På Instegscertifikat-nivån har vi redan lärt känna spänningskällor. Först ska vi ägna oss åt strömkällan, innan vi tittar närmare på inre resistans hos spännings- och strömkällor.
I likhet med spänningskällan ska en strömkälla helst leverera en konstant ström. Figur HAREC-10.2.1 visar dess ersättningskoppling.
En konstantströmkälla i exemplet laboratorienätaggregat:
I laboratorienätaggregat finns en inbyggd strömbegränsning, det vill säga om lastströmmen överstiger en högsta strömstyrka sänks klämspänningen så att lastströmmen förblir konstant. Det motsvarar funktionen hos en konstantströmkälla -- vid kortslutning över utgångsklämmorna flyter den inställda maxströmmen.
En ideal konstantströmkälla levererar en konstant ström oberoende av den anslutna lasten. Teoretiskt är det möjligt med oändlig inre resistans. I praktiken har strömkällor en mycket hög inre resistans.
Figur HAREC-10.2.3 visar en ersättningskoppling för en spänningskälla. Den inre resistansen $R_i$ ligger i serie med den ideala spänningskällan och bör i idealfallet vara $\qty{0}{\ohm}$. I praktiken har spänningskällor en liten inre resistans.
När en verklig spänningskälla belastas med $R_L$ sjunker klämspänningen $U_k$. Orsaken är spänningskällans inre resistans $R_i$. Den bildar så att säga en spänningsdelare. Eftersom källspänningen $U_q$ i tomgång, alltså utan belastning, är $U_q=U_L$, kallas den också tomgångsspänning.
Den inre resistansen kan inte mätas med en multimeter, men man kan bestämma den genom beräkning med Ohms lag (jfr formelsamlingen):
$$R_i = \frac{\Delta U}{\Delta I}$$För beräkningen behövs två belastningsfall:
Ur spänningsändringen ($\Delta U = U_q~-~U_L$) över klämmorna och lastströmsändringen ($\Delta I = I_L~-~\qty{0}{\ampere}$) kan den inre resistansen beräknas med formeln ovan.
$$R_i = \frac{\Delta U}{\Delta I} = \frac{U_q - U_L}{I_L-\qty{0}{\ampere}} = \frac{U_q - U_L}{I_L}$$Sammanfattning:
Om en spänningskälla ska avge maximal effekt till en last talar man om effektanpassning. Det är till exempel viktigt för en sändare som ska överföra så mycket effekt som möjligt till en antenn.
Maximal effektöverföring uppnås när
$$R_i = R_L$$gäller, alltså när inre resistans och lastresistans är lika stora.
I det fallet fördelas källspänningen jämnt mellan inre resistans och last. Därigenom får man i lasten den största produkten av spänning och ström och därmed största möjliga effekt.
Figur HAREC-10.2.4 visar den normerade effekten i lasten som funktion av förhållandet $R_L/R_i$. Maximum nås exakt vid $R_L/R_i = 1$, alltså när inre resistans och lastresistans är lika stora. Verkningsgraden vid effektanpassning är dock bara $\qty{50}{\percent}$, eftersom lika stor effekt omsätts i både lasten och den inre resistansen.
Växelspänningskällor, till exempel sinusgeneratorer, har också en inre resistans, som anges vid utgångskontakten.
Värdet $\qty{50}{\ohm}$, som ofta används inom högfrekvenstekniken, är en teknisk kompromiss mellan maximal effektöverföring och så låga förluster i ledningar som möjligt.
Koaxialkablar med en karakteristisk impedans på omkring $\qty{30}{\ohm}$ kan överföra särskilt höga effekter, eftersom strömmen i kabeln fördelas. Kablar med omkring $\qty{77}{\ohm}$ har däremot lägst dämpningsförluster och lämpar sig särskilt väl för förlustsnål signalöverföring.
Det i dag utbredda värdet $\qty{50}{\ohm}$ ligger mellan de båda optima och är en bra kompromiss mellan hög effektöverföring, måttliga förluster och praktisk kabelkonstruktion. Därför har $\qty{50}{\ohm}$ blivit standard inom radiotekniken.
Om en sändare, en kabel och en antenn var och en är anpassade till $\qty{50}{\ohm}$ överförs effekten optimalt och reflektioner på ledningen minimeras.
