Hubungan antara arus dan tegangan masuk R, L, C. Sumber EMF dan arus. Rangkaian linier dan nonlinier. Hukum Ohm dan Kirchhoff. Rangkaian arus sinusoidal. Ciri-ciri arus sinusoidal (tegangan). Sudut fase. Nilai efektif dan rata-rata. Energi dalam kapasitansi dan induktansi. Rangkaian sambungan seri R, L, C. Aktif, reaktif dan impedansi. Kekuatan aktif. Pertukaran energi pada rangkaian arus bolak-balik.

Istilah dan definisi konsep dasar

Sumber arus listrik – sumber energi listrik yang dicirikan oleh arus listrik di dalamnya dan konduktivitas internal.

Sumber tegangan listrik adalah sumber energi listrik yang dicirikan oleh gaya gerak listrik dan hambatan listrik internal.

Daya aktif – nilai yang sama dengan nilai rata-rata aritmatika kekuatan sesaat jaringan bipolar untuk periode tersebut.

Arus listrik sinusoidal adalah arus listrik periodik yang merupakan fungsi sinusoidal terhadap waktu.

Fasa arus (listrik sinusoidal) merupakan argumen arus listrik sinusoidal, dihitung dari titik dimana nilai arus melewati nol hingga bernilai positif.

Materi Teori Hubungan Arus dan Tegangan pada Elemen R, L, C

Perlawanan ,.

Secara numerik, beda potensial sama dengan usaha yang dilakukan medan listrik untuk memindahkan satu satuan muatan positif dari titik 1 ke titik 2.

Untuk tegangan, dan juga untuk arus, kita memilih arah secara sewenang-wenang; biasanya bertepatan dengan arah arus (Gambar 2.1).

- Hukum Ohm

DAN induktansi

Menurut hukum induksi elektromagnetik, perubahan hubungan fluks induksi sendiri menyebabkan ggl induksi sendiri.

,

Besarnya

disebut tegangan induktansi. Arah bertepatan dengan arah arus (Gbr. 2.2).

.

Kapasitas

Ketika itu berubah Muatan listrik pada pelat kapasitor berubah dan akibatnya muncul arus listrik pada rangkaian dengan kapasitor.

,

,

,

.

Arah positif bersyarat dari tegangan melintasi kapasitor bertepatan dengan arah arus positif bersyarat (Gbr. 2.3).

Sumber ggl dan arus

Saat menghitung rangkaian listrik, sumber energi listrik ideal digunakan - sumber ggl dan arus.

Mereka dikreditkan dengan properti berikut:

Sumber emf

Pergerakan media yang teratur muatan listrik dari “-” hingga “+” di dalam sumber terjadi karena gaya luar yang melekat pada sumber. Nilai numerik yang sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya luar ketika memindahkan muatan positif tunggal dari “-” ke “+” disebut ggl sumber. Panah di dalam sumber menunjukkan peningkatan potensial (Gbr. 2.4).

Sumber EMF yang ideal adalah elemen aktif dengan dua terminal, yang tegangannya tidak bergantung pada jumlah arus yang mengalir melalui sumber. Resistansi internal sumber EMF adalah nol.

EMF dan tegangan pada terminal sumber sama.

;

;

;

Ketika terminal sumber EMF ditutup, arus secara teoritis harus sangat besar, dan oleh karena itu sumber EMF yang ideal dapat dianggap sebagai sumber daya tak terbatas.

Untuk menentukan sumber EMF nyata, digunakan resistansi yang dihubungkan secara seri dengan sumber ideal (Gbr. 2.5). Ini membatasi daya yang disuplai ke sirkuit eksternal.

;

;

DI DALAM

Karakteristik arus-tegangan yang dibangun menurut persamaan (*) disebut eksternal (Gbr. 2.6).

Sumber EMF

Gambar 1 - Penunjukan pada diagram sumber EMF (kiri) dan sumber tegangan nyata (kanan)

SumberEMF (sumber tegangan ideal) - jaringan dua terminal, tegangan pada terminal-terminalnya yang konstan (tidak bergantung pada arus dalam rangkaian). Tegangan dapat ditetapkan sebagai suatu konstanta, sebagai fungsi waktu, atau sebagai masukan kontrol eksternal.

Dalam kasus paling sederhana, tegangan didefinisikan sebagai konstan, yaitu tegangan sumber EMF adalah konstan.

Sumber tegangan nyata

Gambar 2

Gambar 3 - Karakteristik beban

Sumber tegangan ideal (sumber EMF) adalah abstraksi fisik, artinya perangkat semacam itu tidak mungkin ada. Jika kita mengasumsikan keberadaan perangkat semacam itu, maka listrik SAYA mengalir melaluinya akan cenderung tak terbatas ketika beban dihubungkan, perlawanan R H yang cenderung nol. Tapi ternyata begitu kekuatan sumber EMF juga cenderung tak terhingga, karena . Namun hal ini tidak mungkin, karena kekuatan sumber energi mana pun terbatas.

Pada kenyataannya, setiap sumber tegangan mempunyai hambatan internal R, yang memiliki hubungan terbalik pada kekuatan sumbernya. Artinya, semakin besar daya, semakin rendah resistansinya (pada tegangan sumber konstan tertentu) dan sebaliknya. Adanya hambatan dalam membedakan sumber tegangan nyata dengan sumber tegangan ideal. Perlu dicatat bahwa resistensi internal- Ini adalah properti yang sangat konstruktif dari sumber energi. Rangkaian ekivalen sumber tegangan nyata adalah sambungan seri sumber EMF - E(sumber tegangan ideal) dan resistansi internal - R.

Gambar 3 menunjukkan karakteristik beban sumber ideal tegangan (sumber EMF) (garis biru) dan sumber tegangan nyata (garis merah).

Penurunan tegangan pada resistansi internal;

Penurunan tegangan pada beban.

Selama korsleting (), yaitu, seluruh daya sumber energi dihamburkan sebesar resistansi internalnya. Dalam hal ini, arus akan menjadi maksimum untuk sumber EMF tertentu. Mengetahui tegangan dan arus rangkaian terbuka hubungan pendek, Anda dapat menghitung resistansi internal sumber tegangan:

Sumber saat ini.

Gambar 1 - diagram dengan simbol sumber arus

Gambar 2.1 - Penunjukan pada diagram sumber arus

Gambar 3 - Generator arus tipe cermin saat ini dirakit menggunakan transistor bipolar

Sumber saat ini(Juga pembangkit arus) - jaringan dua terminal yang menghasilkan arus yang tidak bergantung pada resistansi beban yang terhubung. Dalam kehidupan sehari-hari, “sumber arus” sering kali secara tidak tepat disebut sebagai sumber tegangan listrik (baterai, genset, stopkontak), tetapi dalam pengertian fisik tidak demikian, terlebih lagi sumber tegangan yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari jauh lebih dekat. dalam karakteristiknya terhadap sumber EMF daripada terhadap sumber arus

Gambar 1 menunjukkan rangkaian ekivalen transistor bipolar yang mengandung sumber arus (menunjukkan S U be; panah dalam lingkaran menunjukkan arah positif sumber arus), menghasilkan arus S U be, yaitu arus yang bergantung pada tegangan di tempat lain. skema bagian.

Sumber arus ideal

Tegangan terminal sumber arus ideal hanya bergantung pada resistansi rangkaian eksternal:

Daya yang disuplai oleh sumber arus ke jaringan sama dengan:

Karena untuk sumber arus, tegangan dan daya yang dikeluarkannya tumbuh tanpa batas seiring dengan meningkatnya resistansi.

Sumber arus nyata

Sumber arus nyata, serta sumber EMF, dapat digambarkan dalam perkiraan linier dengan parameter seperti resistansi internal. Perbedaannya adalah semakin besar resistansi internal, semakin dekat sumber arus ke ideal (sebaliknya, sumber EMF, semakin dekat ke ideal, semakin rendah resistansi internalnya). Sumber arus nyata yang mempunyai hambatan dalam setara dengan sumber ggl nyata yang mempunyai hambatan dalam dan ggl.

Tegangan pada terminal sumber arus nyata adalah:

Kuat arus pada rangkaian sama dengan:

Daya yang disuplai oleh sumber arus nyata ke jaringan sama dengan:

Contoh

Sumber arus adalah induktor yang melaluinya arus mengalir dari sumber luar selama beberapa waktu () setelah sumber dimatikan. Hal ini menjelaskan percikan kontak ketika beban induktif dimatikan dengan cepat: keinginan untuk mempertahankan arus dengan peningkatan resistensi yang tajam (munculnya celah udara) menyebabkan rusaknya celah tersebut.

Gulungan sekunder transformator arus, belitan primer yang dihubungkan secara seri ke saluran arus bolak-balik yang kuat, dapat dianggap sebagai sumber arus yang hampir ideal, hanya saja tidak searah, tetapi bolak-balik. Oleh karena itu, pembukaan rangkaian sekunder transformator arus tidak dapat diterima; sebaliknya, jika perlu menyambung kembali rangkaian belitan sekunder tanpa memutus saluran, belitan ini terlebih dahulu dilewati.

Aplikasi

Generator arus nyata memiliki berbagai keterbatasan (misalnya, pada tegangan keluarannya), serta ketergantungan nonlinier kondisi eksternal. Misalnya, generator arus nyata menghasilkan arus listrik hanya dalam rentang tegangan tertentu, yang ambang batas atasnya bergantung pada tegangan suplai sumber. Dengan demikian, sumber arus nyata memiliki batasan beban.

Sumber arus banyak digunakan dalam sirkuit analog, misalnya, untuk jembatan pengukur daya, untuk memberi daya pada tahap penguat diferensial, khususnya penguat operasional.

Konsep generator arus digunakan untuk merepresentasikan komponen elektronik nyata dalam bentuk rangkaian ekivalen. Untuk mendeskripsikan elemen aktifnya, rangkaian ekivalen yang berisi generator terkontrol diperkenalkan:

Sumber Arus Terkendali Tegangan (disingkat ITUN)

Sumber arus terkendali saat ini (disingkat ITUT)