izvorom napona   = 10 V i njemu u seriju spojenim unutarnjim otporom  = 1 Ohm, tada će nadomjesni strujni izvor imati onu nazivnu struju koja bi potekla strujnim krugom s naponskim izvorom u uvjetima kratkog spoja naponskog izvora, dakle I=10 A. Slijedom odgovarajuće recipročnosti, u pretvorbi naponskog izvora u strujni se unutarni otpor izvora   kod strujnog izvora spaja paralelno strujnom izvoru, odn. izvoru konstantne struje.

Pretvorba naponskih izvora u strujne može se na isti način izvesti i za izmjenični i bilo koji drugi oblik napona i struje, ali uz preduvjet da se u slučaju električnih mreža i izvora s kompleksnim opterećenjima i kompleksnim unutarnjim otporima pretvorba izvede sukladno pravilima kompleksnog računa.

LiteraturaUredi

  • A. S. Sedra and K.C. Smith (2004). Microelectronic Circuits (Fifth Edition ed.). New York: Oxford. pp. §14.5.2 pp. 1246–1249. ISBN 0-19-514251-9