Font de tensió

Un circuit elèctric simple a partir d'una font de voltatge i un resistor. V = i R {\displaystyle V=iR} , d'acord amb la llei d'Ohm.

Font elèctrica o Font de tensió ideal o Font de voltatge ideal en electricitat és un element del circuit on el voltatge que hi passa és independent del corrent que hi passa. Una font de voltatge és el dual d'una font de corrent. En anàlisi una font de voltatge subministra un potencial constant (de corrent continu o corrent altern) entre els seus terminals per qualsevol corrent que hi flueixi. En el món real les fonts elèctriques, com són les piles, les bateries, els generadors o els sistemes d'energia poden ser modelats per a propòsits d'anàlisi com una combinació d'una font de voltatge ideal i una combinació ideal d'elements d'impedància elèctrica.

Una font elèctrica designa els dispositius que poden produir una força electromotriu.

Tipus

Entre els diversos tipus de fonts de tensió hi ha:

  • les fonts de tensió estabilitzades, que resten constants sigui quina sigui la càrrega aplicada.
  • les fonts de tensió simètriques (amb tres sortides: positiu (+), comú (0) i negatiu (-) i amb les característiques del costat positiu simètriques respecte al costat negatiu)
  • les fonts de tensió ajustables

Fonts ideals

Figura 1: Símbols de les fonts ideals de tensió a), i intensitat, b).

Una font elèctrica ideal és una abstracció matemàtica que simplifica l'anàlisi de circuits elèctrics.[1]

Les fonts ideals són elements utilitzats en la teoria de circuits per a l'anàlisi i la creació de models que permetin analitzar el comportament de components electrònics o circuits reals. Poden ser independents, si les seves magnituds (tensió o corrent) són sempre constants, o dependents en el cas que depenguin d'una altra magnitud (tensió o corrent). Cap font de voltatge real és ideal, ja que totes tenen una resistència interna superior a zero i cap pot subministrar un corrent sense límit.

  • Font de tensió ideal: aquella que genera una diferència de potencial. entre els seus terminals constant i independent de la càrrega que alimenti. Si la resistència de càrrega és infinita es dirà que la font està en circuit obert.
  • Font d'intensitat ideal: aquella que proporciona una intensitat constant i independent de la càrrega que alimenti. Si la resistència de càrrega és zero es dirà que la font està en curtcircuit.

Fonts reals

Figura 2: símbols de les fonts reals de tensió, a), i intensitat, b).

A diferència de les fonts ideals, la diferència de potencial que produeixen o el corrent que proporcionen les fonts reals depèn de la càrrega a què estiguin connectades.

Fonts de tensió

Una font de tensió real es pot considerar com una font de tensió ideal. En circuit obert, la tensió entre els borns A i B (VAB) és igual a Eg (VAB=Eg), però si entre aquests borns es connecta una càrrega, RL, la tensió passa a ser:

V A B = E g ∗ R L R L + R g {\displaystyle V_{AB}={Eg*RL \over {RL+Rg}}}

que depèn de la càrrega connectada.

Com a exemples de fonts de tensió real hi ha:

Fonts d'intensitat

Una font de corrent real es pot considerar com una font d'intensitat ideal, Is, en paral·lel amb una resistència, Rs, que s'anomena resistència interna de la font (figura 2b). En curtcircuit, el corrent que proporciona és igual a Is, però si es connecta una càrrega, RL, el corrent proporcionat, I L {\displaystyle I_{L}} , passa a ser:

I L = I s ⋅ R s R L + R s {\displaystyle I_{L}=Is\cdot {Rs \over {RL+Rs}}}

que depèn de la càrrega connectada.

Al contrari que la font de tensió real, la font d'intensitat té una aplicació física, i es fa servir només com a model matemàtic.

Rendiment

Figura 3: Fonts reals amb càrrega de tensió, a), i intensitat, b).

Una font real no pot lliurar tota la potència a la càrrega que alimenti a causa de la seva resistència interna. En la font real de tensió de la figura 3a), la potència total lliurada ve donada per:

P t = E g 2 R g + R L {\displaystyle P_{t}={Eg^{2} \over Rg+RL}}

Part d'aquesta potència es dissipa en la resistència interna Rg de la mateixa font, de manera que la potència útil, P u {\displaystyle \quad P_{u}} , generada, és a dir la lliurada a la càrrega RL serà:

P u = E g 2 ( R g + R L ) 2 R L {\displaystyle P_{u}={Eg^{2} \over {(Rg+RL)^{2}}}RL}

S'anomena rendiment η {\displaystyle \quad \eta } , de la font a la relació entre aquesta potència i la total:

η = P u P t = R L R g + R L {\displaystyle \eta ={P_{u} \over {P_{t}}}={RL \over {Rg+RL}}}

D'on es dedueix que el rendiment serà més gran com menor sigui la resistència interna Rg respecte a RL.


η = P u P t = R s R s + R L {\displaystyle \eta ={P_{u} \over {P_{t}}}={Rs \over {Rs+RL}}}

D'on es dedueix que el rendiment serà major com més gran sigui la resistència interna Rs respecte a RL.

Equivalència

Es diu que dues fonts reals, una de tensió i una altra d'intensitat, són equivalents, quan connectades a la mateixa càrrega, RL, li subministren el mateix corrent.

Referències

  1. ↑ K. C. A. Smith, R. E. Alley, Electrical circuits: an introduction, pp. 11-13, Cambridge University Press, 1992 ISBN 0-521-37769-2

Enllaços externs