Versterkers

Praktisch voordeel van actieve apparaten

Het praktische voordeel van actieve apparaten is hun versterkende vermogen. Of het apparaat in kwestie nu spanningsgestuurd of stroomgestuurd is, de hoeveelheid vermogen die nodig is voor het stuursignaal is typisch veel minder dan de hoeveelheid vermogen die beschikbaar is in de gestuurde stroom. Met andere woorden, een actief apparaat laat niet alleen elektriciteit toe om elektriciteit te regelen; het staat een kleine . toe hoeveelheid elektriciteit om een ​​grote . te bedienen hoeveelheid elektriciteit.

Vanwege dit verschil tussen controle en gecontroleerd vermogens kunnen actieve apparaten worden gebruikt om een ​​grote hoeveelheid vermogen te regelen (gecontroleerd) door het aanleggen van een kleine hoeveelheid vermogen (controlerend). Dit gedrag staat bekend als amplificatie .

Wet van behoud van energie in machines

Het is een fundamentele regel van de natuurkunde dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd. Formeel gesteld, deze regel staat bekend als de wet van behoud van energie, en tot op heden zijn er geen uitzonderingen op ontdekt. Als deze wet waar is - en een overweldigende hoeveelheid experimentele gegevens suggereert dat dit zo is - dan is het onmogelijk om een ​​apparaat te bouwen dat in staat is een kleine hoeveelheid energie op te nemen en dit op magische wijze om te zetten in een grote hoeveelheid energie. Alle machines, inclusief elektrische en elektronische circuits, hebben een maximale efficiëntie van 100 procent. In het beste geval is stroom uit gelijk aan stroom in, zoals in de onderstaande afbeelding.

Het uitgangsvermogen van een machine kan het ingangsvermogen voor 100% efficiëntie als bovengrens benaderen, maar nooit overschrijden.

Gewoonlijk voldoen machines niet eens aan deze limiet, waardoor een deel van hun ingangsenergie verloren gaat in de vorm van warmte die wordt uitgestraald naar de omringende ruimte en daarom geen deel uitmaakt van de uitgangsenergiestroom. (Figuur hieronder)

Een realistische machine verliest meestal een deel van zijn input-energie als warmte bij het omzetten in de output-energiestroom.

Perpetual Motion Machines

Veel mensen hebben zonder succes geprobeerd machines te ontwerpen en te bouwen die meer vermogen produceren dan ze opnemen. Niet alleen zou zo'n eeuwigdurende beweging machine bewijzen dat de wet van behoud van energie toch geen wet was, maar het zou een technologische revolutie inluiden zoals de wereld nog nooit heeft gezien, want het zou zichzelf van stroom kunnen voorzien in een cirkelvormige lus en overtollige stroom "gratis" kunnen genereren. (figuur hieronder)

Hypothetische "perpetuum mobile" drijft zichzelf aan?

Ondanks veel moeite en veel gewetenloze beweringen over "vrije energie" of overeenheid machines, niemand heeft ooit de eenvoudige test doorstaan ​​om zichzelf van stroom te voorzien met zijn eigen energie-output en energie op te wekken om te sparen.

Versterkers

Er bestaat echter een klasse van machines die bekend staat als versterkers , die signalen met een klein vermogen kunnen opnemen en signalen met een veel groter vermogen kunnen uitvoeren. De sleutel om te begrijpen hoe versterkers kunnen bestaan ​​zonder de wet van behoud van energie te schenden, ligt in het gedrag van actieve apparaten.

Omdat actieve apparaten de mogelijkheid hebben om te controleren een grote hoeveelheid elektrisch vermogen met een kleine hoeveelheid elektrisch vermogen, kunnen ze in een circuit worden gerangschikt om de vorm van het ingangssignaalvermogen te dupliceren van een grotere hoeveelheid vermogen geleverd door een externe voedingsbron. Het resultaat is een apparaat dat op magische wijze de kracht van een klein elektrisch signaal (meestal een wisselspanningsgolfvorm) lijkt te vergroten tot een identiek gevormde golfvorm van grotere omvang.

De wet van behoud van energie wordt niet geschonden omdat de extra stroom wordt geleverd door een externe bron, meestal een gelijkstroombatterij of gelijkwaardig. De versterker creëert noch vernietigt energie, maar hervormt deze alleen in de gewenste golfvorm, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Terwijl een versterker een klein ingangssignaal kan schalen naar een grote output, is de energiebron een externe voeding.

Met andere woorden, het stroomregelende gedrag van actieve apparaten wordt gebruikt om vorm te geven Gelijkstroom van de externe stroombron in dezelfde golfvorm als het ingangssignaal, waardoor een uitgangssignaal wordt geproduceerd met dezelfde vorm maar met een andere (grotere) vermogensgrootte. De transistor of een ander actief apparaat in een versterker vormt slechts een grotere kopie van de golfvorm van het ingangssignaal uit de "ruwe" gelijkstroom die wordt geleverd door een batterij of een andere stroombron.

Beperkingen van versterkers

Versterkers zijn, net als alle machines, beperkt in efficiëntie tot maximaal 100 procent. Gewoonlijk zijn elektronische versterkers veel minder efficiënt dan dat, omdat ze aanzienlijke hoeveelheden energie afvoeren in de vorm van afvalwarmte. Omdat het rendement van een versterker altijd 100 procent of minder is, kan men nooit iemand laten functioneren als een 'perpetuum mobile'-apparaat.

De vereiste van een externe stroombron is gebruikelijk voor alle soorten versterkers, elektrisch en niet-elektrisch. Een veelvoorkomend voorbeeld van een niet-elektrisch versterkingssysteem is stuurbekrachtiging in een auto, waarbij de kracht van de armen van de bestuurder wordt versterkt door aan het stuur te draaien om de voorwielen van de auto te bewegen. De krachtbron die nodig is voor de versterking komt van de motor. Het actieve apparaat dat het "invoersignaal" van de bestuurder regelt, is een hydraulische klep die de vloeistofkracht van een pomp die aan de motor is bevestigd naar een hydraulische zuiger stuurt die de wielbeweging ondersteunt. Als de motor stopt met draaien, kan het versterkingssysteem de armkracht van de bestuurder niet versterken en wordt het erg moeilijk om de auto te draaien.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad elementaire versterkertheorie