Akımlar ve gerilimler arasındaki ilişki R, L, C. EMF kaynakları ve akım. Doğrusal ve doğrusal olmayan devreler. Ohm ve Kirchhoff kanunları. Sinüzoidal akım devreleri. Sinüzoidal akımın (gerilim) özellikleri. Faz açısı. Gerçek ve ortalama değer. Kapasitans ve endüktansta enerji. Seri bağlantı devresi R, L, C. Aktif, reaktif ve tam dirençler. aktif güç. Alternatif akım devresinde enerji değişimi.

Terimler ve temel kavramların tanımları

Elektrik akımı kaynağı - içindeki elektrik akımı ve iç iletkenlik ile karakterize edilen bir elektrik enerjisi kaynağı.

Bir elektrik voltajı kaynağı, elektromotor kuvveti ve dahili elektrik direnci ile karakterize edilen bir elektrik enerjisi kaynağıdır.

Aktif güç - aritmetik ortalama değere eşit bir değer anlık güç dönem için bipolar.

Sinüzoidal elektrik akımı, zamanın sinüzoidal bir fonksiyonu olan periyodik bir elektrik akımıdır.

(Sinüzoidal elektrik) akımın fazı, akım değerinin sıfırdan pozitif bir değere geçtiği noktadan sayılan sinüzoidal elektrik akımının argümanıdır.

Teorik malzeme r, l, c öğelerinde akım ve gerilim arasındaki ilişki

Rezistans ,.

Sayısal olarak, potansiyel fark, bir birim pozitif yükü 1. noktadan 2. noktaya taşımak için elektrik alanın yaptığı işe eşittir.

Akım için olduğu kadar voltaj için de keyfi olarak yönü seçeriz, genellikle akımın yönüyle çakışır (Şekil 2.1).

- Ohm yasası

VE indüktans

Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, kendi kendine indüksiyonun akı bağlantısındaki bir değişiklik, bir kendi kendine indüksiyonun EMF'sine neden olur.

,

Değer

indüktör üzerindeki gerilim olarak adlandırılır. Yön akımın yönü ile çakışır (Şekil 2.2).

.

Kapasite

Ne zaman değişir kapasitörün plakalarında elektrik yükü değişir ve bu nedenle kapasitanslı devrede bir elektrik akımı belirir.

,

,

,

.

Kapasitans üzerindeki voltajın koşullu pozitif yönü, akımın koşullu pozitif yönü ile çakışmaktadır (Şekil 2.3).

emf ve akım kaynakları

Elektrik devrelerini hesaplarken, idealleştirilmiş elektrik enerjisi kaynakları kullanılır - EMF ve akım kaynakları.

Onlara aşağıdaki özellikler atanır:

emf kaynağı

Organize medya hareketi elektrik ücretleri kaynağın içindeki “-” den “+” ya, kaynağın doğasında bulunan dış kuvvetler nedeniyle oluşur. Tek bir pozitif yükü "-"den "+"ya taşırken dış kuvvetlerin yaptığı işe sayısal olarak eşit olan değer, kaynağın EMF'si olarak adlandırılır. Kaynağın içindeki ok, potansiyelde bir artışı gösterir (Şekil 2.4).

İdeal bir EMF kaynağı, voltajı kaynaktan geçen akımın büyüklüğüne bağlı olmayan iki terminalli aktif bir elementtir. EMF kaynağının iç direnci sıfırdır.

Kaynak terminallerindeki EMF ve voltaj aynıdır.

;

;

;

EMF kaynağının terminallerini kapatırken, akım teorik olarak sonsuz büyük olmalıdır ve bu nedenle ideal EMF kaynağı, sonsuz güç kaynağı olarak kabul edilebilir.

Gerçek bir EMF kaynağını belirlemek için, ideal bir kaynakla seri bağlanmış direnç kullanılır (Şekil 2.5). Harici devreye iletilen gücü sınırlar.

;

;

İÇİNDE

denkleme (*) göre oluşturulan volt-amper karakteristiğine harici denir (Şekil 2.6).

EMF kaynağı

Şekil 1 - EMF kaynağının (solda) ve gerçek voltaj kaynağının (sağda) diyagramlarında gösterim

KaynakEMF (ideal voltaj kaynağı) - çift ​​kutuplu, Gerilim sabit olan terminallerde (devredeki akıma bağlı değildir). Gerilim sabit olarak, zamanın bir fonksiyonu olarak veya harici bir kontrol girişi olarak ayarlanabilir.

En basit durumda voltaj sabit olarak tanımlanır, yani EMF kaynağının voltajı sabittir.

Gerçek voltaj kaynakları

şekil 2

Şekil 3 - Yük karakteristiği

İdeal bir voltaj kaynağı (EMF kaynağı) fiziksel bir soyutlamadır, yani böyle bir cihaz olamaz. Böyle bir cihazın varlığını varsayarsak, o zaman elektrik BEN içinden akan, bir yük bağlandığında sonsuza gitme eğiliminde olur, rezistans R H sıfıra eğilimlidir. Ama ortaya çıktı ki güç EMF kaynağı da sonsuz olma eğilimindedir, çünkü . Ancak herhangi bir enerji kaynağının gücünün sınırlı olması nedeniyle bu imkansızdır.

Gerçekte, herhangi bir voltaj kaynağının iç direnci vardır. R, hangisi ters ilişki kaynağın gücünden. Yani, güç ne kadar büyükse, direnç o kadar düşük (belirli bir sabit kaynak voltajı için) ve bunun tersi de geçerlidir. İç direncin varlığı, gerçek bir voltaj kaynağını ideal olandan ayırır. bu not alınmalı iç direnç- bu, enerji kaynağının münhasıran yapıcı bir özelliğidir. Gerçek bir voltaj kaynağının eşdeğer devresi, bir EMF kaynağının seri bağlantısıdır - E(ideal voltaj kaynağı) ve dahili direnç - R.

Şekil 3, yük özelliklerini göstermektedir ideal kaynak voltaj (EMF kaynağı) (mavi çizgi) ve gerçek bir voltaj kaynağı (kırmızı çizgi).

İç direnç boyunca voltaj düşüşü;

Yük boyunca voltaj düşüşü.

Kısa devre () durumunda, yani enerji kaynağının tüm gücü kendi iç direncinde dağılır. Bu durumda, akım bu EMF kaynağı için maksimum olacaktır. Açık devre gerilimi ve akımının bilinmesi kısa devre, gerilim kaynağının iç direncini hesaplayabilirsiniz:

Akım kaynağı.

Şekil 1 - mevcut kaynağın sembolünü içeren diyagram

Şekil 2.1 - Mevcut kaynak diyagramlarındaki atama

Şekil 3 - Bipolar transistörler üzerine monte edilmiş akım üreteci tipi akım aynası

Akım kaynağı(Ayrıca akım üreteci) - bağlı olduğu yükün direncine bağlı olmayan bir akım oluşturan iki uçlu bir devre. Günlük yaşamda, "akım kaynağı" genellikle yanlış bir şekilde herhangi bir elektrik voltajı kaynağı (pil, jeneratör, priz) olarak adlandırılır, ancak kesinlikle fiziksel anlamda bu böyle değildir, ayrıca günlük yaşamda yaygın olarak kullanılan voltaj kaynakları, özelliklerinde bir akım kaynağından çok bir EMF kaynağına çok daha yakındır.

Şekil 1, bir akım kaynağı (S-Ube ile gösterilir; daire içindeki ok, akım kaynağının akımının pozitif yönünü gösterir) içeren ve bir S-Ube akımı, yani devrenin başka bir bölümündeki gerilime bağlı bir akım üreten iki kutuplu bir transistörün eşdeğer devresini göstermektedir.

İdeal akım kaynağı

İdeal bir akım kaynağının terminallerindeki voltaj, yalnızca harici devrenin direncine bağlıdır:

Akım kaynağı tarafından ağa verilen güç şuna eşittir:

Bir akım kaynağı için, serbest bıraktığı voltaj ve güç, artan dirençle süresiz olarak büyür.

Gerçek akım kaynağı

Doğrusal bir yaklaşımda gerçek bir akım kaynağı ve bir EMF kaynağı, iç direnç gibi bir parametre ile tanımlanabilir. Aradaki fark, iç direnç ne kadar büyükse, akım kaynağının ideale o kadar yakın olmasıdır (aksine, EMF kaynağı ideale ne kadar yakınsa, iç direnci o kadar düşük olur). İç dirençli gerçek bir akım kaynağı, iç dirençli ve EMF'li gerçek bir EMF kaynağına eşdeğerdir.

Gerçek bir akım kaynağının terminallerindeki voltaj:

Devredeki akım gücü:

Gerçek bir akım kaynağı tarafından ağa verilen güç şuna eşittir:

örnekler

Akım kaynağı, kaynak kapatıldıktan sonra bir süre () boyunca akımın harici bir kaynaktan aktığı bir indüktördür. Bu, endüktif bir yükün hızlı bir şekilde kesilmesi sırasında kontakların kıvılcımlanmasını açıklar: direnci keskin bir artışla (bir hava boşluğunun görünümü) akımı koruma arzusu, boşluğun bozulmasına yol açar.

Birincil sargısı güçlü bir alternatif akım hattına seri olarak bağlanan bir akım trafosunun ikincil sargısı, neredeyse ideal bir akım kaynağı olarak kabul edilebilir, yalnızca doğrudan değil, alternatif olarak kabul edilebilir. Bu nedenle akım trafosunun sekonder devresinin açılması kabul edilemez; bunun yerine, sekonder sargı devresinde hattın bağlantısını kesmeden tekrar anahtarlama yapılması gerekirse, bu sargı önceden şöntlenir.

Başvuru

Gerçek akım üreteçlerinin çeşitli sınırlamaları (örneğin, çıkışındaki voltaj üzerinde) ve doğrusal olmayan bağımlılıkları vardır. dış koşullar. Örneğin, gerçek akım jeneratörleri, yalnızca üst eşiği kaynağın besleme voltajına bağlı olan belirli bir voltaj aralığında elektrik akımı oluşturur. Bu nedenle, gerçek akım kaynaklarının yük limitleri vardır.

Akım kaynakları, örneğin ölçüm köprülerine güç sağlamak, diferansiyel amplifikatör aşamalarına, özellikle işlemsel amplifikatörlere güç sağlamak için analog devrelerde yaygın olarak kullanılır.

Akım üreteci kavramı, gerçek elektronik bileşenleri eşdeğer devreler olarak temsil etmek için kullanılır. Aktif elemanları tanımlamak için, onlar için kontrollü jeneratörler içeren eşdeğer devreler tanıtılır:

Voltaj kontrollü akım kaynağı (kısaltılmış ITUN)

Akım kontrollü akım kaynağı (kısaltılmış ITUT)