Versterkers: Actieve Apparaten Benutten om Vermogen te Versterken

Praktisch Voordeel van Actieve Apparaten

Het praktische voordeel van actieve apparaten is hun versterkende vermogen. Of het apparaat nu spanning-gecontroleerd of stroom-gecontroleerd is, de hoeveelheid vermogen die vereist is van het controlerend signaal is doorgaans veel minder dan de hoeveelheid vermogen beschikbaar in de gecontroleerde stroom. Met andere woorden, een actief apparaat laat niet alleen elektriciteit elektriciteit controleren; het laat een kleine hoeveelheid elektriciteit een grote hoeveelheid elektriciteit controleren.

Vanwege deze dispariteit tussen controlerend en gecontroleerd vermogen, kunnen actieve apparaten ingezet worden om een grote hoeveelheid vermogen (gecontroleerd) te sturen door de toepassing van een kleine hoeveelheid vermogen (controlerend). Dit gedrag wordt versterking genoemd.

Wet van Behoud van Energie in Machines

Het is een fundamentele regel van de natuurkunde dat energie noch gecreëerd noch vernietigd kan worden. Formeel gesteld heet deze regel de Wet van Behoud van Energie, en tot nu toe zijn er geen uitzonderingen ontdekt. Als deze Wet waar is – en een overmacht aan experimentele data suggereert dat – dan is het onmogelijk om een apparaat te bouwen dat in staat is een kleine hoeveelheid energie te nemen en het magisch te transformeren in een grote hoeveelheid energie. Alle machines, elektrische en elektronische schakelingen inbegrepen, hebben een bovengrens van 100 procent efficiëntie. Op zijn best is vermogen uit gelijk aan vermogen in, zoals in de onderstaande figuur.

De vermogensuitgang van een machine kan benaderen, maar nooit overschrijden, de vermogensinvoer voor 100% efficiëntie als bovengrens.

Meestal halen machines zelfs deze limiet niet, verliezend een deel van hun invoerenergie in de vorm van warmte die in de omringende ruimte wordt gestraald en daarom niet deel uitmaakt van de uitgangsenergiestroom. (Onderstaande figuur)

Een realistische machine verliest meestal een deel van zijn invoerenergie als warmte bij het transformeren ervan in de uitgangsenergiestroom.

Perpetuum Mobiles

Vele mensen hebben geprobeerd, zonder succes, machines te ontwerpen en bouwen die meer vermogen leveren dan ze opnemen. Niet alleen zou zo'n perpetuum mobile bewijzen dat de Wet van Behoud van Energie geen Wet was, maar het zou een technologische revolutie ontketenen zoals de wereld nog nooit gezien heeft, want het zou zichzelf in een circulaire lus kunnen aandrijven en overmaat vermogen voor 'gratis' genereren. (figuur hieronder)

Hypothetisch 'perpetuum mobile' voedt zichzelf?

Ondanks veel inspanning en veel onrechtmatige claims van 'gratis energie' of over-unity machines, heeft er nog geen eenmalig de eenvoudige test doorstaan van zichzelf te voeden met zijn eigen energie-uitgang en energie over te houden.

Versterkers

Er bestaat wel een klasse machines bekend als versterkers, die in staat zijn om laag-vermogen signalen op te nemen en signalen van veel groter vermogen uit te geven. 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 capaciteit hebben om een grote hoeveelheid elektrisch vermogen te controleren met een kleine hoeveelheid elektrisch vermogen, kunnen ze in een schakeling zo gerangschikt worden dat ze de vorm van het invoersignaalvermogen dupliceren vanuit een grotere hoeveelheid vermogen die geleverd wordt door een externe bron. Het resultaat is een apparaat dat lijkt de vermogensgrootte van een klein elektrisch signaal (meestal een AC-spanningsgolf) magisch te vergroten in een identiek gevormde golf van grotere magnitude.

De Wet van Behoud van Energie wordt niet geschonden omdat het additionele vermogen geleverd wordt door een externe bron, meestal een DC-batterij of equivalent. De versterker creëert of vernietigt geen energie, maar vormt het alleen om in de gewenste golfvorm zoals getoond in de onderstaande figuur.

Hoewel een versterker een klein invoersignaal kan schalen naar een grote uitgang, is zijn energiebron een externe voeding.

Met andere woorden, het stroom-controlerende gedrag van actieve apparaten wordt gebruikt om DC-vermogen van de externe bron te vormen in dezelfde golfvorm als het invoersignaal, producerend een uitgangssignaal van gelijke vorm maar ander (groter) vermogensmagnitude. De transistor of een ander actief apparaat binnen een versterker vormt puur een grotere kopie van het invoersignaalgolf uit de 'rawe' DC-energie die geleverd wordt door een batterij of andere bron.

Beperkingen van Versterkers

Versterkers, zoals alle machines, zijn in efficiëntie beperkt tot een maximum van 100 procent. Meestal zijn elektronische versterkers veel minder efficiënt, wat aanzienlijke hoeveelheden energie in de vorm van afvalwarmte dissipeert. Omdat de efficiëntie van een versterker altijd 100 procent of minder is, kan er nooit een gemaakt worden dat fungeert als een 'perpetuum mobile'-apparaat.

De vereiste van een externe energiebron is gemeenschappelijk voor alle typen versterkers, elektrisch en niet-elektrisch. Een veelvoorkomend voorbeeld van een niet-elektrisch versterkingssysteem zou de stuurgereedschap in een auto zijn, die de vermogenskracht van de armen van de bestuurder in het draaien van het stuur versterkt om de voorwielen van de auto te bewegen. De bron van vermogen die nodig is voor de versterking komt van de motor. Het actieve apparaat dat de 'invoersignaal' van de bestuurder controleert, is een hydraulische klep die vloeistofvermogen van een pomp aangesloten op de motor doorstuurt naar een hydraulische cylinder die wielbeweging ondersteunt. Als de motor stopt met draaien, faalt het versterkingssysteem de armkracht van de bestuurder te versterken en wordt de auto erg moeilijk te sturen.

GERELATEERDE WERKBLADEN:

• Elementaire Versterker Theorie Werkblad