Warum wird Leistung so oft mit Strom und nicht mit Spannung in Verbindung gebracht?

Ich habe neulich eines meiner Lehrbücher über lineare BJT-Emitter-Follower-Verstärker (nicht relevant) gelesen und bin auf die folgende Passage gestoßen:

Obwohl die Kleinsignal-Spannungsverstärkung des Emitterfolgers etwas kleiner als 1 ist, ist die Kleinsignal-Stromverstärkung normalerweise größer als 1. Daher erzeugt die Emitterfolgerschaltung eine Kleinsignal-Leistungsverstärkung.

Aber ich habe gelernt, dass die Macht ausgedrückt werden kann:

P = ICH R = v 2 R = ICH 2 R

Das bedeutet, dass die Leistung sowohl Strom als auch Spannung direkt proportional ist. Würde dies nicht bedeuten, dass eine große Spannungsverstärkung auch eine Leistungsverstärkung liefert?

Dies ist auch nicht der einzige Ort, an dem ich diese Diskrepanz gesehen habe. Es scheint, dass sich die Leute, wenn sie über Leistung sprechen, nur mit Strom und nicht mit Spannung befassen, obwohl die Mathematik darauf hinzudeuten scheint, dass dies nicht der Fall ist.

Kann jemand näher darauf eingehen?

BEARBEITEN: Eine Erklärung, die mir einfällt, ist, dass an einem offenen Stromkreis Spannung anliegen kann. Eine Erhöhung dieser Spannung würde also theoretisch die Leistung erhöhen, obwohl nichts heiß wird ... während bei einem Stromfluss eine Erhöhung der Leistung durch Erhöhung des Stroms dies bewirken würde Bauteile verbrauchen mehr Energie...

Nichts in der von Ihnen zitierten Passage widerspricht Ihrer Aussage. Können Sie Ihre Verwirrung erklären?
Ich bin nur verwirrt darüber, warum sie (die Autoren) das gerade dann erwähnen würden. Sie haben gerade alles über Common-Emitter-Verstärker und ihre Hochspannungsverstärkungscharakteristik erklärt, aber nicht ein einziges Mal die Leistungsverstärkung erwähnt. Es scheint zu implizieren, dass die Spannung (von den beiden, Strom und Spannung) weniger mit Leistung verbunden ist.
Ich denke, Sie haben die richtige Idee, und "Leute, die sich nur mit Strom und nicht mit Spannung befassen", gehen wahrscheinlich davon aus, dass die Spannung konstant ist. Dies könnte bei einem Verstärker der Fall sein, der von einer bestimmten konstanten Versorgungsspannung gespeist wird. Beachten Sie, dass zur Erhöhung des Stroms eine gewisse Impedanz (R) verringert werden muss!
Die Spannungsverstärkung ist kleiner als eins, also ein leichter Leistungsabfall. Die aktuelle Verstärkung ist jedoch größer als eins, sodass dieser Abfall ausgeglichen und etwas mehr Leistung hinzugefügt wird.
@FakeMoustache Und der Emitterfolger erreicht dies, indem er eine Ausgangsimpedanz hat, die weit unter der Eingangsimpedanz liegt?
@RogerRowland Hmm, vielleicht sprechen sie von einer Nettoleistungsverstärkung, was bedeutet, dass beispielsweise in einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter die Stromverstärkung die Spannungsverstärkung aufhebt?
Ja, es wäre wahrscheinlich intuitiver, wenn sie einige Zahlen zu diesen Gewinnen nennen würden. Vielleicht beträgt die Spannungsverstärkung beispielsweise 0,95 und die Stromverstärkung 50.
Die Ausgangsimpedanz des Emitterfolgers ist zwar niedriger , aber das ist hier nicht so relevant , die Ausgangsleistung wird nicht in dieser Ausgangsimpedanz sondern in der Last dissipiert! Und die Last kann eine viel niedrigere Impedanz haben, weil der E-Follower mehr Strom liefern kann. Angenommen, Sie haben eine Quelle, die nur ein Signal von 1 mA liefern kann. Fügen Sie jetzt einen E-Follower mit einem Beta von 100 hinzu, der an seinem Ausgang jetzt ein Signal von 100 mA liefern kann. Da ein E-Follower eine Spannungsverstärkung nahe 1 hat, ist die verfügbare Leistung am Ausgang fast 100-mal größer!
Ahhh, also nehme ich an, sie haben nur die Tatsache hervorgehoben, dass der Emitterfolger verwendet werden könnte, um den Strom Ihres Signals zu verstärken, um zu helfen, was auch immer Sie es einspeisen?
Ja, um eine Last mit niedriger Impedanz zu treiben. Wie bei Audioverstärkern ist die letzte Stufe oft ein E-Follower, um die sehr niedrige Impedanz eines Lautsprechers (4 oder 8 Ohm) treiben zu können. Die Stufen vor dieser letzten E-Follower-Stufe sorgen für die Spannungsverstärkung und eine gewisse Stromverstärkung, die letzte Stufe übernimmt nur die Stromverstärkung.
Freut mich :-)
Der Strom ist relevanter, da die Einspeisung durch den konstanten Spannungseingang mal den variablen Stromlasten bestimmt wird, wenn der Ausgang Rail-to-Rail ist oder in der Nähe der Schiene mit einem Spannungsabfall gesättigt ist, dann sind beide wichtig.
oh ok, Sie erhalten also ein leicht verringertes Spannungssignal mit mehr Strom und damit mehr Leistung, ich verstehe, danke
P = v ICH = v 2 R = ICH 2 R

Antworten (5)

Es scheint, dass sich die Leute, wenn sie über Strom sprechen, nur mit Strom und nicht mit Spannung befassen

Unwissende Leute vielleicht, aber jeder kompetente Elektrotechniker weiß, dass sowohl Spannung als auch Strom berücksichtigt werden müssen.

Obwohl die Kleinsignal-Spannungsverstärkung des Emitterfolgers etwas kleiner als 1 ist, ist die Kleinsignal-Stromverstärkung normalerweise größer als 1.

Hier gibt es keine Diskrepanz. Die Autoren weisen darauf hin, dass bei einer Stromverstärkung keine Spannungsverstärkung erforderlich ist, um die Leistung zu erhöhen. Der Mythos, den sie zu zerstreuen versuchen, ist also, dass es ohne Spannungsverstärkung keine Leistungsverstärkung geben kann - genau das Gegenteil von dem, worüber Sie denken, dass die Leute sich Sorgen machen.

Eine Erklärung, die mir einfällt, ist, dass an einem offenen Stromkreis Spannung anliegen kann, sodass eine Erhöhung dieser Spannung theoretisch die Leistung erhöhen würde

Wenn der Ausgang ein offener Stromkreis ist, zieht er keinen Strom, sodass keine Leistungsverstärkung erfolgen kann. Es kann jedoch dennoch nützlich sein, die Spannungsverstärkung zu berücksichtigen, wenn diese Spannung mit einer Last aufrechterhalten werden kann.

In manchen Schaltungen (z. B. Videoverstärker) sind die Quellen- und Lastimpedanzen aufeinander abgestimmt, was dazu führt, dass die Hälfte der Ausgangsspannung und -leistung in der Quelle verloren geht. In diesem Fall würden Sie normalerweise nur die Spannungsverstärkung unter Last berücksichtigen (ein Videoverstärker mit einer Leerlaufspannungsverstärkung von 2 ist also tatsächlich ein Einheitsverstärkungspuffer).

In anderen (z. B. Audioverstärkern) ist die Lastimpedanz normalerweise viel höher als die Quellenimpedanz, sodass die Spannungsverstärkung (fast) konstant bleibt, unabhängig davon, ob die Last angesteuert wird oder ein offener Stromkreis. Wenn die Lastimpedanz reduziert wird, zieht sie mehr Strom und Leistung bei gleicher Spannung. Dies ist für Signale mit niedrigem Pegel nicht wichtig, daher wird normalerweise nur die Spannung berücksichtigt. Die Ausgangsleistung eines Audio-Leistungsverstärkers ist sehr wichtig, daher wird die Lautsprecherimpedanz immer berücksichtigt - aber Ausgangsspannung und -strom werden selten erwähnt.

Sie haben Recht, dass die Leistung eine Funktion von Strom und Spannung ist.

Es gibt Situationen, in denen das eine wichtiger ist als das andere. Unter Verwendung des zitierten Beispiels eines Emitterfolgerverstärkers (auch bekannt als gemeinsamer Kollektorverstärker) beträgt die Spannungsverstärkung fast 1 (nicht sehr interessant), sodass die gesamte Leistungsverstärkung aus der Stromverstärkung stammt.

Verdrahten Sie jedoch denselben Transistor wie einen Verstärker in Basisschaltung - der Eingang wird dem Emitter zugeführt. Jetzt erscheint der größte Teil des Stroms am Kollektor (dh die Stromverstärkung beträgt fast 1; Sie verlieren einen winzigen Bruchteil an der Basis), sodass die gesamte Leistungsverstärkung aus der Spannungsverstärkung stammt.

Und natürlich hat der gemeinsame Emitter sowohl eine Spannungs- als auch eine Stromverstärkung, daher eine relativ hohe Leistungsverstärkung.

Es gibt jedoch Fälle, in denen die Leistung am sinnvollsten als I ^ 2 R ausgedrückt wird - häufig verschwendete Leistung in einem Motor oder einem langen Kabel.

Stellen Sie sich eine Übertragungsleitung vor, die Spannung V und Strom I in eine andere Stadt liefert. Die bei der Übertragung verschwendete Leistung ist unabhängig von V und proportional zu I^2.

Nun ist es nützlich, verschwendete Energie mit Strom in Verbindung zu bringen; Wir können sehen, dass wir den Strom reduzieren wollen, um Verschwendung zu minimieren. Um also die gleiche Leistung zu übertragen, wollen wir die Spannung erhöhen. Aus diesem Grund werden trotz der Kosten für Transformatoren an beiden Enden Hochspannungsübertragungsleitungen verwendet.

Natürlich ist die an die Last übertragene Leistung VL * I (wobei VL am Lastende gemessen wird), während die erforderliche Leistung VG * I ist (wobei VG am Generator gemessen wird) - und die Differenz (VG - VL) ist Spannungsabfall entlang des Kabels = I * R.

Ein ähnlicher Fall ist bei Elektromotoren zu beobachten, bei denen der Hauptleistungsverlust I ^ 2 R Verluste im Wicklungswiderstand R sind. Es gibt keinen ähnlichen Verlust aufgrund der Spannung, daher folgt, dass ein Motor am effizientesten bei relativ hoher Geschwindigkeit (Drehzahl) läuft ist proportional zur Spannung) und relativ niedriger Drehmomentlast (Drehmoment ist proportional zum Strom).

In diesen beiden Fällen und vielleicht auch in anderen führt die Betrachtung von Energieverschwendung hauptsächlich in Bezug auf den Strom zu nützlichen Erkenntnissen.

Ich denke, Sie haben Ihre Frage im Teil "Bearbeiten" beantwortet.

Es ist richtig, P = v ICH , aber in der Gleichung, die Sie geschrieben haben, P = ICH R = v 2 R = ICH 2 R , ist deutlicher, dass es auch einen Widerstand gibt, der im Spiel spielt.

Leistung ist die in der Zeiteinheit verrichtete Arbeit oder besser die pro Zeiteinheit verbrauchte Energiemenge .
Spannung ist potentielle Energie , und ich kann eine große Spannungsquelle haben, aber wenn wir keinen Widerstand über die Quelle legen, bleibt die Energie "potentiell", macht keine Arbeit.
Wenn wir einen Verbraucher anschließen, fließt ein Strom und „macht etwas“.

Aber... Du hast das schon prägnanter geschrieben, im "EDIT". :-)

Ich habe nicht einmal so über meine Bearbeitung nachgedacht, in Bezug auf Energiearten, das ist ein guter Punkt. Beim Schreiben habe ich die Tatsache vergessen, dass ein offener Stromkreis keinen Strom oder unendlichen Widerstand bedeutet, was bedeutet, dass keine Leistung geliefert wird, wie Bruce Abbott oben betonte. Ich gewöhne mich jedoch immer noch an das Konzept des Last-gegen-Quellen-Widerstands - danke für deine Antwort!

Obwohl die Spannung variieren kann / wird, sind viele Dinge für eine feste Spannung ausgelegt. Um die Leistung zu ändern, ändern Sie also den Strom. Der Wechselstrom, der aus der Wand kommt, ist sicher Wechselstrom, aber seine Amplitude und Frequenz sind fest, es ist Strom, der an die Leistung gebunden ist, vorausgesetzt, dass V fest ist. Ein batteriebasiertes System, obwohl die Spannung variieren kann, ist es der Strom, der die meisten Änderungen bewirkt. Fast alles ist auf eine feste Spannung ausgelegt, und der Strom variiert. Wenn Sie also V konstant halten, hängt P mit I zusammen, und Sie müssen normalerweise nur über I sprechen.

Ich denke, dies kann daran liegen, dass die Leistung sowohl zum Strom als auch zum Spannungsabfall direkt proportional ist ( nicht nur "Spannung" im Sinne von Spannung gegen Masse). Verlustleistung an jedem Gerät ist P = ICH Δ v , Wo v ist der Spannungsabfall an den Klemmen. Wenn Sie verschiedene Geräte in Reihe in einem bestimmten Schaltungsabschnitt betrachten, kann jeder Spannungsabfall stark variieren, aber der Strom ist allen gemeinsam. Strom hilft in dieser Situation, die Leistung besser in den Griff zu bekommen.

Siehe auch diese andere Frage .

Warum wird Leistung so oft mit Strom und nicht mit Spannung in Verbindung gebracht?
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