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一文讀懂可編程直流電源的工作原理

發布時間:2022-06-02 點擊量:146
 
  各行各業都需要用到電源設備。在生產測試中,可編程直流電源的寬范圍電壓輸出適用于測試和分析組件、電路、模塊和完整器件的特性。那么可編程直流電源的基本原理是怎樣的呢?
 
  單靠水位高低之差不能維持穩恒的水流,而借助于水泵持續地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩恒的水流。與此類似,單靠電荷所產生的靜電場不能維持穩恒的電流,而借助于可編程直流電源,就可以利用非靜電作用(簡稱為“非靜電力”)使正電荷由電位較低的負極處經電源內部返回到電位較高的正極處,以維持兩個電極之間的電位差,從而形成穩恒的電流。
 
  可編程直流電源中的非靜電力是由負極指向正極的。當可編程直流電源與外電路接通后,在電源外部(外電路),由于電場力的推動,形成由正極到負極的電流。而在電源內部(內電路),非靜電力的作用則使電流由負極流到正極,從而使電荷的流動形成閉合的循環。
 
  表現可編程直流電源本身的一個重要特征量是電源的電動勢,它等于單位正電荷從負極通過電源內部移到正極時非靜電力所作的功。當電源給電路提供能量時,所供給的功率P等于電源的電動勢E與電流I兩者的乘積,P=EI。電源的另一個特征量是它的內電阻(簡稱內阻)R0,當通過電源的電流為I時,電源內部損耗的熱功率(即單位時間內產生的焦耳熱)等于R0I。
 
  當電源的正、負兩極沒有連通時,電源處于斷路(開路)狀態,這時電源兩電極之間的電位差在量值上即等于電源的電動勢。在斷路狀態下,不發生非電能與電能的相互轉換。當把負載電阻接到電源的兩極上以構成閉合回路時,通過電源內部的電流從負極流到正極,這時,電源所提供的功率EI等于輸送到外電路的功率UI(U是電源正極與負極之間的電位差)與內電阻中損耗的熱功率R0I之和,EI=UIR0I。于是,當電源向負載電阻提供功率時,電源兩極間的電位差U=E-R0I。
 
  當用另一個電動勢較大的電源接到電動勢較小的電源上,正極接正極,負極接負極(例如用直流發電機對蓄電池組充電)時,在電動勢較小的電源內部,電流是從它的正極流到負極的,這時,外界向電源輸入電功率UI,它等于電源中單位時間內儲存的能量EI與內電阻中損耗的熱功率R0I之和,UI=EIR0I。于是,當外界向電源輸入功率時,外界加到電源兩極之間的電壓應為U=ER0I。
 
  當可編程直流電源電源的內電阻可以忽略不計時,可以認為電源的電動勢在量值上近似地等于電源兩極間的電位差或電壓。
 
  為了取得較高的直流電壓,常將可編程直流電源串聯使用,這時總電動勢為各電源的電動勢之和,總內阻也為各電源內電阻之和。由于內阻增大,一般只能用于所需電流強度較小的電路。為了取得較大的電流強度,可以將等電動勢的可編程直流電源并聯使用,這時總電動勢即為單個電源的電動勢,總內阻為各電源內電阻的并聯值。
 
  可編程直流電源的類型很多,不同類型的可編程直流電源中,非靜電力的性質不同,能量轉換的過程也不同。在化學電池(例如干電池、蓄電池等)中,非靜電力是與離子的溶解和沉積過程相聯系的化學作用,化學電池放電時,化學能轉化為電能和焦耳熱在溫差電源(例如金屬溫差電偶、半導體溫差電偶)中,非靜電力是與溫度差和電子的濃度差相聯系的擴散作用,溫差電源向外電路提供功率時,熱能部分地轉化為電能。在直流發電機中,非靜電力是電磁感應作用,直流發電機供電時,機械能轉化為電能與焦耳熱。在光電池中,非靜電力是光生伏打效應的作用,光電池供電時,光能轉化為電能和焦耳熱。
 
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