Η σχέση μεταξύ ρευμάτων και τάσεων σε R, μεγάλο, ντο. Πηγές EMF και ρεύμα. Γραμμικά και μη γραμμικά κυκλώματα. Οι νόμοι του Ohm και του Kirchhoff. Ημιτονοειδή κυκλώματα ρεύματος. Χαρακτηριστικά ημιτονοειδούς ρεύματος (τάση). Γωνία φάσης. Αποτελεσματική και μέση τιμή. Ενέργεια σε χωρητικότητα και επαγωγή. Κύκλωμα σύνδεσης σειράς R, μεγάλο, ντο. Ενεργό, αντιδραστικό και αντίσταση. Ενεργητική ισχύς. Εναλλαγή ενέργειας σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος.

Όροι και ορισμοί βασικών εννοιών

Πηγή ηλεκτρικού ρεύματος - μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας που χαρακτηρίζεται από το ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτήν και την εσωτερική αγωγιμότητα.

Μια πηγή ηλεκτρικής τάσης είναι μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας που χαρακτηρίζεται από ηλεκτροκινητική δύναμη και εσωτερική ηλεκτρική αντίσταση.

Ενεργή ισχύς – τιμή ίση με την αριθμητική μέση τιμή στιγμιαία δύναμηδιπολικό δίκτυο για την περίοδο.

Το ημιτονοειδές ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα περιοδικό ηλεκτρικό ρεύμα που είναι μια ημιτονοειδής συνάρτηση του χρόνου.

Η φάση του (ημιτονοειδούς ηλεκτρικού) ρεύματος είναι το όρισμα του ημιτονοειδούς ηλεκτρικού ρεύματος, μετρημένο από το σημείο στο οποίο η τιμή του ρεύματος διέρχεται από το μηδέν σε μια θετική τιμή.

Θεωρητικό υλικό Σχέση ρεύματος και τάσης στα στοιχεία r, l, c

Αντίσταση,.

Αριθμητικά, η διαφορά δυναμικού είναι ίση με το έργο που κάνει το ηλεκτρικό πεδίο για τη μετακίνηση ενός θετικού φορτίου μονάδας από το σημείο 1 στο σημείο 2.

Για την τάση, καθώς και για το ρεύμα, επιλέγουμε αυθαίρετα την κατεύθυνση, συνήθως συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος (Εικόνα 2.1).

- Ο νόμος του Ohm

ΚΑΙ επαγωγή

Σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, μια αλλαγή στη σύνδεση ροής αυτο-επαγωγής προκαλεί ένα emf αυτοεπαγωγής.

,

Μέγεθος

που ονομάζεται τάση επαγωγής. Κατεύθυνση συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος (Εικ. 2.2).

.

Χωρητικότητα

Όταν αλλάζει Το ηλεκτρικό φορτίο στις πλάκες του πυκνωτή αλλάζει και, κατά συνέπεια, εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα με τον πυκνωτή.

,

,

,

.

Η υπό όρους θετική κατεύθυνση της τάσης στον πυκνωτή συμπίπτει με την υπό όρους θετική κατεύθυνση του ρεύματος (Εικ. 2.3).

Πηγές EMF και ρεύματος

Κατά τον υπολογισμό των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, χρησιμοποιούνται εξιδανικευμένες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας - πηγές ηλεκτρικού ρεύματος και ρεύματος.

Τους πιστώνονται τα ακόλουθα ακίνητα:

Πηγή Emf

Ομαλή κίνηση των ΜΜΕ ηλεκτρικά φορτίααπό το «-» στο «+» στο εσωτερικό της πηγής συμβαίνει λόγω των εξωτερικών δυνάμεων που είναι εγγενείς στην πηγή. Η τιμή αριθμητικά ίση με το έργο που κάνουν οι εξωτερικές δυνάμεις όταν μετακινείται ένα μόνο θετικό φορτίο από το «-» στο «+» ονομάζεται emf πηγής. Το βέλος μέσα στην πηγή υποδεικνύει αύξηση του δυναμικού (Εικ. 2.4).

Μια ιδανική πηγή EMF είναι ένα ενεργό στοιχείο με δύο ακροδέκτες, η τάση των οποίων δεν εξαρτάται από την ποσότητα του ρεύματος που διαρρέει την πηγή. Η εσωτερική αντίσταση της πηγής EMF είναι μηδενική.

Το EMF και η τάση στους ακροδέκτες της πηγής είναι τα ίδια.

;

;

;

Όταν κλείνουμε τους ακροδέκτες μιας πηγής EMF, το ρεύμα θα πρέπει θεωρητικά να είναι απείρως μεγάλο και επομένως μια ιδανική πηγή EMF μπορεί να θεωρηθεί ως πηγή άπειρης ισχύος.

Για τον προσδιορισμό μιας πραγματικής πηγής EMF, χρησιμοποιείται μια αντίσταση που συνδέεται σε σειρά με μια ιδανική πηγή (Εικ. 2.5). Περιορίζει την ισχύ που παρέχεται στο εξωτερικό κύκλωμα.

;

;

ΣΕ

Το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης που κατασκευάζεται σύμφωνα με την εξίσωση (*) ονομάζεται εξωτερικό (Εικ. 2.6).

Πηγή EMF

Εικόνα 1 - Ονομασία στα διαγράμματα της πηγής EMF (αριστερά) και της πραγματικής πηγής τάσης (δεξιά)

ΠηγήEMF (ιδανική πηγή τάσης) - δίκτυο δύο τερματικών, Τάσηστους ακροδέκτες των οποίων συνεχώς (δεν εξαρτάται από το ρεύμα στο κύκλωμα). Η τάση μπορεί να καθοριστεί ως σταθερά, ως συνάρτηση του χρόνου ή ως είσοδος εξωτερικού ελέγχου.

Στην απλούστερη περίπτωση, η τάση ορίζεται ως σταθερά, δηλαδή η τάση της πηγής EMF είναι σταθερή.

Πηγές πραγματικής τάσης

Σχήμα 2

Εικόνα 3 - Χαρακτηριστικό φορτίου

Μια ιδανική πηγή τάσης (πηγή EMF) είναι μια φυσική αφαίρεση, δηλαδή μια τέτοια συσκευή δεν μπορεί να υπάρξει. Αν υποθέσουμε την ύπαρξη μιας τέτοιας συσκευής, τότε ηλεκτρική ενέργεια Εγώη ροή μέσα από αυτό θα έτεινε στο άπειρο όταν το φορτίο είναι συνδεδεμένο, αντίσταση R Hπου τείνει στο μηδέν. Αλλά αποδεικνύεται ότι εξουσίαπηγή EMF τείνει επίσης στο άπειρο, αφού . Αλλά αυτό είναι αδύνατο, για το λόγο ότι η ισχύς οποιασδήποτε πηγής ενέργειας είναι πεπερασμένη.

Στην πραγματικότητα, οποιαδήποτε πηγή τάσης έχει εσωτερική αντίσταση r, που έχει αντίστροφη σχέσηστη δύναμη της πηγής. Δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση (σε μια δεδομένη σταθερή τάση πηγής) και αντίστροφα. Η παρουσία εσωτερικής αντίστασης διακρίνει μια πραγματική πηγή τάσης από μια ιδανική. πρέπει να σημειωθεί ότι εσωτερική αντίσταση- Αυτή είναι μια αποκλειστικά εποικοδομητική ιδιότητα της πηγής ενέργειας. Το ισοδύναμο κύκλωμα μιας πραγματικής πηγής τάσης είναι μια σειριακή σύνδεση μιας πηγής EMF - μι(ιδανική πηγή τάσης) και εσωτερική αντίσταση - r.

Το σχήμα 3 δείχνει τα χαρακτηριστικά φορτίου ιδανική πηγήτάση (πηγή EMF) (μπλε γραμμή) και πραγματική πηγή τάσης (κόκκινη γραμμή).

Πτώση τάσης στην εσωτερική αντίσταση.

Πτώση τάσης σε όλο το φορτίο.

Κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος (), δηλαδή, όλη η ισχύς της πηγής ενέργειας διαχέεται στην εσωτερική της αντίσταση. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα θα είναι μέγιστο για μια δεδομένη πηγή EMF. Γνωρίζοντας την τάση και το ρεύμα ανοιχτού κυκλώματος βραχυκύκλωμα, μπορείτε να υπολογίσετε την εσωτερική αντίσταση της πηγής τάσης:

Τρέχουσα πηγή.

Εικόνα 1 - διάγραμμα με σύμβολο της τρέχουσας πηγής

Εικόνα 2.1 - Ονομασία σε διαγράμματα τρέχουσας πηγής

Σχήμα 3 - Γεννήτρια ρεύματος τύπου καθρέφτη ρεύματος συναρμολογημένη με χρήση διπολικών τρανζίστορ

Τρέχουσα πηγή(Επίσης γεννήτρια ρεύματος) - ένα δίκτυο δύο ακροδεκτών που δημιουργεί ρεύμα ανεξάρτητο από την αντίσταση του φορτίου στο οποίο είναι συνδεδεμένο. Στην καθημερινή ζωή, μια "πηγή ρεύματος" ονομάζεται συχνά ανακριβώς οποιαδήποτε πηγή ηλεκτρικής τάσης (μπαταρία, γεννήτρια, πρίζα), αλλά από μια αυστηρά φυσική έννοια δεν συμβαίνει έτσι, επιπλέον, οι πηγές τάσης που χρησιμοποιούνται συνήθως στην καθημερινή ζωή είναι πολύ πιο κοντινές ως προς τα χαρακτηριστικά τους στην πηγή του EMF παρά στο ρεύμα της πηγής

Το σχήμα 1 δείχνει ένα ισοδύναμο κύκλωμα ενός διπολικού τρανζίστορ που περιέχει μια πηγή ρεύματος (που υποδεικνύει S U, το βέλος στον κύκλο δείχνει τη θετική κατεύθυνση της πηγής ρεύματος), που παράγει ρεύμα S U, δηλαδή ένα ρεύμα που εξαρτάται από την τάση σε μια άλλη το σχήμα του τμήματος.

Ιδανική πηγή ρεύματος

Η τάση ακροδεκτών μιας ιδανικής πηγής ρεύματος εξαρτάται μόνο από την αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος:

Η ισχύς που παρέχεται από την τρέχουσα πηγή στο δίκτυο ισούται με:

Επειδή για μια πηγή ρεύματος, η τάση και η ισχύς που απελευθερώνεται από αυτήν αυξάνονται απεριόριστα με αυξανόμενη αντίσταση.

Πραγματική πηγή ρεύματος

Μια πραγματική πηγή ρεύματος, καθώς και μια πηγή EMF, μπορούν να περιγραφούν σε γραμμική προσέγγιση με μια τέτοια παράμετρο όπως η εσωτερική αντίσταση. Η διαφορά είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η εσωτερική αντίσταση, τόσο πιο κοντά είναι η πηγή ρεύματος στο ιδανικό (η πηγή EMF, αντίθετα, όσο πιο κοντά στο ιδανικό, τόσο χαμηλότερη είναι η εσωτερική της αντίσταση). Μια πραγματική πηγή ρεύματος με εσωτερική αντίσταση είναι ισοδύναμη με μια πραγματική πηγή ηλεκτρικού ρεύματος που έχει εσωτερική αντίσταση και emf.

Η τάση στους ακροδέκτες μιας πραγματικής πηγής ρεύματος είναι:

Η ισχύς του ρεύματος στο κύκλωμα είναι ίση με:

Η ισχύς που παρέχεται από μια πραγματική πηγή ρεύματος στο δίκτυο είναι ίση με:

Παραδείγματα

Η πηγή ρεύματος είναι ένας επαγωγέας μέσω του οποίου έρεε ρεύμα από μια εξωτερική πηγή για κάποιο χρονικό διάστημα () μετά την απενεργοποίηση της πηγής. Αυτό εξηγεί τον σπινθήρα των επαφών όταν το επαγωγικό φορτίο απενεργοποιείται γρήγορα: η επιθυμία διατήρησης ρεύματος με απότομη αύξηση της αντίστασης (εμφάνιση κενού αέρα) οδηγεί σε διάσπαση του διακένου.

Η δευτερεύουσα περιέλιξη ενός μετασχηματιστή ρεύματος, η κύρια περιέλιξη του οποίου συνδέεται σε σειρά με μια ισχυρή γραμμή εναλλασσόμενου ρεύματος, μπορεί να θεωρηθεί ως σχεδόν ιδανική πηγή ρεύματος, μόνο όχι άμεσου, αλλά εναλλασσόμενου. Επομένως, το άνοιγμα του δευτερεύοντος κυκλώματος του μετασχηματιστή ρεύματος είναι απαράδεκτο. Αντίθετα, εάν είναι απαραίτητο να επανασυνδέσετε το δευτερεύον κύκλωμα περιέλιξης χωρίς να αποσυνδέσετε τη γραμμή, αυτή η περιέλιξη παρακάμπτεται πρώτα.

Εφαρμογή

Οι γεννήτριες πραγματικού ρεύματος έχουν διάφορους περιορισμούς (για παράδειγμα, στην τάση στην έξοδό τους), καθώς και μη γραμμικές εξαρτήσεις από εξωτερικές συνθήκες. Για παράδειγμα, οι γεννήτριες πραγματικού ρεύματος δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος τάσης, το ανώτερο όριο του οποίου εξαρτάται από την τάση τροφοδοσίας της πηγής. Έτσι, οι πηγές πραγματικού ρεύματος έχουν περιορισμούς φορτίου.

Οι πηγές ρεύματος χρησιμοποιούνται ευρέως σε αναλογικά κυκλώματα, για παράδειγμα, σε γέφυρες μέτρησης ισχύος, σε στάδια ισχύος διαφορικών ενισχυτών, ιδιαίτερα σε λειτουργικούς ενισχυτές.

Η έννοια της γεννήτριας ρεύματος χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση πραγματικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων με τη μορφή ισοδύναμων κυκλωμάτων. Για να περιγραφούν τα ενεργά στοιχεία για αυτά, εισάγονται ισοδύναμα κυκλώματα που περιέχουν ελεγχόμενες γεννήτριες:

Πηγή ρεύματος ελεγχόμενης τάσης (συντομογραφία ITUN)

Τρέχουσα ελεγχόμενη πηγή ρεύματος (συντομογραφία ITUT)