Generatore di tensione

Cos'è una fonte di tensione?

IL fonti di tensione Sono uno dei tipi di generatori di forza elettromotiva (F.E.M.), che forniscono energia ai portatori di carico di un circuito elettrico a una tensione o una tensione fissa regolata dalla sorgente stessa, indipendentemente dall'impedenza circolare.

L'altro tipo di sorgente di forza elettromotoria (f.E.M.) Sono i fonti attuali, che forniscono energia al circuito in modo tale che, indipendentemente dalla resistenza circolare, l'amperaggio rimane stabile.

Sorgente di tensione del computer, che fornisce una tensione di corrente continua stabile di 5 volt e 12 volt per alimentare i diversi circuiti e dispositivi dello stesso

Una fonte di tensione reale è sempre limitata a un intervallo di funzionamento, ovvero opera tra un intervallo di tensione minimo e massimo e tra una corrente minima e massima.

La potenza di una fonte è sostanzialmente il prodotto della massima tensione e della corrente massima che può essere fornita. Pertanto, le fonti di tensione che operano alla stessa tensione massima, possono essere più o meno potenti, a seconda della corrente massima che forniscono al circuito che alimentano.

Tipi di fonti di tensione

Le fonti di tensione possono essere di due tipi:

• Corrente continua
• Corrente alternata. 

Batterie e batterie

Tra le fonti di tensione di corrente continua ci sono batterie o batterie Voltaic.

Nelle batterie e batterie, l'energia viene generata da reazioni chimiche che producono scambi di carica elettrica tra le sostanze reagenti. 

Generatori e alternatori

Tra le fonti di tensione alternative ci sono gli alternatori e i generatori.

La fonte di energia è di origine meccanica, ad esempio: 

• La forza che si applica a una manovella o puleggia collegata al generatore viene convertita in corrente alternata. 
• Nelle dighe idroelettriche l'energia potenziale della caduta d'acqua sposta le turbine. 
• Nelle ruote del pallet mosse dalla corrente di un fiume l'energia cinetica della ruota viene trasferita al generatore.

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Circuiti rettificatore e investitori

Le batterie non sono esclusivamente le uniche fonti di tensione di corrente continua, poiché un alimentatore CC può essere ottenuto dalla rettifica della corrente alternata dalla rete elettrica nazionale o industriale. Questo è il caso di fonti di tensione interna nei computer desktop e trasformatori o regolatori esterni nei laptop.

È anche possibile avere una fonte di tensione alternativa dalle batterie per mezzo.

Resistenza interna

Una fonte di tensione o tensione idealizzata è quella la cui resistenza al passaggio della corrente è zero, tuttavia le fonti di tensione reali hanno una resistenza interna molto piccola ma non zero.

Per questo motivo, nelle fonti di tensione reali, la tensione nei loro terminali dipende leggermente dalla corrente di corrente totale da essa, che produce una goccia o una bassa tensione nominale o una tensione del circuito aperto della sorgente come conseguenza diretta della legge OHM.

Nella misura in cui le batterie si deteriorano, la sua resistenza interna aumenta. Per questo motivo, una batteria usurata mantiene la stessa tensione nominale di una nuova, a condizione che sia misurata per un circuito aperto.

Ma quando si posiziona un carico, la circolazione corrente produce una caduta di tensione significativa in una batteria danneggiata, mentre una batteria in buone condizioni, questa caduta di tensione è molto piccola in relazione alla sua tensione nominale.

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Forza elettromotiva

È la tensione misurata nei terminali di una fonte di tensione per aprire il circuito. Viene misurato in volt e rappresenta l'energia utilizzata dalla sorgente per spostare un coulomb a carico dal terminale negativo a quello positivo, cioè alla controcorrente all'interno della sorgente.

D'altra parte, attraverso il circuito esterno la corrente normalmente circola da positiva a negativa. È chiaro quindi che per spostare i carichi in controcorrente, è richiesta una fonte di energia esterna.

Nel caso delle batterie, l'energia rilasciata nelle reazioni chimiche fornisce carichi l'energia cinetica necessaria per muoversi contro la potenziale differenza dei terminali.

Ma nei generatori elettrici, i portatori di carico energetico sono dovuti alla forza magnetica esercitata quando il driver del generatore si muove rispetto al campo magnetico esterno, producendo ciò che è noto come corrente indotta.

Per spostare i driver dell'avvolgimento di un generatore, in presenza di un campo magnetico, è necessaria una forza meccanica esterna, che è la fonte di energia elettromotiva.

Sia nel caso di batterie che di generatori, i portatori di carico che si muovono contro le attuali soffrono collisioni che li fanno perdere energia, e questa è l'origine della resistenza interna in tutte le fonti di tensione.

Esercizio risolto

Rappresentazione schematica di una fonte di tensione (rettangolo grigio). Vengono anche mostrati resistenza interna e resistenza esterna alla sorgente F.E.m di valore ε. Fonte: f. Zapata.

Nella fonte di tensione della figura precedente, quando si misura la tensione tra i punti A e B con l'interruttore aperto, si ottiene una misura di 13,5 volt. Se viene posizionato un carico di resistenza esterna r = 100 ohm, una corrente circola attraverso il circuito e la differenza potenziale tra le estremità della sorgente diventa 12 volt.

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È richiesto di determinare:

a) La forza elettromotrice (f.E.M.) dalla fonte

b) la corrente totale che circola attraverso il circuito

c) Resistenza interna della fonte di tensione.

Soluzione a

Il valore di f.E.M. È la differenza potenziale tra le estremità della sorgente quando viene misurata su un circuito aperto, quindi per la fonte di questo esercizio F.E.M ha un valore ε = 13,5 v.

Soluzione b

È noto che quando una resistenza esterna viene posizionata r = 100Ω la tensione tra i terminali A e B scende a VAB = 12,0 V, quindi secondo la legge di Ohm:

V_Ab = I⋅r

dove lo segue

I = v_Ab / R = 12,0 V / 100Ω = 0,12a

Vale a dire che la corrente totale che circola dalla sorgente è 0,12a.

Soluzione c

La caduta di tensione di origine quando viene posizionato il carico esterno è:

13.5V - 12.0V = 1.5V

Questa caduta di tensione è dovuta alla resistenza interna della sorgente, quindi:

ε - vab = i⋅r_Yo

Vale a dire:

1,5 V = 0,12a ⋅R_Yo

Da cui segue che, attraverso una semplice spazio, la resistenza interna ha un valore di:

R_Yo = 1,5 V / 0,12a = 12,5Ω.