Was ist eine Quellentransformation?
Eine Quellentransformation ist ein Prozess zum Darstellen eines Stromkreises aus Sicht der Last oder des nächsten Stromkreises. Das Konzept der Quellentransformation schlägt vor, dass jede Energiequelle als eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle dargestellt werden kann. Wenn die an die Last oder den nächsten Stromkreis angelegte elektrische Impedanz berechnet werden kann, wird die Analyse des Stromkreises vereinfacht. Die Quellentransformation wird beim Entwurf und Testen verschiedener Schaltkreistypen angewendet - von relativ einfachen Gleichstromkreisen für stationäre Leistungsberechnungen bis hin zu komplexeren Schaltkreisen. Bei hohen Wechselstromfrequenzen (z. B. Hochfrequenzen) hilft die Quellentransformation beim Entwerfen von Impedanzanpassungsschaltungen für eine maximale Leistungsübertragung.
Jede Stromquelle weist unter Wechselstrombedingungen eine Impedanz auf. Die Mathematik zur Darstellung der Impedanz bei stationärer Gleichspannung kann leicht beschrieben werden. Eine normale und brandneue 1,5-Volt-Zelle oder -Batterie weist eine Leerlaufspannung von ca. 1,5 V auf. Wenn diese Batterie an ein Gerät angeschlossen und entladen wird, sinkt die Spannung unter 1,5 V. Es ist sicher, dass dies der Fall ist Die Batterie liefert einen Strom ungleich Null.
Wenn beispielsweise eine 1,5-V-Batterie 1,4 V misst, wenn ein Strom von 0,01 Ampere (A) durch sie fließt, kann die Batterie als ideale 1,5-V-Spannungsquelle in Reihe mit einem Innenwiderstand dargestellt werden. Der Innenwiderstand hat einen Abfall von 0,1 V, was der Differenz zwischen der internen idealen Spannungsquelle und dem Ausgang der Klemmen entspricht. Ein Strom von 0,01 A zeigt an, dass der Widerstand der Batterie 0,1 V / 0,01 A betragen muss, was 10 Ohm entspricht. Die 10 Ohm sind der berechnete Innenwiderstand der Batterie und werden im Inneren des Elektrolyts und der Elektroden in der Batterie verteilt.
Der Satz von Thevenin besagt, dass jede Stromquelle eine ideale Spannungsquelle in Reihe mit einem Innenwiderstand ist. Für die Transienten- und Wechselstromanalyse gilt immer noch der Satz von Thevenin, aber die Komplexität manifestiert sich, wenn die ohmschen, kapazitiven und induktiven Komponenten des Innenwiderstands berechnet werden müssen. Bei der einfachsten Impedanz unter stationären Gleichstrombedingungen kann das Batterieinnere durch ein Netzwerk von Widerständen mit Widerstandswerten dargestellt werden, die von der Temperatur und dem Strom abhängig sind. Um das Theveninsche Theorem in einfachen Worten zu beschreiben, wird die Spannungsquelle als Kurzschluss behandelt, und der an den Ausgangsanschlüssen gesehene Widerstand wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes berechnet, das vorschlägt, dass Widerstände in Reihe hinzugefügt werden.
Nach dem Satz von Norton legt die Quellentransformation nahe, dass der Innenwiderstand auf die gleiche Weise berechnet wird. Anstelle einer Spannungsquelle mit Nullwiderstand wird eine Stromquelle mit unendlichem Widerstand verwendet, die Ergebnisse sind jedoch die gleichen. Die berechnete Spannung und der berechnete Strom und damit die an eine externe Last gelieferte Leistung stimmen nach Thevenin- oder Norton-Theorem überein.