Versuchen, Spannungs- und Stromquellen besser zu verstehen

Ich verstehe, dass diese "idealen" Quellen ideal sind und in der Praxis nicht existieren.

Sie tun es bis zu einem gewissen Punkt. Spannungsregler halten eine konstante Ausgangsspannung bis zu einem gewissen Maximalstrom aufrecht.

In Wirklichkeit gibt es immer einen gewissen Widerstand.

Nein. Der Spannungsregler hält die Spannung über einen bestimmten Stromaufnahmebereich aufrecht. Seit$\frac {dV}{dI} = 0$Über diesem Strombereich ist seine Ausgangsimpedanz Null.

Was ich nicht verstehe ist, warum sie dann zwischen ihnen wechseln können, ...

Zwischen was wechseln?

... oder wie können wir von Unempfindlichkeit gegenüber Laständerungen sprechen, wenn das Ohmsche Gesetz V = IR sagt, wenn ich eine Spannungsquelle habe, ist das nicht festgelegt?

Ja. Wenn ich also eine 1k-Last an eine 5-V-Versorgung anschließe, ziehe ich 5 mA. Wenn ich eine 100-Ω-Last über dieselbe Versorgung anschließe, ziehe ich 50 mA. Die Spannung bleibt bei 5 V. Sie ist ideal bis zur ausgelegten Stromgrenze des Netzteils.

Und wenn ich dann einen größeren Widerstand hinzufüge, bedeutet das nicht, dass weniger Strom fließen muss?

Bei einer Konstantspannungsversorgung ja.

Oder ändere ich bei einer Stromquelle nicht die Spannung, wenn ich den Widerstand ändere?

Ja, natürlich.

Abbildung 1. Ein zufälliges Bench-PSU-Bild.

• Ich habe ein Tischnetzteil mit einstellbarer Strombegrenzung. Wenn ich die Strombegrenzung auf 20 mA und die Spannungsbegrenzung auf 30 V einstelle und einschalte, steigt die Spannung auf 30 V an, um 20 mA zwischen die Klemmen zu schieben. Es kann nicht. Der Luftwiderstand ist zu hoch.
• Schließe ich nun eine rote LED zwischen die Klemmen, steigt der Strom auf 20 mA und die Spannung fällt auf ca. 2 V.
• Wenn ich jetzt 12 rote LEDs in Reihe an die Klemmen anschließe, beträgt der Strom immer noch 20 mA und die Spannung steigt auf etwa 24 V.

Das Netzteil arbeitet als ideale Stromquelle für Lasten zwischen 0 Ω und 30 V / 20 mA = 1,5 kΩ. Da der Strom über diesen Spannungsbereich konstant bleibt, erhalten wir$R = \frac {dV}{dI} = \frac {dV} 0 = \infty$.

Und da ich die andere Variable ändern kann, warum können wir dann zwischen ihnen wechseln?

Auch hier ist nicht klar, was Sie fragen.

Kann jemand bitte ein paar Beispiele geben, die diese "idealen" Formen zeigen, warum sie unrealistisch sind, warum wir irgendwie in der Lage sind, zwischen ihnen zu wechseln, und wie ein "echtes" Beispiel aussehen könnte?

Sie sind über einen bestimmten Bereich von Betriebsbedingungen nicht unrealistisch. Mir ist immer noch nicht klar, zwischen was du wechselst. Ich habe ein Beispiel gegeben.

Mit "Schalten" beziehe ich mich darauf, wenn Leute sagen, dass Sie eine Spannungsquelle in eine äquivalente Stromquelle umwandeln können und umgekehrt.

Bei einem festen Widerstand können Sie eine Last mit konstanter Spannung oder konstantem Strom versorgen. Wenn sich der Widerstand ändern kann, müssen Sie den einen oder anderen auswählen, je nachdem, was passieren soll.

In den meisten Anwendungen können Sie eine CV-Versorgung nicht gegen eine CC-Versorgung tauschen oder umgekehrt. Die meisten Schaltkreise sind so ausgelegt, dass sie mit einer konstanten Spannung arbeiten. Das nationale Stromnetz (auch wenn es Wechselstrom ist) ist auf dieser Grundlage ausgelegt. Autos, Busse, Flugzeuge, Telefone, Computer und die meisten "Elektronikgeräte" sind für den Betrieb mit einer bestimmten Spannung ausgelegt. Die häufigste Ausnahme ist die LED-Beleuchtung, bei der aufgrund der Form der IV-Kurve der LED Konstantstromversorgungen verwendet werden .

Eine ideale Spannungsquelle gibt jeden Strom aus, der erforderlich ist, um die Spannung an ihrem Anschluss auf dem Nennwert zu halten. Seine Charakteristik in der VI-Ebene ist eine vertikale Linie, die durch das Ideal (Nennwert) verläuft. Der Innen-(Serien-)Widerstand Rs einer idealen Spannungsquelle ist Null.
Eine ideale Stromquelle gibt jede Spannung aus, die erforderlich ist, um den Strom durch sie auf dem Nennwert zu halten. Seine Charakteristik in der VI-Ebene ist eine horizontale Linie, die durch das Ideal (Nennwert) verläuft. Der innere (parallele) Widerstand Rp einer idealen Stromquelle ist unendlich.

Wenn der Innenwiderstand der Quelle endlich ist (Rs > 0 bei der Spannungsquelle und Rp < unendlich bei der Stromquelle), wird die Quelle nicht für jeden möglichen Wert den gleichen idealen Nennwert liefern können der Last, da ein Teil der Spannung am von Null verschiedenen Reihenwiderstand abfällt oder ein Teil des Stroms durch den endlichen Parallelwiderstand fließt.
Die VI-Charakteristik mit einem hinzugefügten einfachen linearen Innenwiderstand sind schräge Linien, die in einem Fall Vout = Videal - Rs Iload und im anderen Fall Iout = Iideal - Vload/Rp entsprechen.

Wir können sehen, was passiert, wenn wir eine Widerstandslast an eine nicht ideale Quelle anschließen: Die Charakteristik der Widerstandslast im VI-Plan ist eine Linie, die durch den Ursprung geht und die konstitutive Gleichung V = RI ausdrückt, und der Arbeitspunkt ist der Schnittpunkt mit der Quellcharakteristik:

Wir können sehen, dass im Fall der Spannungsquelle die Spannung etwas unter dem Idealwert liegt (der immer noch als Leerlaufspannung erscheint), während im Fall der Stromquelle der Strom etwas unter dem Idealwert liegt (der immer noch als Kurzschlussstrom erscheint).

Bleibt bei Änderung des Lastwiderstandes die Spannung annähernd konstant, so nennt man die Quelle Spannungsquelle. Umgekehrt, wenn es sich um den Strom handelt, der sich nicht stark ändert, wird dies als Stromquelle bezeichnet.

Im Allgemeinen kann ein Generator ein Verhalten aufweisen, das nicht leicht als Konstantstrom oder Konstantspannung klassifiziert werden kann. Auch bei Generatoren mit linearem Innenwiderstand kann man in diese Situation geraten

wobei Sie sowohl das Thevenin- als auch das Norton-Ersatzschaltbild verwenden können, um die Quelle zu charakterisieren. In diesem Sinne können Sie diesen Generator gleichermaßen als Spannungs- oder Stromquelle behandeln.
Wenn Sie darüber nachdenken, können alle oben genannten nicht idealen Generatoren als solche betrachtet werden: Es ist nur eine Frage der Anpassung der Skala auf der V- und I-Achse. Es ist jedoch üblich, das Thevenin-Ersatzschaltbild für eine Quelle zu verwenden, die eine mehr oder weniger konstante Spannung ausgibt, und ein Norton-Ersatzschaltbild für eine Quelle, die einen mehr oder weniger konstanten Strom ausgibt. Solange sie nicht ideal sind, können Sie von einem zum anderen übergehen, ohne sich mit Unendlichkeiten und Singularitäten befassen zu müssen.

Echte Quellen in der realen Welt haben eine andere, normalerweise nichtlineare Charakteristik, aber in dem Bereich, in dem sie " nachgiebig " sind, verhalten sie sich ungefähr entweder als vernünftige ideale Spannungsquelle oder als ziemlich ideale Stromquelle. Um dies zu tun, verwenden sie aktive Zubehörschaltungen mit Rückkopplung, sodass sie nicht als einfache ordentliche Schaltungen der grundlegenden Schaltungstheorie beschrieben werden können.