Amplificateurs

Avantage pratique des appareils actifs

L'avantage pratique des appareils actifs est leur amplification aptitude. Que le dispositif en question soit commandé en tension ou en courant, la quantité de puissance requise du signal de commande est généralement bien inférieure à la quantité de puissance disponible dans le courant commandé. En d'autres termes, un dispositif actif ne permet pas seulement à l'électricité de contrôler l'électricité; il permet un petit quantité d'électricité pour contrôler un grand quantité d'électricité.

En raison de cette disparité entre contrôler et contrôlé puissances, des dispositifs actifs peuvent être utilisés pour gérer une grande quantité de puissance (contrôlée) par l'application d'une petite quantité de puissance (contrôle). Ce comportement est connu sous le nom d'amplification .

Loi de la conservation de l'énergie dans les machines

C'est une règle fondamentale de la physique que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. Formulé formellement, cette règle est connue sous le nom de loi de conservation de l'énergie, et aucune exception n'a été découverte à ce jour. Si cette loi est vraie - et une masse écrasante de données expérimentales suggère qu'elle l'est - alors il est impossible de construire un appareil capable de prendre une petite quantité d'énergie et de la transformer magiquement en une grande quantité d'énergie. Toutes les machines, circuits électriques et électroniques inclus, ont une limite d'efficacité supérieure de 100 %. Au mieux, la puissance de sortie est égale à la puissance d'entrée comme dans la figure ci-dessous.

La puissance de sortie d'une machine peut approcher, mais ne jamais dépasser, la puissance d'entrée pour une efficacité de 100 % comme limite supérieure.

Habituellement, les machines ne parviennent même pas à atteindre cette limite, perdant une partie de leur énergie d'entrée sous forme de chaleur qui est rayonnée dans l'espace environnant et ne fait donc pas partie du flux d'énergie de sortie. (Figure ci-dessous)

Une machine réaliste perd le plus souvent une partie de son énergie d'entrée sous forme de chaleur en la transformant en flux d'énergie de sortie.

Machines à mouvement perpétuel

Beaucoup de gens ont tenté, sans succès, de concevoir et de construire des machines qui produisent plus de puissance qu'elles n'en consomment. Non seulement un tel mouvement perpétuel machine prouverait que la loi de conservation de l'énergie n'était pas une loi après tout, mais qu'elle inaugurerait une révolution technologique comme le monde n'en a jamais vu, car elle pourrait s'alimenter dans une boucle circulaire et générer un excès de puissance « gratuitement ». (figure ci-dessous)

Une hypothétique « machine à mouvement perpétuel » s'auto-alimente ?

Malgré beaucoup d'efforts et de nombreuses affirmations sans scrupules d'« énergie libre » ou de sur-unité machines, aucun n'a jamais réussi le simple test de s'alimenter avec sa propre production d'énergie et de générer de l'énergie à revendre.

Amplificateurs

Il existe cependant une classe de machines appelées amplificateurs , qui sont capables d'absorber des signaux de faible puissance et des signaux de sortie de bien plus grande puissance. La clé pour comprendre comment les amplificateurs peuvent exister sans enfreindre la loi de conservation de l'énergie réside dans le comportement des appareils actifs.

Parce que les appareils actifs ont la capacité de contrôler une grande quantité d'énergie électrique avec une petite quantité d'énergie électrique, ils peuvent être agencés en circuit de manière à dupliquer la forme de la puissance du signal d'entrée à partir d'une plus grande quantité d'énergie fournie par une source d'alimentation externe. Le résultat est un appareil qui semble magnifier comme par magie la puissance d'un petit signal électrique (généralement une forme d'onde de tension alternative) en une forme d'onde de forme identique de plus grande amplitude.

La loi de conservation de l'énergie n'est pas violée car l'alimentation supplémentaire est fournie par une source externe, généralement une batterie CC ou l'équivalent. L'amplificateur ne crée ni ne détruit d'énergie, mais la remodèle simplement dans la forme d'onde souhaitée, comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Alors qu'un amplificateur peut adapter un petit signal d'entrée à une grande sortie, sa source d'énergie est une alimentation externe.

En d'autres termes, le comportement de contrôle du courant des appareils actifs est utilisé pour former Alimentation CC de la source d'alimentation externe dans la même forme d'onde que le signal d'entrée, produisant un signal de sortie de forme similaire mais d'une amplitude de puissance différente (plus grande). Le transistor ou un autre dispositif actif dans un amplificateur forme simplement une copie plus grande de la forme d'onde du signal d'entrée à partir de l'alimentation CC « brute » fournie par une batterie ou une autre source d'alimentation.

Limites des amplificateurs

Les amplificateurs, comme toutes les machines, sont limités en efficacité à un maximum de 100 %. Habituellement, les amplificateurs électroniques sont beaucoup moins efficaces que cela, dissipant des quantités considérables d'énergie sous forme de chaleur perdue. Étant donné que l'efficacité d'un amplificateur est toujours de 100 % ou moins, on ne peut jamais le faire fonctionner comme un appareil à « mouvement perpétuel ».

L'exigence d'une source d'alimentation externe est commune à tous les types d'amplificateurs, électriques et non électriques. Un exemple courant de système d'amplification non électrique serait la direction assistée dans une automobile, amplifiant la puissance des bras du conducteur en tournant le volant pour déplacer les roues avant de la voiture. La source d'énergie nécessaire à l'amplification provient du moteur. Le dispositif actif contrôlant le « signal d'entrée » du conducteur est une vanne hydraulique faisant circuler l'énergie hydraulique d'une pompe reliée au moteur à un piston hydraulique aidant le mouvement des roues. Si le moteur s'arrête, le système d'amplification ne parvient pas à amplifier la puissance du bras du conducteur et la voiture devient très difficile à tourner.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur la théorie des amplificateurs élémentaires