Podręcznik

1. Zbyt słabe źródło lub zbyt obciążające obciążenie

Zapewne każdy z czytających ten tekst miał kiedyś następujące doświadczenie: źródło zasilania (bateria, akumulator) lub źródło sygnału (wzmacniacz czy generator) działa poprawnie, tzn. ma na swoim wyjściu właściwe napięcie tylko wtedy, kiedy nie jest niczym obciążone, jednak nie jest w stanie poprawnie wysterować dołączonego do niego odbiornika. Typowym przykładem jest samochodowy akumulator, który - zmierzony woltomierzem bez obciążenia - wygląda na sprawny, ale jednocześnie nie jest w stanie uruchomić rozrusznika. Mówi się wtedy często, że źródło napięcia (sygnału) "siada pod obciążeniem".

Rys. 1: a. nieobciążone źródło napięcia E_G z rezystancją wewnętrzną R_G, napięcie U_O zmierzone na wyjściu jest równe sile elektromotorycznej E_G. b. to samo źródło z dołączonym do jego wyjścia obciążeniem R_O - napięcie U_O na wyjściu jest teraz  niższe niż E_G.

Co to tak naprawdę znaczy? Najczęściej to, co ilustruje rys. 1.

Prawie zawsze niepoprawne działanie źródła po dołączeniu do niego obciążenia znaczy to samo: rezystancja wewnętrzna (wyjściowa) R_G  źródła jest zbyt duża, by obciążenie dało się odpowiednio wysterować[1]. Na to zjawisko można spojrzeć na dwa sposoby, które tak naprawdę sprowadzają się do tego samego:

a. zbyt duża rezystancja R_G sprawia, że po jego obciążeniu "brakuje napięcia":

źródło ma co prawda wystarczające, i zgodne z założeniami napięcie, E_G (SEM), niestety zbyt duża rezystancja wyjściowa R_G sprawia, że z R_G i R_O tworzy się dzielnik napięciowy, który uniemożliwia odłożenie na R_O napięcia bliskiego pożądanemu (czyli E_G).

b. zbyt duża rezystancja R_G sprawia, że dla obciążenia "brakuje prądu":

aby na obciążeniu R_O odłożyło się napięcie bliskie E_G, potrzeba - zgodnie z prawem Ohma - określonego prądu. Niestety, zbyt duża wartość R_G sprawia, że gdyby potrzebny prąd wypłynął ze źródła, spowodowałby spadek napięcia na rezystancji R_G tak duży, że odłożenie właściwego napięcia na R_O byłoby niemożliwe (bo suma napięć U_RO i U_RG byłaby większa od E).

W sytuacji, kiedy mamy do czynienia z akumulatorem lub baterią, opisany problem można rozwiązać w prosty sposób: wymieniając baterię na nową albo ładując akumulator (w obu przypadkach działanie to sprowadza się przede wszystkim do zmniejszenia rezystancji wewnętrznej źródła napięcia zasilającego). Niestety takie postępowanie nie jest możliwe wtedy, kiedy mamy do czynienia ze źródłem sygnału, na przykład z generatorem lub wzmacniaczem. Rezystancja wewnętrzna jest wtedy najczęściej określona przez konstrukcję źródła i albo z powodu fizycznych ograniczeń w ogóle nie możemy jej zmienić, albo jej zmiana pociągałaby za sobą określone koszty – np. zmniejszenie wzmocnienia lub konieczność zupełnego przeprojektowania gotowego układu.

W takiej sytuacji możemy zastosować inne rozwiązanie, czyli zastosować wtórnik.