Jak se vypočítá vnitřní odpor?

Vnitřní odpor zdroje: Skrytá charakteristika, která ovlivňuje výkon

Každý zdroj elektrické energie, ať už jde o baterii, akumulátor, solární panel nebo generátor, má kromě jmenovitého napětí a proudu ještě jednu důležitou vlastnost: vnitřní odpor. Tento odpor, označený obvykle jako Ri nebo r, hraje klíčovou roli v určení skutečného výkonu, který je zdroj schopen dodávat do zátěže.

Představme si vnitřní odpor jako sériově zapojený rezistor přímo uvnitř zdroje. Tento hypotetický rezistor spotřebovává část energie generované zdrojem, a tím snižuje napětí dostupné pro vnější zátěž. Čím vyšší je vnitřní odpor, tím větší je tato ztráta.

Proč je vnitřní odpor důležitý?

Vnitřní odpor ovlivňuje celou řadu vlastností zdroje, včetně:

• Maximální dodávaný proud: Čím vyšší je vnitřní odpor, tím nižší je maximální proud, který je zdroj schopen dodat do zátěže. Při velkém odběru proudu dochází k výraznému poklesu napětí na svorkách zdroje.
• Účinnost: Vnitřní odpor způsobuje ztráty energie ve zdroji. Čím vyšší je odpor, tím nižší je celková účinnost zdroje.
• Stabilita napětí: Zdroje s nízkým vnitřním odporem jsou méně náchylné k poklesu napětí při zatížení. Toto je obzvláště důležité pro citlivé elektronické obvody, které vyžadují stabilní napájecí napětí.

Jak se vypočítá vnitřní odpor?

Nejpřímější metoda výpočtu vnitřního odporu využívá měření napětí naprázdno a zkratového proudu. Tyto hodnoty se následně dosadí do Ohmova zákona v modifikované formě:

R = U / I

kde:

• R je vnitřní odpor (v ohmech, Ω)
• U je napětí naprázdno (v voltech, V) – napětí na svorkách zdroje, když k němu není připojena žádná zátěž.
• I je zkratový proud (v ampérech, A) – proud, který teče, když jsou svorky zdroje přímo propojeny (zkrat). Upozornění: Zkratování zdroje může být nebezpečné a poškodit zdroj. Proto je nutné postupovat opatrně a s vědomím rizik.

Alternativní metody výpočtu

V praxi se zkratový proud měří zřídka kvůli riziku poškození zdroje. Častěji se používá metoda zatěžovací charakteristiky. Tato metoda spočívá v měření napětí na svorkách zdroje při různých zátěžích a následném vykreslení grafu. Z grafu se pak dá vnitřní odpor odvodit jako směrnice zatěžovací charakteristiky.

Praktické úvahy

Je důležité si uvědomit, že vnitřní odpor zdroje není konstantní hodnota. Může se měnit v závislosti na teplotě, stavu nabití (u baterií), stáří zdroje a dalších faktorech. Proto je obvykle uváděna určitá tolerance nebo typická hodnota.

Znalost vnitřního odporu zdroje je klíčová pro správné návrhy elektronických obvodů a pro optimalizaci výkonu napájených zařízení. Nízký vnitřní odpor obecně znamená lepší schopnost dodávat energii bez poklesu napětí, což vede ke stabilnější a efektivnější funkci celého systému.