Връзка между токове и напрежения в Р, Л, ° С. Източници на ЕМП и ток. Линейни и нелинейни вериги. Законите на Ом и Кирхоф. Вериги със синусоидален ток. Характеристики на синусоидален ток (напрежение). Фазов ъгъл. Действителна и средна стойност. Енергия в капацитет и индуктивност. Верига за последователно свързване Р, Л, ° С. Активни, реактивни и пълни съпротивления. активна мощност. Обмен на енергия във верига с променлив ток.

Термини и определения на основни понятия

Източник на електрически ток - източник на електрическа енергия, характеризиращ се с електрически ток в него и вътрешна проводимост.

Източник на електрическо напрежение е източник на електрическа енергия, характеризиращ се с електродвижеща сила и вътрешно електрическо съпротивление.

Активна мощност - стойност, равна на средноаритметичната стойност моментална мощностбиполярно за периода.

Синусоидалният електрически ток е периодичен електрически ток, който е синусоидална функция на времето.

Фазата на (синусоидалния електрически) ток е аргументът на синусоидалния електрически ток, броен от точката, в която текущата стойност преминава през нула до положителна стойност.

Теоретичен материал Връзка между ток и напрежение в елементи r, l, c

Съпротивление,.

Числено потенциалната разлика е равна на работата, извършена от електрическото поле за преместване на единица положителен заряд от точка 1 до точка 2.

За напрежението, както и за тока, произволно избираме посоката, обикновено тя съвпада с посоката на тока (фиг. 2.1).

- Законът на Ом

И индуктивност

Съгласно закона за електромагнитната индукция, промяната в връзката на потока на самоиндукция причинява ЕМП на самоиндукция.

,

Стойност

се нарича напрежение върху индуктора. Посока съвпада с посоката на тока (фиг. 2.2).

.

Капацитет

Когато се промени върху плочите на кондензатора електрическият заряд се променя и следователно във веригата с капацитет се появява електрически ток.

,

,

,

.

Условната положителна посока на напрежението върху капацитета съвпада с условната положителна посока на тока (фиг. 2.3).

Източници на ЕДС и ток

При изчисляване на електрически вериги се използват идеализирани източници на електрическа енергия - източници на ЕМП и ток.

Приписват им се следните свойства:

източник на емф

Организирано медийно движение електрически зарядиот “-” до “+” вътре в източника възниква поради външните сили, присъщи на източника. Стойността, числено равна на работата, извършена от външни сили при преместване на един положителен заряд от "-" към "+", се нарича ЕМП на източника. Стрелката вътре в източника показва увеличение на потенциала (фиг. 2.4).

Идеален източник на ЕМП е активен елемент с два терминала, чието напрежение не зависи от големината на тока, протичащ през източника. Вътрешното съпротивление на източника на ЕМП е нула.

EMF и напрежението на изходните клеми са еднакви.

;

;

;

При затваряне на клемите на източника на ЕМП теоретично токът трябва да бъде безкрайно голям и следователно идеалният източник на ЕМП може да се счита за източник на безкрайна мощност.

За да се обозначи реален източник на ЕМП, се използва съпротивление, свързано последователно с идеален източник (фиг. 2.5). Той ограничава мощността, подадена към външната верига.

;

;

IN

волт-амперната характеристика, изградена съгласно уравнението (*), се нарича външна (фиг. 2.6).

Източник на ЕМП

Фигура 1 - Обозначаване на диаграмите на източника на ЕМП (вляво) и източника на реално напрежение (вдясно)

ИзточникЕМП (идеален източник на напрежение) - биполярно, волтажна клемите на който е постоянен (не зависи от тока във веригата). Напрежението може да бъде зададено като константа, като функция на времето или като вход за външно управление.

В най-простия случай напрежението се определя като константа, т.е. напрежението на източника на ЕМП е постоянно.

Източници на реално напрежение

Фигура 2

Фигура 3 - Характеристика на натоварване

Идеален източник на напрежение (източник на ЕМП) е физическа абстракция, тоест такова устройство не може да съществува. Ако приемем съществуването на такова устройство, тогава електричество аз, протичащ през него, ще се стреми към безкрайност, когато е свързан товар, съпротива Р зкоято клони към нула. Но се оказва, че мощностИзточникът на ЕМП също клони към безкрайност, тъй като . Но това е невъзможно, тъй като мощността на всеки източник на енергия е ограничена.

В действителност всеки източник на напрежение има вътрешно съпротивление. r, която има обратна зависимостот силата на източника. Тоест, колкото по-голяма е мощността, толкова по-ниско е съпротивлението (за дадено постоянно напрежение на източника) и обратно. Наличието на вътрешно съпротивление отличава реалния източник на напрежение от идеалния. трябва да бъде отбелязано че вътрешно съпротивление- това е изключително конструктивно свойство на енергийния източник. Еквивалентната схема на източник на реално напрежение е последователно свързване на източник на ЕМП - д(идеален източник на напрежение) и вътрешно съпротивление - r.

Фигура 3 показва характеристиките на натоварването идеален източникнапрежение (източник на EMF) (синя линия) и реален източник на напрежение (червена линия).

Падане на напрежението във вътрешното съпротивление;

Падане на напрежението в товара.

В случай на късо съединение (), т.е. цялата мощност на източника на енергия се разсейва във вътрешното му съпротивление. В този случай токът ще бъде максимален за този източник на ЕМП. Познаване на напрежението и тока на отворена верига късо съединение, можете да изчислите вътрешното съпротивление на източника на напрежение:

Източник на ток.

Фигура 1 - диаграма със символа на източника на ток

Фигура 2.1 - Обозначаване на диаграмите на източника на ток

Фигура 3 - Текущо огледало тип генератор на ток, сглобено на биполярни транзистори

Източник на ток(Също генератор на ток) - двуизводна верига, която създава ток, който не зависи от съпротивлението на товара, към който е свързан. В ежедневието „източник на ток“ често се нарича неточно всеки източник на електрическо напрежение (батерия, генератор, контакт), но в строго физически смисъл това не е така, освен това често използваните в ежедневието източници на напрежение са много по-близки по отношение характеристики на източник на ЕМП, отколкото на източник на ток.

Фигура 1 показва еквивалентна схема на биполярен транзистор, съдържащ източник на ток (указващ S U be; стрелката в кръга показва положителната посока на тока на източника на ток), генериращ ток S U be, т.е. ток, който зависи от напрежение в схема на друга област.

Идеален източник на ток

Напрежението на клемите на идеален източник на ток зависи само от съпротивлението на външната верига:

Мощността, дадена от източника на ток към мрежата, е равна на:

Тъй като за източник на ток напрежението и мощността, освободени от него, растат за неопределено време с увеличаване на съпротивлението.

Реален източник на ток

Истински източник на ток, както и източник на ЕМП, в линейно приближение може да се опише с такъв параметър като вътрешно съпротивление. Разликата е, че колкото по-голямо е вътрешното съпротивление, толкова по-близо е източникът на ток до идеалното (източникът на ЕМП, напротив, колкото по-близо до идеала, толкова по-ниско е вътрешното му съпротивление). Реален източник на ток с вътрешно съпротивление е еквивалентен на реален източник на ЕМП с вътрешно съпротивление и ЕМП.

Напрежението на клемите на реален източник на ток е:

Силата на тока във веригата е:

Мощността, дадена от реален източник на ток към мрежата, е равна на:

Примери

Източникът на ток е индуктор, през който тече ток от външен източник за известно време (), след като източникът е бил изключен. Това обяснява искренето на контактите по време на бързо изключване на индуктивен товар: желанието да се поддържа ток с рязко увеличаване на съпротивлението (появата на въздушна междина) води до повреда на празнината.

Вторичната намотка на токов трансформатор, чиято първична намотка е свързана последователно към мощна линия с променлив ток, може да се счита за почти идеален източник на ток, само не директен, а променлив. Следователно отварянето на вторичната верига на токовия трансформатор е неприемливо; вместо това, ако е необходимо повторно превключване във веригата на вторичната намотка без прекъсване на линията, тази намотка е предварително шунтирана.

Приложение

Генераторите на реален ток имат различни ограничения (например за напрежението на изхода), както и нелинейни зависимости от външни условия. Например генераторите на реален ток създават електрически ток само в определен диапазон от напрежения, чийто горен праг зависи от захранващото напрежение на източника. По този начин реалните източници на ток имат ограничения на натоварването.

Източниците на ток се използват широко в аналоговата схема, например за захранване на измервателни мостове, за захранване на диференциални усилвателни стъпала, по-специално операционни усилватели.

Концепцията за генератор на ток се използва за представяне на реални електронни компоненти като еквивалентни схеми. За описание на активните елементи са въведени еквивалентни схеми, съдържащи управлявани генератори за тях:

Източник на ток с контролирано напрежение (съкратено ITUN)

Източник на ток с контролиран ток (съкратено ITUT)