능동 소자의 실용적 이점은 증폭 능력입니다. 전압 제어든 전류 제어든, 제어 신호에 필요한 전력량은 제어되는 전류에서 사용 가능한 전력량보다 일반적으로 훨씬 적습니다. 즉, 능동 소자는 전기가 전기를 제어하게 할 뿐만 아니라, 작은 양의 전기가 큰 양의 전기를 제어하게 합니다.
이 제어 전력과 피제어 전력 간의 격차 때문에, 능동 소자는 외부 전원에서 공급되는 큰 전력(피제어)을 작은 전력(제어)의 적용으로 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 이 동작을 증폭이라고 합니다.
에너지는 생성되거나 파괴될 수 없다는 것은 물리학의 기본 규칙입니다. 공식적으로 이 규칙을 에너지 보존 법칙이라고 하며, 지금까지 예외가 발견되지 않았습니다. 이 법칙이 참이라면(압도적인 실험 데이터가 이를 뒷받침), 적은 에너지를 취해 마법처럼 큰 에너지로 변환하는 장치를 만드는 것은 불가능합니다. 전기 및 전자 회로를 포함한 모든 기계는 100% 효율의 상한을 가집니다. 최상의 경우, 출력 전력이 입력 전력과 같습니다.
기계의 전력 출력은 100% 효율의 상한으로 입력 전력에 접근할 수 있지만, 결코 초과할 수 없습니다.
보통 기계는 이 한계조차 충족하지 못해, 입력 에너지의 일부를 주변 공간으로 복사되는 열 형태로 잃습니다. 따라서 출력 에너지 스트림의 일부가 되지 않습니다.
현실적인 기계는 입력 에너지의 일부를 열로 잃으며 출력 에너지 스트림으로 변환하는 경우가 많습니다.
많은 사람들이 입력보다 더 많은 전력을 출력하는 기계를 설계하고 구축하려 시도했지만 성공하지 못했습니다. 그런 영구 운동 기계는 에너지 보존 법칙이 법칙이 아님을 증명할 뿐만 아니라, 세계가 본 적 없는 기술 혁명을 가져올 것입니다. 자기 에너지로 스스로 구동하고 여분의 전력을 '무료로' 생성할 수 있기 때문입니다.
가상의 '영구 운동 기계'가 스스로 동력을 공급하는가?
많은 노력과 '무료 에너지' 또는 과단위 기계에 대한 수많은 불량한 주장에도 불구하고, 단 하나도 자신의 에너지 출력으로 스스로 구동하며 여분의 에너지를 생성하는 간단한 테스트를 통과한 적이 없습니다.
그러나 작은 전력 신호를 받아들여 훨씬 더 큰 전력의 신호를 출력하는 기계 클래스인 증폭기는 존재합니다. 증폭기가 에너지 보존 법칙을 위반하지 않고 어떻게 존재할 수 있는지 이해하는 열쇠는 능동 소자의 행동에 있습니다.
능동 소자는 적은 전기 전력으로 많은 전기 전력을 제어할 수 있는 능력을 가지므로, 외부 전원에서 공급되는 더 많은 전력으로부터 입력 신호 전력의 형태를 복제하도록 회로에 배치될 수 있습니다. 결과는 작은 전기 신호(보통 AC 전압 파형)의 전력을 마법처럼 증대하여, 동일한 모양이지만 더 큰 크기의 파형으로 만드는 장치입니다.
추가 전력이 외부 소스(보통 DC 배터리 등)에서 공급되므로 에너지 보존 법칙은 위반되지 않습니다. 증폭기는 에너지를 생성하거나 파괴하지 않고, 원하는 파형으로 재형성할 뿐입니다.
증폭기가 작은 입력 신호를 큰 출력으로 스케일링할 수 있지만, 그 에너지원은 외부 전원 공급 장치입니다.
다른 말로, 능동 소자의 전류 제어 동작은 외부 전원에서 공급되는 '원시' DC 전력을 입력 신호와 같은 파형으로 형성하는 데 사용됩니다. 증폭기 내의 트랜지스터나 다른 능동 소자는 배터리나 다른 전원 공급 장치가 제공하는 '원시' DC 전력에서 입력 신호 파형의 더 큰 사본을 형성할 뿐입니다.
증폭기는 모든 기계와 마찬가지로 최대 100% 효율로 제한됩니다. 보통 전자 증폭기는 그보다 훨씬 덜 효율적이며, 상당한 양의 에너지를 낭비 열 형태로 소산합니다. 증폭기의 효율이 항상 100% 이하이므로, '영구 운동' 장치로 기능하게 만들 수는 없습니다.
외부 전원 공급원의 요구는 전기적, 비전기적 모든 유형의 증폭기에 공통입니다. 비전기적 증폭 시스템의 일반적인 예는 자동차의 파워 스티어링으로, 운전자의 팔 힘을 증폭하여 스티어링 휠을 돌려 앞바퀴를 움직입니다. 증폭에 필요한 동력원은 엔진입니다. 운전자의 '입력 신호'를 제어하는 능동 소자는 엔진에 부착된 펌프에서 유압 실린더로 유체 동력을 셔틀링하는 유압 밸브입니다. 엔진이 멈추면 증폭 시스템이 운전자의 팔 힘을 증폭하지 못해 차를 돌리기가 매우 어려워집니다.
산업기술
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