Generatori reali

Non si riesce a realizzare  generatori di tensione e corrente perfettamente costanti.

In un generatore di tensione reale  la tensione generata diminuisce all'aumentare del carico (corrente erogata). Si consideri ad es. l'attenuazione delle luci dell'automobile durante l'avviamento, a causa dell'elevata corrente richiesta dal motorino di avviamento.

Questo fenomeno si può modellizzare inserendo in serie al generatore ideale una resistenza, che prende il nome di resistenza interna del generatore; spesso viene indicata con Rs (serie), Rg (generatore), Ri (interna).

Questa resistenza non è un componente discreto piazzato all'interno del generatore, ma serve per rappresentare elettricamente (modellizzare con relazioni matematiche)  il fenomeno fisico che attenua la differenza di potenziale generata all'aumentare della corrente erogata. Si osserva che anche la resistenza descritta con la legge di Ohm è ideale e che il comportamento di un componente elettrico reale si rappresenta con un insieme di componenti ideali, cosi' come funzioni matematiche complicate sono una combinazione degli operatori matematici fondamentali. E' ovvio che se i modelli base sono lineari il modello più complesso rimarrà anch'esso lineare. Comportamenti non lineari si possono linearizzare commettendo un errore (di linearità), in alcuni casi anche a tratti (diodo).

A vuoto, corrente di carico nulla (resistenza di carico infinita), il generatore fornisce la sua massima tensione, detta tensione di ca. 

In pratica Rs provoca un effetto di partizione di tensione con RL e quindi RL deve essere molto grande rispetto a Rs per ridurre l'attenuazione della tensione dovuta alla resistenza interna.

Considerazioni analoghe valgono per il generatore di corrente ideale che eroga la sua massima corrente in condizioni di cc; applicando una resistenza di carico la corrente erogata in pratica diminuisce. Questo fenomeno è modellizzato con una resistenza interna parallelo che provoca una partizione di corrente con RL. Questa volta  RL deve essere molto piccola rispetto a Rs per ridurre l'attenuazione di corrente dovuta alla resistenza interna.

Le considerazioni che legano RL ed Rs in funzione del tipo di generatore (tensione o corrente) hanno una importanza generale in quanto il generatore e il carico possono rappresentare rispettivamente l'uscita e l'ingresso di due generici  blocchi circuitali collegati tra loro, come ad es. un amplificatore che comanda un'altro amplificatore. Tutto questo sarà più chiaro con i teoremi di Thevenin e Norton.

ADATTAMENTO DI POTENZA

Le considerazioni precedenti riguardano la necessità di ottenere la massima tensione sul carico (nel caso di generatore di tensione).

Tuttavia può essere importante valutare il trasferimento di potenza tra il generatore e il carico al variare del carico stesso (es. il generatore  fotovoltaico che deve trasferire il massimo della potenza alla rete elettrica che funge da carico, oppure l'amplificatore audio che deve trasferire la sua massima potenza agli altoparlanti); in particolare si vuole ricercare il valore di RL che massimizza la potenza sul carico.

Con riferimento al circuito precedente, indicando con P la potenza assorbita dal carico RL, si osserva che:

• se RL =0 Ohm, cc, P=0W  (V=0V)

• se RL =00 , ca,  P=0W (I=0A)

• P>0 sempre 

• in termini quantitativi si ha: P=VL*IL= IL2*RL=(Eca/(Rs+RL))2 * RL  e si osserva subito che P non è una funzione lineare di RL.

Per le osservazioni precedenti P è una curva  positiva che parte da zero e arriva a zero. Deve esserci almeno un massimo.

Si dimostra che il massimo trasferimento di potenza si ha per RL=RS e si dice che in tale condizione sorgente e carico sono adattati per il massimo trasferimento di potenza