Mikä on lähdetransformaatio?
Lähdemuunnos
Lähdemuunnos tarkoittaa erään tyyppisen sähkölähteen korvaamista vastaavalla vaihtoehtoisella lähteellä. Käytännöllinen jännitelähde voidaan muuntaa vastaavaksi käytännölliseksi virrannäyttäjäksi ja päinvastoin.
Käytännöllinen jännitelähde
Käytännöllinen jännitelähde koostuu ideaalisesta jännitelähteestä, joka on sarjaan kytketty sisäisen vastuksen (tai impedanssin, vaihtovirtapiireissä) kanssa. Ideaalisen jännitelähteen sisäinen impedanssi on nolla, mikä tarkoittaa, että ulostulovoltti pysyy vakiona riippumatta kuormitusvirrasta. Esimerkkejä ovat akut, paristot ja generaattorit.
Käytännöllinen virrannäyttäjä
Käytännöllinen virrannäyttäjä koostuu ideaalisesta virrannäyttäjästä, joka on rinnankytetty sisäisen vastuksen (tai impedanssin) kanssa. Ideaalisen virrannäyttäjän rinnakkaistu impedanssi on ääretön, mikä takaa, että ulostulovirran pysyy vakiona riippumatta kuormitusvoltista. Sähkökomponentit kuten transistorit mallinnetaan usein virrannäyttäjinä. Jännitelähteiden tai virrannäyttäjien tulosteita viitataan suora- tai vaihtovirtalähteiksi sen mukaan, onko kyseessä suora- vai vaihtovirta.
Vastavuoro muunnettavuus
Jännite- ja virrannäyttäjät ovat vastavuoroisesti muunnettavissa lähdemuunnoksen avulla. Tämä selitetään alla olevan piirikaavion avulla:
Kuva A esittää käytännöllistä jännitelähdettä, joka on sarjaan kytketty sisäisen vastuksen rv kanssa, kun taas Kuva B esittää käytännöllistä virrannäyttäjää, jolla on rinnankytetty sisäinen vastus ri.
Käytännöllisen jännitelähdelle kuormitusvirra saadaan yhtälöstä:
Missä,
iLv on käytännöllisen jännitelähdelle kuormitusvirran arvo
V on jännite
rv on jännitelähteen sisäinen vastus
rL on kuormitusvastus
Oletetaan, että kuormitusvastus rL on kytketty terminaalien x-y välille. Samalla tavoin käytännöllisen virrannäyttäjälle kuormitusvirran arvo saadaan seuraavasti:
iLi on käytännöllisen virrannäyttäjälle kuormitusvirran arvo
I on virran arvo
ri on virrannäyttäjän sisäinen vastus
rL on kuormitusvastus, joka on kytketty terminaalien x-y välille kuvassa B
Kaksi lähdettä ovat samat, kun asetamme yhtälöt (1) ja (2) yhtäsuuriksi
Kuitenkin virrannäyttäjälle, kun terminaalit x-y ovat avoimet (ei kuormitusta), terminaalivoltti x-y on V = I ×ri. Siksi saamme:
Siksi jokainen käytännöllinen jännitelähde, jolla on ideaali-jännite V ja sisäinen vastus rv, voidaan korvata virrannäyttäjällä I, jolla on sisäinen vastus rinnankytetty virrannäyttäjän kanssa.
Lähdemuunnos: Jännitelähteen muuntaminen virrannäyttäjäksi
Kun jännitelähde on sarjaan kytketty vastuksen kanssa ja sitä tarvitsee muuttaa virrannäyttäjäksi, vastus kytketään rinnan virrannäyttäjän kanssa, kuten kuvassa näkyy. Tässä virrannäyttäjän arvo on annettu seuraavasti:R
Yllä olevassa piirikaaviossa virrannäyttäjä, joka on rinnankytetty vastuksen kanssa, voidaan muuntaa jännitelähteeksi asettamalla vastus sarjaan jännitelähteen kanssa. Tässä jännitelähteen arvo on annettu seuraavasti:Vs = Is × R
