Dopasowanie energetyczne: błogosławieństwo, przekleństwo?
Artykuł przedstawia ważną kwestię dopasowania energetycznego. Omawia nieporozumienia związane ze „szkolnym” teoretycznym podejściem do tematu. Pokazuje, że dopasowanie energetyczne zwykle wcale nie jest optymalnym rozwiązaniem. Wyjaśnia, dlaczego i gdzie wykorzystywane jest w technice radiowej.
Wcześniej w artykule Podstawowe zjawiska falowe omówiłem fundamenty zagadnienia, potem w kilku kolejnych artykułach pokazałem jak można uniknąć odbić oraz dość szeroko wyjaśniłem, czym jest dopasowanie falowe w układach cyfrowych, a przede wszystkim w układach radiowych. Wszystkie informacje dotyczyły tylko dopasowania falowego. Teraz w ramach Radiowej Oślej Łączki trzeba omówić jeszcze dwa inne rodzaje dopasowania: energetyczne oraz szumowe. W poniższym artykule omówię kilka ważnych kwestii związanych z dopasowaniem energetycznym. Wyjaśnię nieporozumienia związane z teoretycznym, szkolnym podejściem do tego zagadnienia.
Jeszcze o dopasowaniu falowym
Zanim omówię dopasowanie energetyczne, niezbędne jest krótkie przypomnienie dotyczące dopasowania falowego. Wiemy już, że energia elektromagnetyczna zawsze przekazywana jest w sposób falowy i że odbicia sygnału elektrycznego występują we wszelkich miejscach nieciągłości, gdzie zmienia się wartość rezystancji falowej (rozumianej jako stosunek natężeń pola elektrycznego i magnetycznego).
Tak, ale zwykle tego nie widzimy. Najprościej biorąc, zjawiska falowe dają o sobie znać przy wysokich częstotliwościach i w bardzo szybkich systemach cyfrowych. Prosta reguła mówi, że zjawiska falowe można pominąć, gdy sygnały przesyłane są na odległość mniejszą, niż 1/10 długości fali tych sygnałów. Przykładowo długość fali elektromagnetycznej o częstotliwości 50 herców wynosi 6000 kilometrów, więc w „energetyce domowej” zjawiskami falowymi – odbiciami – w ogóle nie zawracamy sobie głowy.
Jak pisałem wcześniej dopasowanie falowe jest niezbędne, gdy sygnały elektryczne przesyłamy na „większe” odległości, a określenie „większe” zależy od częstotliwości sygnałów. Natomiast gdy sygnały przesyłane są na „małe” odległości, dopasowanie falowe NIE jest potrzebne!
A czy potrzebne jest dopasowanie energetyczne?
Dopasowanie energetyczne, dopasowanie mocy
W szkole jesteśmy uczeni, że dopasowanie energetyczne polega na tym, że z danego źródła energii można uzyskać maksymalną moc. Dlatego mówi się o dopasowaniu mocy. Rysunek 1 pokazuje fragment wpisu w Wikipedii. Sprawa jest jasna tylko w przypadku prądu stałego, a na rysunku 1 mamy zasygnalizowane dwa inne, dużo trudniejsze przypadki. Gdy chodzi o przebiegi zmienne, sytuacja mocno się komplikuje, bo w grę wchodzą przesunięcie fazy, impedancje oraz moc czynna i bierna. Ale to odrębne, szerokie tematy, zasygnalizowane, a nie wyjaśnione na rysunku 1, gdzie tylko wspomniane są liczby zespolone i tak zwana „wartość sprzężona”. Problem też w tym, że do dopasowania energetycznego inaczej podchodzimy w energetyce (moc pozorna, bierna), a inaczej w radiotechnice, gdzie opisujemy to w odmienny sposób, za pomocą innych parametrów.
Rysunek 1
Niemniej podstawy są proste. Otóż najczęściej mamy do czynienia ze źródłami energii o charakterze źródła napięciowego o określonej rezystancji wewnętrznej. Popularny przykład to ogniwo elektryczne, np. bateria jednorazowa, którą traktujemy jako połączenie idealnego źródła napięciowego i wewnętrznej rezystancji RW, według rysunku 2a. Po obciążeniu rezystancją RL otrzymujemy dzielnik napięcia, według rysunku 2b. Nas interesuje moc PL, wydzielona w tym zewnętrznym obciążeniu RL; moc, która będzie zależeć od obu rezystancji.
Rysunek 2
Rozważmy skrajne przypadki. Jeżeli rezystancja RL będzie wielokrotnie większa od rezystancji wewnętrznej RW, to napięcie na obciążeniu (UL) będzie praktycznie równe napięciu źródła napięciowego (UB) – napięcie będzie zmieniać się niewiele ze wzrostem prądu. A prąd będzie wyznaczony praktycznie tylko przez dużą wartość rezystancji RL i będzie to jakiś mały prąd.
Jeżeli natomiast rezystancja obciążenia RL byłaby wielokrotnie mniejsza od rezystancji wewnętrznej RW, to prąd będzie duży, a jego wartość będzie wyznaczona głównie przez RW. Napięcie na obciążeniu (UL) będzie bardzo małe, wielokrotnie mniejsze od napięcia UB. I będzie praktycznie wprost proporcjonalne do rezystancji RL.
(…)
——– ciach! ——–
To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w lutowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2026 znajduje się tutaj.
Piotr Górecki
Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.
