Elektrotechnici gebruiken elektriciteit om nuttige taken uit te voeren door schakelingen te ontwerpen waarin spanningen en stromen worden geregeld, gewijzigd en gebruikt door een verscheidenheid van verschillende componenten. Deze spanningen en stromen vertegenwoordigen echter energie: een stroomkring is een energetisch systeem waarin spanning functioneert als potentiële energie en stroom vergelijkbaar is met kinetische energie. De componenten die wij in elektrische schakelingen opnemen kunnen geen elektrische energie beheersen en gebruiken tenzij er ook iets is dat elektrische energie opwekt, en dit is de reden waarom schakelingen spanningsbronnen en stroombronnen hebben. We noemen deze elementen bronnen omdat ze een stroomkring voorzien van de elektrische energie die nodig is voor een goede werking.
Karakteristieken van spanningsbronnen
Een spanningsbron genereert een potentiaalverschil over zijn twee aansluitpunten. Wanneer deze twee aansluitklemmen worden verbonden met een netwerk van onderling verbonden componenten die een ononderbroken geleidend pad vormen, zal er stroom vloeien.
Eenvoudige elektrische circuits bestaan vaak uit één spanningsbron die is verbonden met een paar componenten. In deze situaties wordt de negatieve klem van de bron geïnterpreteerd als het nulspanningsreferentieknooppunt, en bijgevolg zal het knooppunt dat is aangesloten op de positieve klem van de bron een spanning hebben die gelijk is aan de waarde van de bron.
Het is echter belangrijk om in gedachten te houden dat spanningsbronnen verschillende posities binnen een elektrisch netwerk kunnen innemen, en dat bijgevolg de negatieve klem niet altijd op 0 V zal staan. Bijvoorbeeld:
De waarde van de bron geeft dus niet altijd de spanning op de positieve klem aan; de waarde van de bron geeft eerder het verschil in spanning aan tussen de negatieve klem van de bron en de positieve klem van de bron.
Eenheden
De waarde van een spanningsbron is het potentiaalverschil dat wordt opgewekt tussen de twee aansluitpunten van de bron, en bijgevolg wordt de waarde gerapporteerd in volt. Eén volt is gelijk aan één joule per coulomb. Spanning geeft dus de hoeveelheid potentiële energie aan per coulomb van elektrische lading. Om dit in praktische termen te zeggen: als een bron van 5 V en een bron van 10 V op twee identieke circuits zijn aangesloten, zal de bron van 10 V elektrische lading met tweemaal zoveel energie voortstuwen en bijgevolg tweemaal zoveel stroom produceren.
Ideale spanningsbronnen
Wanneer een spanningsbronsymbool in een schema voorkomt, stelt het een ideale spanningsbron voor. Met “ideaal” bedoelen we dat de spanning die door de bron wordt gegenereerd nooit fluctueert en niet wordt beïnvloed door de hoeveelheid stroom die door de schakeling wordt opgenomen. Spanningsbronnen in de werkelijkheid zijn nooit ideaal.
Het is vaak zo dat dit verschil tussen theorie en werkelijkheid geen significant effect heeft op de werking van de schakeling en dus kan worden genegeerd. Soms moeten we echter extra schakelingselementen introduceren om rekening te houden met de niet-ideale eigenschappen van echte spanningsbronnen.
Karakteristieken van stroombronnen
Een stroombron zorgt voor een gespecificeerde hoeveelheid elektrische stroom in een deel van een stroomkring. De waarde van de stroombron is de grootte van de stroom die door de bron wordt opgewekt, en het symbool bevat een pijl om de richting van de stroom aan te geven.
Als je een stroombron in een schakelschema ziet, weet je dat het geleidende pad dat met de stroombron is verbonden een stroom zal afgeven die gelijk is aan de waarde van de bron. Als dit pad zich in meerdere takken verdeelt, zoals in het onderstaande diagram, moet je een stroomkringanalyse uitvoeren om te bepalen welk deel van de stroom van de bron aan elke tak wordt geleverd.
Eenheden
De waarde van een stroombron wordt gerapporteerd in ampères. Deze eenheid geeft aan hoe snel de elektrische lading door een bepaald punt in een stroomkring stroomt. Als we een stroom van één ampère meten, weten we dat er elke seconde één coulomb aan lading langs een willekeurig punt in de gemeten tak stroomt.
Ideale stroombronnen
Een ideale stroombron genereert altijd zijn exacte nominale stroom en wordt niet beïnvloed door de eigenschappen van de stroomkring waarop hij is aangesloten. Reële stroombronnen zijn, net als reële spanningsbronnen, niet-ideaal en moeten worden weergegeven door een ideale bron in combinatie met ten minste één extra component.
Voorbeelden van spannings- en stroombronnen
Bij het analyseren en ontwerpen van basisschakelingen zien we spanningsbronnen veel vaker dan stroombronnen, omdat elektronische systemen gewoonlijk worden gevoed door batterijen of geregelde gelijkstroomvoedingen, en deze beide fungeren als spanningsbronnen.
Wij zien stroombronnen gewoonlijk niet als de primaire leverancier van de elektrische energie van een schakeling. Ze zijn eerder een middel om het gedrag van circuitcomponenten, zoals lichtgevoelige diodes en transistors, vast te leggen. Een uitzondering hierop is de fotovoltaïsche cel, die wordt gemodelleerd als een stroombron (in combinatie met een paar andere componenten) en kan fungeren als de primaire energiebron voor een op zonne-energie werkende schakeling.
Conclusie
Deze korte bespreking van spannings- en stroombronnen heeft u wat basisinformatie gegeven over deze twee fundamentele manieren om elektrische energie in een schakeling in te brengen. In toekomstige video tutorials zullen we kijken naar het verschil tussen afhankelijke bronnen en onafhankelijke bronnen en de relatie tussen wisselstroom (AC) spanningsbronnen en gelijkstroom (DC) spanningsbronnen.