Frage:
Warum ist Leistung so oft mit Strom und nicht auch mit Spannung verbunden?
Ben Granger
2016-09-01 11:05:58 UTC
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Ich habe neulich eines meiner Lehrbücher über lineare BJT-Emitterfolger-Verstärker (nicht relevant) gelesen und bin auf die folgende Passage gestoßen:

Obwohl die Kleinsignal-Spannungsverstärkung von Der Emitterfolger ist etwas kleiner als 1, die kleine Signalstromverstärkung ist normalerweise größer als 1. Daher erzeugt die Emitterfolgerschaltung eine kleine Signalleistungsverstärkung.

Aber ich habe gelernt, dass die Leistung kann ausgedrückt werden:

\ $ P = IR = \ frac {V ^ 2} {R} = I ^ 2R \ $

Dies bedeutet, dass die Leistung direkt proportional zu beiden ist Strom UND Spannung. Würde dies nicht bedeuten, dass eine große Spannungsverstärkung auch eine Leistungsverstärkung liefert?

Dies ist nicht der einzige Ort, an dem ich diese Diskrepanz gesehen habe. Es scheint, dass Menschen, wenn sie über Strom sprechen, sich nur wirklich mit Strom und nicht mit Spannung befassen, obwohl die Mathematik zu vermuten scheint, dass dies nicht der Fall ist.

Kann jemand darauf näher eingehen?

EDIT: Eine Erklärung, die ich mir vorstellen kann, ist, dass an einem offenen Stromkreis Spannung anliegen kann. Eine Erhöhung dieser Spannung würde theoretisch die Leistung erhöhen, obwohl nichts heiß wird ... während bei Stromfluss die Leistung durch Erhöhen des Stroms erhöht wird würde die Komponente dazu bringen, mehr Energie abzuleiten ...

Nichts in der von Ihnen zitierten Passage widerspricht dem, was Sie gesagt haben.Können Sie Ihre Verwirrung erklären?
Ich bin nur verwirrt darüber, warum sie (die Autoren) das gerade erwähnen würden.Sie haben gerade alles über Common-Emitter-Verstärker und ihre Hochspannungsverstärkungscharakteristik erklärt, aber die Leistungsverstärkung nicht einmal erwähnt.Es scheint zu implizieren, dass die Spannung (von beiden, Strom und Spannung) mit der Leistung weniger verbunden ist.
Ich denke, Sie haben die richtige Idee und * "Leute, die sich nur mit Strom und nicht mit Spannung befassen" * gehen wahrscheinlich davon aus, dass die ** Spannung konstant ist **. Dies könnte bei einem Verstärker der Fall sein, der mit einer bestimmten konstanten Leistung betrieben wirdVersorgungsspannung.Beachten Sie, dass zur Erhöhung des Stroms eine Impedanz (R) abgesenkt werden muss!
Die Spannungsverstärkung ist kleiner als eins, daher ist dies ein leichter Leistungsabfall.Die Stromverstärkung ist jedoch größer als eins, so dass dieser Abfall ausgeglichen wird und etwas mehr Leistung hinzugefügt wird.
@FakeMoustache Und der Emitterfolger erreicht dies, indem er eine Ausgangsimpedanz hat, die weit unter der Eingangsimpedanz liegt?
@RogerRowland Hmm, also sprechen sie vielleicht von einer Nettoleistungsverstärkung, was impliziert, dass beispielsweise bei einem Common-Emitter-Verstärker die Stromverstärkung die Spannungsverstärkung aufhebt?
Ja, es wäre wahrscheinlich intuitiver, wenn sie diese Gewinne mit Zahlen belegen würden.Möglicherweise beträgt die Spannungsverstärkung beispielsweise 0,95 und die Stromverstärkung 50.
Die Ausgangsimpedanz des Emitterfolgers ist zwar niedriger **, aber das ist hier nicht so relevant **, die Ausgangsleistung wird nicht in dieser Ausgangsimpedanz, sondern in der Last abgeführt!Und die Last kann eine viel niedrigere Impedanz haben, da der E-Follower mehr Strom liefern kann.Angenommen, Sie haben eine Quelle, die nur ein Signal von 1 mA liefern kann. Fügen Sie jetzt einen E-Follower mit einem Beta von 100 hinzu. Am Ausgang kann sie jetzt ein Signal von 100 mA liefern.Da ein E-Follower eine Spannungsverstärkung nahe 1 hat, ist die verfügbare Leistung am Ausgang fast 100-mal größer!
Ahhh, ich nehme an, sie haben nur die Tatsache hervorgehoben, dass der Emitterfolger verwendet werden kann, um den Strom Ihres Signals zu verstärken und dabei zu helfen, was auch immer Sie einspeisen?
Ja, um eine niederohmige Last anzutreiben.Wie bei Audioverstärkern ist die letzte Stufe häufig ein E-Follower, um die sehr niedrige Impedanz eines Lautsprechers (4 oder 8 Ohm) ansteuern zu können.Die Stufen vor dieser letzten E-Follower-Stufe kümmern sich um die Spannungsverstärkung und eine gewisse Stromverstärkung, die letzte Stufe übernimmt nur die Stromverstärkung.
Gern geschehen :-)
Der Strom ist relevanter, da die Leistungsaufnahme durch konstante Spannungseingangszeiten und variable Strombelastungen bestimmt wird, wenn der Ausgang von Schiene zu Schiene erfolgt oder in der Nähe der Schiene mit einem Spannungsabfall gesättigt ist. Dann sind beide wichtig.
oh ok, du bekommst also ein leicht vermindertes Spannungssignal mit mehr Strom und damit mehr Leistung, ich verstehe, danke
$$ P = VI = \ frac {V ^ 2} {R} = I ^ 2R $$
Fünf antworten:
Bruce Abbott
2016-09-01 12:27:32 UTC
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Wenn Menschen über Strom sprechen, geht es ihnen anscheinend nur um Strom und nicht um Spannung.

Ignorante Menschen vielleicht, aber jeder kompetente Elektrotechniker weiß, dass Spannung und Strom müssen berücksichtigt werden.

Obwohl die Spannungsverstärkung des Kleinsignals des Emitterfolgers etwas kleiner als 1 ist, ist die kleine Die Signalstromverstärkung ist normalerweise größer als 1.

Hier besteht keine Diskrepanz. Die Autoren weisen darauf hin, dass wenn eine Stromverstärkung vorliegt, keine Spannungsverstärkung erforderlich ist, um die Leistung zu erhöhen. Der Mythos, den sie zu zerstreuen versuchen, ist, dass Sie keinen Leistungsgewinn ohne Spannungsverstärkung haben können - genau das Gegenteil von dem, worüber Sie denken, dass die Leute besorgt sind.

Eine Erklärung, die ich mir vorstellen kann, ist, dass an einem offenen Stromkreis Spannung anliegen kann. Wenn Sie also diese Spannung erhöhen, erhöht sich theoretisch die Leistung.

Wenn der Ausgang ist Unterbrechung dann zieht es keinen Strom, so dass es keine Leistungsverstärkung geben kann. Es kann jedoch immer noch nützlich sein, die Spannungsverstärkung zu berücksichtigen, wenn diese Spannung mit einer Last aufrechterhalten werden kann.

In einigen Schaltungen (z. B. Videoverstärker) sind die Quellen- und Lastimpedanzen angepasst, was dazu führt, dass die Hälfte der Ausgangsspannung und Leistung in der Quelle verloren geht. In diesem Fall würden Sie normalerweise nur die Spannungsverstärkung unter Last berücksichtigen (ein Videoverstärker mit einer Leerlaufspannungsverstärkung von 2 ist also tatsächlich ein Verstärkungspuffer von eins).

Bei anderen (z. B. Audioverstärkern) ist die Lastimpedanz normalerweise viel höher als die Quellenimpedanz, sodass die Spannungsverstärkung (fast) konstant bleibt, unabhängig davon, ob die Last angesteuert oder der Stromkreis unterbrochen wird.Wenn die Lastimpedanz verringert wird, zieht sie bei gleicher Spannung mehr Strom und Leistung.Dies ist für Signale mit niedrigem Pegel nicht wichtig, daher wird normalerweise nur die Spannung berücksichtigt.Die Ausgangsleistung eines Audio-Leistungsverstärkers ist sehr wichtig, daher wird die Lautsprecherimpedanz immer berücksichtigt - Ausgangsspannung und -strom werden jedoch selten erwähnt.

Brian Drummond
2016-09-01 14:02:46 UTC
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Sie haben Recht, dass die Leistung sowohl von Strom als auch von Spannung abhängt.

Unter bestimmten Umständen ist einer wichtiger als der andere. Am Beispiel eines Emitterfolgerverstärkers (auch als Common Collector bezeichnet) beträgt die Spannungsverstärkung fast 1 (nicht sehr interessant), sodass die gesamte Leistungsverstärkung von der Stromverstärkung herrührt.

Verdrahten Sie jedoch denselben Transistor wie ein gemeinsamer Basisverstärker - der Eingang wird dem Emitter zugeführt. Jetzt erscheint der größte Teil des Stroms am Kollektor (d. H. Die Stromverstärkung beträgt fast 1; Sie verlieren einen winzigen Bruchteil an der Basis), sodass die gesamte Leistungsverstärkung aus der Spannungsverstärkung stammt.

Und natürlich hat der gemeinsame Emitter sowohl eine Spannungs- als auch eine Stromverstärkung, daher eine relativ hohe Leistungsverstärkung.

Es gibt jedoch Fälle, in denen die Leistung am nützlichsten als I ^ 2R ausgedrückt wird - Oft verschwendete Energie in einem Motor oder einem langen Kabel.

Stellen Sie sich eine Übertragungsleitung vor, die eine andere Stadt mit Spannung V und Strom I versorgt. Die bei der Übertragung verschwendete Leistung ist unabhängig von V und proportional zu I ^ 2.

Nun ist es nützlich, verschwendete Energie mit Strom zu verknüpfen. Wir können sehen, dass wir zur Minimierung von Verschwendung den Strom reduzieren wollen. Um die gleiche Leistung zu übertragen, wollen wir die Spannung erhöhen. Aus diesem Grund werden trotz der Kosten für Transformatoren an beiden Enden Hochspannungsübertragungsleitungen verwendet.

Natürlich beträgt die an die Last übertragene Leistung VL * I (wobei VL am Lastende gemessen wird), während die Die erforderliche Leistung ist VG * I (wobei VG am Generator gemessen wird) - und die Differenz (VG - VL) ist der Spannungsabfall entlang des Kabels = I * R.

Ein ähnlicher Fall ist bei elektrischen Geräten zu beobachten Motoren, bei denen der Hauptleistungsverlust I ^ 2R-Verluste im Wicklungswiderstand R sind. Es gibt keinen ähnlichen Spannungsverlust, so dass ein Motor am effizientesten mit relativ hoher Drehzahl (Drehzahl proportional zur Spannung) und relativ läuft niedrige Drehmomentlast (Drehmoment ist proportional zum Strom).

In beiden Fällen und vielleicht auch in anderen Fällen führt das Nachdenken über Energieverschwendung, hauptsächlich in Bezug auf Strom, zu nützlichen Erkenntnissen.

Antonio
2016-09-01 13:00:08 UTC
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Ich denke, Sie haben Ihre Frage im Teil "Bearbeiten" beantwortet.

Es ist richtig, \ $ P = VI \ $, aber in der Gleichung, die Sie geschrieben haben, ist \ $ P = IR = \ frac {V ^ 2} {R} = I ^ 2R \ $ ist offensichtlicher, dass es auch einen Widerstand gibt, der im Spiel spielt.

Macht ist die Arbeit, die in der Zeiteinheit geleistet wird, oder besser ist dieMenge an Energieverbrauch pro Zeiteinheit.
Spannung ist potentielle Energie , und ich kann eine große Spannungsquelle haben, aber wenn wir keinen Widerstand über dieQuelle, die Energie bleibt "Potenzial", machen Sie keine Arbeit.
Wenn wir eine Last einen Stromfluss anschließen und "etwas tun".

Aber ... Sie haben dies bereits geschriebenprägnanter Weg, in der "EDIT".:-)

Ich habe nicht einmal so über meine Bearbeitung nachgedacht, was die Arten von Energie angeht, das ist ein guter Punkt.Beim Schreiben habe ich die Tatsache vergessen, dass ein offener Stromkreis keinen Strom oder unendlichen Widerstand bedeutet, was bedeutet, dass keine Leistung abgegeben wird, wie Bruce Abbott oben ausgeführt hat.Ich gewöhne mich jedoch immer noch an das Konzept des Last- / Quellenwiderstands - danke für Ihre Antwort!
old_timer
2016-09-01 20:13:26 UTC
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Obwohl die Spannung variieren kann / muss, sind viele Dinge für eine feste Spannung ausgelegt. Um die Leistung zu ändern, ändern Sie den Strom.Die Wechselstromleistung, die aus der Wand kommt, ist sicher Wechselstrom, aber ihre Amplitude und Frequenz sind fest. Es ist ein Strom, der an die Leistung gebunden ist, wenn V fest ist.Ein batteriebasiertes System, obwohl die Spannung variieren kann, ist es der Strom, der den größten Teil der Änderung bewirkt.Fast alles ist auf eine feste Spannung ausgelegt, und der Strom variiert. Wenn Sie also V konstant halten, hängt P mit I zusammen und Sie müssen normalerweise nur über I sprechen.

J L Marin
2016-09-02 22:13:58 UTC
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Ich denke, dies kann daran liegen, dass die Leistung direkt proportional zum Strom- UND Spannungsabfall ist (nicht nur "Spannung" im Sinne der Spannung gegen Masse).Die Verlustleistung an jedem Gerät beträgt \ $ P = I \ Delta V \ $, wobei \ $ V \ $ der Spannungsabfall an den Klemmen ist.Wenn Sie verschiedene Geräte in Reihe in einem bestimmten Schaltungsabschnitt betrachten, kann jeder Spannungsabfall stark variieren, aber der Strom ist allen gemeinsam.In dieser Situation hilft Strom besser, die Stromversorgung in den Griff zu bekommen.

Siehe auch diese andere Frage.



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