Замена источника тока источником эдс: Эл-ка / 05 Лекции АВТ / UE_mod_2 / l 217

Эл-ка / 05 Лекции АВТ / UE_mod_2 / l 217

L.
217.
«Электротехника» Аксютин В.А.

Эквивалентные
преобразования электрических цепей.

Преобразование
части электрической цепи является
эквивалентным, если оно не изменяет
значения токов и напряжений в не
преобразованной части цепи.

Преобразование
электрических цепей упрощает расчёт
цепи. К основным видам можно отнести
следующие преобразования:

1. Вынесение
   ЭДС за узел;

2. Замена
   последовательного, параллельного и
   смешанного соединения сопротивлений
   одним эквивалентным;

3. Замена
   реального источника тока эквивалентными
   источниками ЭДС;

4. Замена
   участка сложной цепи с параллельным
   соединением ветвей расположенных между
   двумя узлами;

5. Замена
   треугольника сопротивлений эквивалентной
   звездой и наоборот;

6. Замена сопротивления
   с известным током, зависимым источником
   ЭДС (теорема о компенсации).

Рассмотрим более
подробно нижеприведенные преобразования.

1. Вынесение
   ЭДС за узел.

Это
преобразование поясняется рис. 1. В
каждую ветвь, подходящую к узлу рис. 1,а
можно включить ЭДС E,
направленные, например, от узла рис.
1,б. В ветви с исходным источником
появляется две равных по модулю и
разнонаправленных ЭДС, которые можно
сократить. В результате преобразований
эквивалентная цепь представлена на
рис. 1,в.

E

E

E

E

E

E

E

E





E

а б в

Рис. 1

2. Замена
   последовательного, параллельного и
   смешанного соединения сопротивлений
   одним эквивалентным.

а б

в г

Рис. 2

Для всех
случаев входной ток определим по закону
Ома:
I
= U/R_Э,

где R_Э
– входное сопротивление цепи

2.1.
Последовательное соединение N
резисторов рис. 2,а:

R_Э
= R₁
+ R₂
+…+ R_N
=

R_i (1)

2.2.
Параллельное соединение N
резисторов рис. 2, б:

R_Э
= 1/G_Э,
(2)

где
эквивалентная проводимость:

(3)

Входной
ток определяется по закону Кирхгофа:

I
=I₁
+ I₂
+ … +I_N
= 
I_i (4)

Токи в
ветвях: I_i
= U/R_i

2.3.
Параллельное соединение двух резисторов
рис. 2, в:

R_Э
= (5)

U
= I R_Э = I

Токи в ветвях;

I_i
= (6)

I₂
= (7)

Соотношения
(6) и (7) называют правилом рычага (разноса):
ток в параллельной ветви равен произведению
общего тока на сопротивление в
противоположной ветви и делённое на
сумму сопротивлений ветвей.

2.3.
Параллельно-последовательное соединение
трёх резисторов рис. 2, г:

R_Э
= R+ (8)

Токи в параллельных
ветвях определим по (6) и (7):

I_i
= (9)

I₂
= (10)

3. Замена
   источника тока эквивалентными источниками
   ЭДС.

а б

Рис. 3

Рассмотрим
фрагмент цепи, в который входит контур,
содержащий источник тока и ряд ветвей
(рис. 3,а). Источник тока можно преобразовать
в источники ЭДС (рис. 3,б), если в каждую
ветвь контура включить дополнительный
источник ЭДС, равный произведению тока
источника тока на сопротивление ветви.
Направление обхода контура выбирается
по направлению источника тока, а
направление ЭДС задаётся на встречу
обхода контура. Доказательство данного
преобразования производится из аналогии
уравнений метода контурных токов
составленных для двух схем рис. 3,а и б.

Интерес
представляет преобразование реального
источника тока в источник ЭДС и наоборот.
Порядок преобразования показан на рис.
4.



Рис. 4

4. Замена
   участка сложной цепи с параллельным
   соединением ветвей расположенных между
   двумя узлами.

а б

Рис. 5

На рис.
5,а изображён участок цепи, имеющий
параллельное соединение нескольких
ветвей. Применяя метод узловых потенциалов
можно получить ветвь с эквивалентным
сопротивлением и ЭДС рис. 5,б:

E_Э
=
; (11)

R_Э
=
. (12)

В общем случае:

E_Э
=
; (13)

R_Э
=
. (14)

5. Замена
   треугольника сопротивлений эквивалентной
   звездой и наоборот.

а б
в

Рис. 6

а б в

Рис. 7

Трёхполюсник
считается пассивным, если не содержит
источников электрической энергии. Среди
пассивных трёхполюсников наиболее
часто встречаются «звезда»
рис. 6 и
«треугольник»
сопротивлений рис. 7. Это основные схемы
соединения элементов трёхфазных цепей.

Соединение
в «звезду» – это соединение трёх
сопротивлений, при котором они имеют
общую точку и образуют три расходящихся
луча. Обозначается Y
(рис. 6).

Соединением
в «треугольник» называют соединение,
при котором элементы образуют
геометрический треугольник. Обозначается

(рис. 7).

Существует
вывод формул эквивалентной замены
n-лучевой
звезды m
-сторонним многоугольником, причём m
=
.

Однако
обратное преобразование всегда возможно
только при m
= n
= 3. Поэтому рассмотрим эквивалентное
преобразование Y

. замена
будет эквивалентной, если при одинаковых
потенциалах одноименных полюсов звезды
и треугольника токи, подходящие к этим
полюсам, также одинаковы, то есть при
одинаковых режимах работы сопротивления
между одними и теми же парами полюсов
звезды и треугольника равны.

При
выводе соотношений полагаем, что внешние
токи I₁,
I₂,
I₃
и потенциалы φ₁,
φ₂
и φ₃
для Y
и 
одинаковы. Для цепи рис 6,а запишем
основные уравнения для определения
токов в первой и второй ветвях, а также
потенциала φ₀:

I_i
= ; I₂
= ; (15)

; (16)

; (17)

Обозначим:

Подставим
φ₀
в (15) получим выражения для токов в
«звезде»:

I_i
=
. (18)

I₂
=
. (19)

Для цепи
рис 7,а запишем уравнения для токов в
«треугольнике»
:

I₁
= I₁₂
− I₃₁
=
−
=
; (20)

I₂
= I₂₃
− I₁₂
=
−
=
(21)

Приравняем
коэффициенты при потенциалах φ₂
и φ₃
в (18) и (20) получим:

..=..; (22)

..=..; (23)

Приравняем
коэффициенты при потенциале φ₃
в (19) и (21) получим:

..=..; (24)

Преобразовав
(22), (23) и (24) получим следующие формулы
взаимного преобразования соединения
«звезда»
рис. 6 и
«треугольник»
рис. 7:

  	  
R1 = ; R2 = ; R3 = .	R12 = R1 + R2 + ; R23 = R2 + R3 + ; R31 = R3 + R1 + .

6. Замена
   сопротивления с известным током,
   зависимым источником ЭДС (теорема о
   компенсации).

а б

Рис. 8

Согласно
теореме
о компенсации
линейное сопротивление с известным
током (рис.
8,а)
можно
заменить зависимым источником ЭДС,
полярность которого совпадает с
полярностью напряжения возникающего
на зажимах сопротивления (рис.
8,б).

а б в

Рис. 9

Доказательство
теоремы. В ветвь с линейным резистором
рис. 9,а. включим два источника ЭДС E
= I
R,
имеющих
противоположное направление рис. 9,б.
Так как напряжение на резисторе U=I
R
то разница потенциалов φ₁
− φ₃
= 0 и на схеме можно объединить точки 1 и
3 (на рис. 9,б показано пунктиром). В
результате получим цепь рис. 9,в.

8

Соединение источников питания | Электрикам

К химическим источникам питания относятся источники эдс, в которых энергия протекающих химических реакций преобразуется в электрическую энергию. К химическим источникам относятся гальванические элементы, аккумуляторы и «батарейки» и пр.

Необходимость соединения элементов питания возникает в том случае, когда требуемое напряжение и ток потребителя превышают соответствующие значения источника питания.

Важным условием соединения химических источников питания в единую цепь, является равенство их эдс и внутреннего сопротивления.

Существует три способа подключения химических источников питания:

• • последовательно;
  • параллельно;
  • смешанно.

Соединенные между собой любым способом источники питания образуют так называемую батарею, рассматриваемую в цепи как единое целое.

Последовательное соединение источников питания

При последовательном подключении химических источников питания отрицательный полюс одного источника соединяется с положительным полюсом следующего источника и т.д. Положительный и отрицательный полюсы последнего и первого источника батареи подключаются к нагрузке внешней цепи (рисунок 1).

Рис. 1. Последовательное соединение источников питания

Общая эдс батареи при последовательном соединении химических источников питания равна сумме эдс всех входящих в нее элементов

Если учесть, что эдс всех источников одинаковая, предыдущее выражение может быть записано в виде

где E_i – эдс каждого источника питания в батарее.

При последовательном соединении внутренне сопротивление полученной батареи будет равно сумме сопротивлений каждого источника питания

или

где R_i – внутреннее сопротивление каждого источника питания в батарее.

При последовательном соединении источников питания, емкость батареи будет равна емкости каждого из источников питания.

Последовательное соединение химических источников питания применяется в том случае, когда ток нагрузки не превышает номинальный ток одного элемента, а напряжение – больше эдс одного источника.

Параллельное соединение источников питания

При параллельном соединении положительные полюсы источников питания соединяются в один общий узел, а отрицательные – в другой узел (рисунок 2).

Рис. 2. Параллельное соединение источников питания

При данном способе соединения эдс батареи равна эдс одного любого источника, включенного в ее состав

где E_i – эдс каждого источника питания в батарее.

Внутреннее сопротивлении батареи уменьшается во столько раз, сколько источников входит в ее состав, и вычисляется по формуле

где R_i – внутреннее сопротивление каждого источника питания в батарее.

Параллельное соединение химических источников питания применяется в том случае, когда напряжение потребителя равно напряжению одного источника питания, а сила тока потребителя (нагрузки) значительно превосходит разрядный ток источника.

Смешанное соединение источников питания

При смешанном соединении элементы объединяются в группы последовательно соединенных элементов с равным числом источников питания. Положительные контакты каждой группы источников питания соединяются в один общий узел, а отрицательные – в другой узел (рисунок 3).

Рис. 3. Смешанное соединение источников питания

Смешанное соединение применяется тогда, когда необходимо обеспечить нагрузку напряжением и током, большим чем у входящих в состав батареи источников питания.

Источник ЭДС и источник тока в электрических цепях — Мегаобучалка

При расчете и анализе электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечным значением величины внутреннего сопротивления r₀ заменяют расчетным эквивалентным источником ЭДС или источником тока.

Рис. 1.14

Источник ЭДС (рис. 1.14) имеет внутреннее сопротивление r₀, равное внутреннему сопротивлению реального источника. Стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС.

Для данной цепи запишем соотношение по второму закону Кирхгофа

(1.10)

E=U+Ir₀ или E=U−Ir₀.

Эта зависимость напряжения U на зажимах реального источника от тока I определяется его вольт-амперной или внешней характеристикой (рис. 1.15). Уменьшение напряжения источника U при увеличении тока нагрузки I объясняется падением напряжения на его внутреннем сопротивлении r₀.

У идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление r₀<<R_н (приближенно r₀≈0). В этом случае его вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию (рис. 1.16), следовательно, напряжение U на его зажимах постоянно (U=E) и не зависит от величины сопротивления нагрузки R_н.

Рис. 1.17

Источник тока, заменяющий реальный источник электрической энергии, характеризуется неизменным по величине током I_к, равным току короткого замыкания источника ЭДС , и внутренним сопротивление r₀, включенным параллельно (рис. 1.17).

Стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника. Для данной цепи запишем соотношение по первому закону Кирхгофа

I_к=I₀+I; .

В этом случае вольт-амперная (внешняя) характеристика I(U) источника тока определится соотношением

(1.11)

I=I_к−I₀=I_к−U/r₀

и представлена на рис. 1.18.

Уменьшение тока нагрузки I при увеличении напряжения U на зажимах ab источника тока, объясняется увеличением тока I₀, замыкающегося в цепи источника тока.

В идеальном источнике тока r₀>>Rн. В этом случае можно считать, что при изменении сопротивления нагрузки Rн потребителя I₀≈0, а I≈Iк. Тогда из выражения (1.11) следует, что вольт-амперная характеристика I(U) идеального источника тока представляет прямую линию, проведенную параллельно оси абсцисс на уровне I=Iк=E/r₀ (рис. 1.19).

При сравнении внешних характеристик источника ЭДС (рис. 1.15) и источника тока (рис. 1.18) следует, что они одинаково реагируют на изменение величины сопротивления нагрузки. Покажем, что в обоих случаях ток I в нагрузке определяется одинаковым соотношением.

Ток в нагрузке Rн для схем источника ЭДС (рис. 1.14) и источника тока (рис. 1.17) одинаков и равен .

Для схемы (рис. 1.14) это следует из закона Ома, т.к. при последователь-ном соединении сопротивления r₀ и Rн складываются. В схеме (рис. 1.17) ток распределяется обратно пропорционально сопротивлениям r₀ и Rн двух параллельных ветвей. Ток в нагрузке Rн

,

т.е. совпадает по величине с током при подключении нагрузки к источнику ЭДС. Следовательно, схема источника тока (рис. 1.17) эквивалентна схеме источника ЭДС (рис. 1.14) в отношении энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки Rн, но не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника питания.

Каким из двух эквивалентных источников питания пользоваться, не играет существенной роли. Однако на практике, особенно при расчете электротехнических устройств, чаще используется в качестве источника питания источник ЭДС с внутренним сопротивлением r₀ и величиной электродвижущей силы E.

В тех случаях, когда номинальное напряжение или номинальный ток и мощность источника электрической энергии оказываются недостаточными для питания потребителей, вместо одного используют несколько источников. Существуют два основных способа соединения источников питания: последовательное и параллельное.

Последовательное включение источников питания (источников ЭДС) применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС (рис. 1.20).

Рис. 1.20

Для этой цепи на основании второго закона Кирхгофа можно записать

E₁+E₂+E₃=I(r₀₁+r₀₂+r₀₃+R_н),

откуда

.

Таким образом, электрическая цепь на рис. 1.20 может быть заменена цепью с эквивалентным источником питания (рис. 1.21), имеющим ЭДС E_э и внутреннее сопротивление r_э.

При параллельном соединении источников (рис. 1.22) соединяются между собой положительные выводы всех источников, а также их отрицательные выводы. Характерным для параллельного соединения является одно и то же напряжение U на выводах всех источников. Для электрической цепи на рис. 1.22 можно записать следующие уравнения:

I=I₁+I₂+I₃; P=P₁+P₂+P₃=UI₁+UI₂+UI₃=UI.

Как видно, при параллельном соединении источников ток и мощность внешней цепи равны соответственно сумме токов и мощностей источников. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями.

Источники тока и схемы преобразования — МегаЛекции

Если рассматриваемая цепь функционирует в режиме КЗ, то тогда ее схема, может быть представлена в следующем виде .

Рис. 4. Схема преобразования

Применения закона Ома, к схеме, изображенной на рис.4, получим:

(1.54).

На рис. 4 символом обозначен другой источник электрической энергии, который называется идеальным источником тока.

Такой источник обладает специфическими свойствами.

Во-первых, следует отметить, что у данного источника величина внутреннего сопротивления теоретически способна достигать бесконечно большого значения , другими словами имеет место выражение

.

Во-вторых, величина тока, вырабатываемая источником, никак не зависит от величины разности потенциалов, имеющейся на его выходных зажимах.

Полученное соотношение (1.54) позволяет осуществлять эквивалентное преобразование, т.е. при выполнении электротехнических расчетов, замещать источник тока источником ЭДС. Необходимо отметь, что такого рода преобразования, будут широко использоваться в курсе “Электроника“ при проведении аналитических расчетов электронных схем, в которых усилительные элементы, в частности биполярные и униполярные транзисторы, функционируют в линейном режиме .

Мощность, поставляемая источником тока в цепь, определяется через произведение величины тока источника на величину разности потенциалов, имеющуюся на его выходных зажимах. Причем, напряжение на выходных зажимах источника тока, отчитывается в том направлении, в котором, движется ток, созданный источником тока.

Например, для простой электрической схемы, изображенной на рис. 4, напряжение определяется в направлении от зажима, имеющего потенциал , к зажиму – с потенциалом, равным . Именно в этом направлении движется ток источника тока.

Тогда, мощность источника тока, обозначаемая символом , будет определяться выражением:

(1.55)

С учетом всего сказанного выше, об источнике тока, как об идеализированном элементе цепи, будет нетрудно понять ход его внешней характеристики, т.е., зависимости , приведенной на рис. 5.

Рис. 5. График зависимости

В силу отмеченных специфических свойств идеального источника тока нетрудно понять, почему этот источник не допускает режима холостого хода.

Случай разобранный выше, это случай «гипотетический», так как реально создать физическое устройство, которое обладало бы двумя свойствами, указанными выше, практически не возможно.

Однако, ситуацию аналогичную, рассмотренной выше, можно смоделировать , если будет выполняться условие: .

Тогда, исходная линейная электрическая цепь, изображенная на рис.1, модифицируется в цепь, изображенную на рис. 4.

Неизбежно возникает вопрос: как “реально” попытаться создать источник тока Ниже приводится один из вариантов такой возможной “реализации“.

Пусть, например, у Вас имеется новый, только что сошедший с конвейера аккумулятор, внутренне сопротивление, которого составляет порядка сотых долей Ома. Eсли Вы к одному из его зажимов (полюсов) подключите резистор, имеющий сопротивление порядка единиц, десятков гегаОм, который будет эмиттировать собой внутреннее сопротивление источника, а между вторым зажимом и этим “квази” бесконечно большим резистором подключите резистор, величина сопротивления, которого на порядок меньше, чем внутреннее сопротивление источника, то тогда Вы получите “квази” источник тока .

Теперь рассмотрим второй граничный режим – режим холостого хода. Для этого необходимо использовать соотношение:

(1.56).

Нетрудно понять, что соотношению (1.56), будет соответствовать электрическая цепь, схема замещения которой приведена ниже на рис. 6.

Рис. 6. Схема замещения

При этом рассматривается схема замещения, для так называемого, «идеального» источника ЭДС.

Необходимо заметить, что до известной степени такой источник, обладает прямо противоположными свойствами, взятыми в сравнении, со свойствами «идеального» источника тока.

Величина его внутреннего сопротивления равна нулю , величина ЭДС, создаваемая и поддерживаемая на выходных зажимах источника, не зависит от величины тока, протекающего через такой источник.

С учетом всего сказанного выше об «идеальном» источнике ЭДС, нетрудно будет понять ход его внешней характеристики, т.е., зависимость , приведенную нами ниже на рис. 7.

Рис. 7. График зависимости

В силу отмеченных специфических свойств идеального источника ЭДС нетрудно понять, почему этот источник не допускает режима короткого замыкания.

В том случае, когда величина резистора нагрузки не является бесконечно большой величиной, а в действительности она, много больше величины внутреннего сопротивления источника, т.е., когда выполняется следующее условие: , то тогда говорят о существовании так называемого «квази» идеального источника ЭДС .

Его внешняя характеристика имеет следующий вид, представленный на рис. 8.

Рис. 8. Внешняя характеристика “квази“ идеального источника ЭДС

Реальные источники напряжения, как правило, характеризуютсобой типовые генераторы электроэнергии (в частности, электромеханические).

Такие источники имеют на (ВАХ) вольт – амперной характеристике, участок на котором напряжение мало меняется с изменением тока. Другими словами, у них вольт — амперная характеристика подобна (ВАХ) “квази“ идеальному источнику (рис. 8).

Из рассмотрения рис.8 , непосредственно видим, что незначительное снижение величины напряжения на зажимах источника показывает: такой источник обладает ещё одной характерной особенностью очень маленьким внутренним сопротивлением , которое в идеальном, т.е., в теоретическом случае, стремится к нулю .

Нетрудно понять, что когда функционирует реальный источник э.д.с., то величина падения напряжения на его внутреннем сопротивлении будет незначительной. В то время как величина падения напряжения, на внутреннем сопротивлении идеального источника э.д.с. будет равна нулю.

Величина падения напряжения на внутреннем сопротивлении реального источника э.д.с. настолько мала, что уравнение вольт — амперной характеристики (ВАХ) такого источника, может быть записано в виде уравнения прямой линии:

(1.57).

В некотором случае величину напряжения на зажимах реального источника ЭДС принимают равной величине, ЭДС источника. Этот случай особенный он соответствует режиму холостого хода , т.е., когда выполняются два следующих взаимно-зависимых условия

.

Из соотношения (1.57) для одного из граничных режимов работы линейной электрической цепи (режим холостого хода, при котором величина тока равна ) получаем, что величина ЭДС, численно равна величине напряжения на зажимах источника, т.е. выполняется равенство

.

Именно в этом случае говорят, о так называемом, идеальном источнике напряжения, у которого величина внутреннего сопротивления равна нулю .

Если при выполнении расчёта возникает необходимость учитывать величину внутреннего сопротивления источника, то тогда используют аналитическую запись обобщенного закона Ома.

Эквивалентная схема замещения реального источника напряжения представлена на рис. 9.

Рис. 9. Эквивалентная схема замещения источника напряжения

Другой вид источников электрической энергии представляют собой

“квази“ источники тока.

Скажем несколько слов об особенностях таких источников.

“Квази“ источники токаимеют, как правило, круто падающую (или круто возрастающую) вольт-амперную характеристику (ВАХ), у которой, наоборот, ток практически не меняется с изменением величины напряжения (рис.10) и не зависит от величины резистора, подключенного

к его выходным зажимам. По крайней мере, на каком-то её характерном (рабочем) участке. Такая вольт-амперная характеристика (ВАХ) возможна, когда внутреннее сопротивление источника очень большое, теоретически величина этого сопротивления – переменная величина, стремящаяся к бесконечности .

Рис. 10. Вольт-амперная характеристика “ квази “источника тока

С физической точки зрения, такой источник электроэнергии не выгоден: имеет плохой КПД, так как в значительной мере работает сам на себя.

Однако такой случай, когда внутреннее сопротивление источника во много раз больше сопротивления в нагрузке цепи, вполне возможен.

Если из уравнения (1.57) выделить ток (I), потребляемый нагрузкой (сетью), в предположении, что имеет место, следующее соотношение , то получаем следующее выражение:

(1.58).

В соотношении (1.58) приняты следующие обозначения:

ток,

создаваемый идеальным источником тока, для такого источника при очень большом значении его внутреннего сопротивления , получается весьма значительной и величина пересчитанной ЭДС, а внутренняя проводимость очень маленькой величины, как и величина внутреннего тока утечки . Тогда, с учетом этого, можно перейти к следующей схеме замещения.

Схема замещения реального источника тока J приведена на рис. 11.

Рис. 11. Схема замещения реального источника тока J

Эквивалентность (взаимозаменяемость) рассмотренных схем замещения источника напряжения и источника тока получается из преобразования уравнения (1.57) в уравнение (1.58) и достигается при

соблюдении следующих равенств:

.

При выполнении этих условий источники имеют одинаковые вольт — амперные характеристики (ВАХ).

Отметим, что «идеальные» источники, которые были рассмотрены выше, составляют подмножество, так называемых независимых источников.

Другое подмножество составляют, так называемые зависимые источники, с ними читатель познакомимся при прохождении курса «Электроника». В частности, к зависимым источникам относятся транзисторы, как биполярные, так и униполярные (полевые).

Отметим, что для того чтобы, биполярный транзистор функционировал в усилительном режиме, для этого, необходимо, определенным образом задать положение рабочей точки на линейном участке его входной характеристики. Тогда для аналитического расчета усилительного каскада, используются две схемы замещения: образные. При этом в состав образной схемы замещения, в качестве обязательного элемента входит реальный источник тока.

При этом речь идет о включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Эта схема является основополагающей для усилительных цепей, импульсных и цифровых устройств.

Следует заметить, что «идеальные» источники физически нереализуемы. Однако их физические схемы замещения широко используются для моделирования реализуемых источников энергии и в том случае, когда к ним добавляются другие “идеальные” элементы.

Одна такая модель источника напряжения рассматривалась выше при анализе исходной электрической цепи. Для этой цепи мы записали следующее соотношение (1). Эта цепь представлена на рис. 12, при фиксированном значении величины сопротивления нагрузки .

Резистор эмиттирует собою внутреннее сопротивление источника ЭДС. Величина разности потенциалов, определяемая между выходными зажимами (1) и (2) источника, будет численно равна величине ЭДС, т.е. : при этом ток в рассматриваемом контуре, отсутствует – не протекает т.е. .

Такое представление источника электрической энергии, в виде последовательно включенного источника ЭДС и резистора, обладающего, много меньшей величиной, в сравнении с величиной сопротивления нагрузки, позволяет рассматривать этот участок линейной электрической цепи, в виде активного двухполюсника.

Рис. 12. Неидеальный источник ЭДС, нагруженный на резистор с сопротивлением (эквивалент Тевенина)

Модель реального, т.е., неидеального источника тока приведена на рис.13. На схеме реального источника тока резистор, обладающий сопротивлением , замечается эквивалентной ему проводимостью , которая включается параллельно идеальному источнику.

После всего сказанного выше неизбежно возникает вопрос: какова должна быть взаимосвязь между величиной электродвижущей силы источника и током источника тока?

Для ответа на данный вопрос требуется найти величину тока, при которой в этих цепях величина напряжения — с одной стороны, и величина падения напряжения на резисторе нагрузки, созданная протекающим по нему током – с другой стороны, были бы одинаковыми.

Рис. 13. Неидеальный источник тока, нагруженный на резистор

с сопротивлением (эквивалент Нортона)

В силу второго закона Кирхгофа для цепи, изображенной на рис. 12, можно записать:

(1.59).

В силу первого закона Кирхгофа для узла №1, непосредственно будем иметь:

(1.60).

Тогда из последнего соотношения получаем:

(1.61).

Применение закон Ома, записанного для участка цепи, позволяет получить аналитические выражения, определяющие токи в параллельных ветвях данной цепи:

(1.62)

(1.63).

Используя соотношение (1.61), и замещая токи, протекающие в параллельных ветвях рассматриваемой цепи, соответствующими им выражениями (1.62) и (1.63), находим:

(1.64).

Осуществив подстановку выражения для напряжения , взятого из соотношения (1.59), в последнее соотношение (1.64), найдем:

(1.65).

Следовательно, полученный в процессе эквивалентного преобразования источник напряжения , выступает до известной степени в качестве аналога источника эдс .

Причем последовательно с таким источником включен резистор, обладающим сопротивлением .

Можно выполнить и обратное преобразование реального источника э.д.с. в реальный источник J тока. В ходе выполнения обратного преобразования параллельно этому источнику тока J будет включен тот же самый резистор. Такое преобразование возможно, когда выполняется следующее условие:

(1.66).

По отношению к нагрузке обе эти цепи будут эквивалентными, но мощности, потребляемые от идеальных источников, будут различными. Заметим так же, что напряжение по физической сущности, равно напряжению холостого хода между выводами, обозначенными на рис.13. через символы (1) и (2), при условии, что нагрузка отключена.

Ток источника тока J равен току, протекающему в цепи в режиме короткого замыкания, причем этот режим установится между выходными зажимами, обозначенными через символы (1) и (2).

Это будет выполняться независимо от того, насколько сложна по своей топологии внешняя часть цепи, заключенная между выводами (1) и (2), и даже в том случае, когда в этой части цепи присутствуют другие реальные источники электрической энергии.

Если выполнить преобразование цепи, расположенной влево от сечения, которое проходит через указанные зажимы , к виду, представленному на рис. 12, то можно получить схему с эквивалентным генератором напряжения, или так называемый эквивалент Тевенина .

Цепь, приведенная к виду, указанному на рис. 13, называется схемой с эквивалентным генератором тока, или с эквивалентом Нортона .

Правила, которые были разобраны выше для простого примера, можно обобщить на электрические цепи произвольной степени сложности следующим образом:

1) Заменить нагрузку разомкнутой ветвью, т.е., считать, что величина нагрузочного резистора становиться бесконечно большой и определить величину напряжения холостого хода между выводами (1) и (2) или закоротить их, рассчитать величину тока J, протекающего по цепи короткого замыкания. Величина э.д.с. E будет равна напряжению холостого хода для первого опыта, а величина J — току эквивалентного генератора тока для второго опыта;

2) Чтобы найти величину эквивалентного сопротивления источника, определяемого относительно его зажимов, необходимо закоротить все независимые источники напряжения и исключить все независимые источники тока, т.е., те ветви, в которых имеются, источники тока разрываются; все зависимые источники, о которых речь пойдет

в последующем курсе под названием «Электроника», остаются без изменения;

3) Затем приложив напряжение единичной величины или ток в одну величину к зажимам (1) и (2) можно рассчитать величину тока, протекающего через источник напряжения, или величину напряжения U – между выводами (зажимами) источника тока J. Тогда величина внутреннего сопротивления источника, будет определяться по следующему соотношению :

(1.67)

или:

(1.68).

Отметим, что алгоритм расчета линейной электрической цепи, при котором требуется определить ток в отдельно взятой ветви, при любой сколь угодно сложной по своей топологи исходной цепи, как раз и базируется на том, что эта цепь сводится, либо к схеме замещения по Тевенину, либо к схеме замещения по Нортону .

В заключение данного пункта отметим, что идеализированный источник э.д.с., не допускает при своем функционировании режима короткого замыкания, а идеализированный источник тока не допускает – режима холостого хода.

Действительно, если зажимы идеального источника э.д.с. закоротить, то величина тока короткого замыкания составит:

.

Тогда, мощность, развиваемая источником э.д.с., будет равна

— это противоречит закону сохранения энергии.

Если предположить, что зажимы источника тока разомкнуты, а это обозначает, лишь то, что эквивалентное сопротивление линейной электрической цепи, которая подключатся к этим зажимам, обладает бесконечно большой величиной сопротивления, то тогда разность потенциалов между ними составит:

,

что противоречит закону сохранения энергии.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Открытый урок «ЭДС источника тока. Закон Ома для полной цепи. Внутреннее сопротивление источника тока.» | Методическая разработка на тему:

Санкт-Петербургское государственное бюджетное

профессиональное   образовательное учреждение

«колледж отраслевых технологий

«Краснодеревец»

План урока по теме:

ЭДС источника тока. Закон Ома для полной цепи.

Внутреннее сопротивление источника тока.

Разработчик урока:

Монова Наталия Дмитриевна- преподаватель физики

Высшей категории

22 группа

Санкт-Петербург

2014

“Я не тружусь более для настоящего, я тружусь для будущего”

                                                                                         Георг Ом

Урок проводится на основе комбинирования вербального, графического, репродуктивного, эвристического и наглядного методов обучения, с использованием имеющихся в распоряжении возможностей современной техники и технологий: использование экспериментальных установок, мультимедиа презентаций в Power Point, наглядных пособий, сборника тестовых заданий, учебного компьютерного моделирования в Matlab, современных электронных образовательных ресурсов и проч., способствующих повышению эффективности и качества обучающего процесса.

Цели урока:

Обучающие:

— Продолжить овладение знаниями и умениями электрических явлений, способствующих овладению профессиональной деятельности обучающихся.

— Рассмотреть закон Ома для замкнутой цепи, как основного фундаментального закона, определяющего взаимосвязь силы тока, ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока.

— Формирование умений решения задач на замкнутые цепи, содержащие источники тока.

Развивающие:

— Формирование у обучающихся осознанного понимания закона Ома для замкнутой цепи – основного уравнения описывающего зависимость силы тока от общего сопротивления  цепи, суммы ЭДС и суммарного внутреннего сопротивления источника тока.

— Формирование умений понимания и постановки научного и демонстрационного эксперимента.

— Развивать у обучающихся умения обобщать полученную информацию, делать выводы, анализировать предложенный материал.

— Развивать умения работать со справочной и научной литературой, пользоваться информацией сайтов и Интернет ресурсов.

Воспитательные:

— Формирование навыков аналитического мышления как способа познания мира.

— Воспитание интереса к изучаемым предметам посредством изучения биографий великих ученых.

Оборудование к уроку:

• Мультимедийная аппаратура.
• Демонстрационные установки.
• Современные электронные образовательные программы.
• Комплект плакатов по теме: Постоянный электрический ток.
• Физика. Сборник тестовых заданий. Монова Н.Д. [2],50 экз.

Ключевые слова.

— Электродвижущая сила, источник тока, внутреннее сопротивление.

ПЛАН УРОКА

ХОД УРОКА

Литература

1.Мякишев Г.Я., Б.Б.Буховцев. Физика: Учеб. для 10кл.- М. Просвещение, 2012.

2. Монова Н.Д. Физика. Сборник тестовых заданий для подготовки к Единому  государственному экзамену: пособие для учащ. Общеобр. Шк./ Н.Д.Монова.- СПб.: ЛГУ им. А.С. Пушкина, 2010.-90 с.,500экз.

3.YouTube-видео

4.M-D-Monova.ru/Монова Н.Д., Методология моделирования квантово-механических процессов. ФГБОУ ВПО Российский Государственный Педагогический Университет

    им. А.И.Герцена.

5.graniuma.ru

6. C.Н.Манида. Физика. Решение задач повышенной сложности, СПб.ГУ,2003г.

Приложение 1

Вариант 2

А. Простые задания с выбором ответа

1. За направление электрического тока принимают:

а)   направленное движение заряженных частиц

б)   направленное движение электронов

в)   направленное движение положительно заряженных частиц

г)   направленное движение ионов

2.   Связь между силой тока, напряжением и сопротивлением проводника определяется законом Ома:

      а)   I = U R

      б)   I =

      в)   U = I R

      г)   R =

3.   Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если увеличить в два раза  напряжение на его концах, а площадь поперечного сечения проводника уменьшить в 2 раза?

      а)   уменьшится в два раза

      б)   увеличится в два раза

      в)   не изменится

      г)   увеличится в четыре раза

4.    Сила тока в Международной системе единиц измеряется в:

       а)  Амперах

       б)  Вольтах

       в)  Омах

       г)   Кулонах

5.    Определите напряжение на концах проводника сопротивлением R = 5 Ом, если сила тока,  протекающего через него равна I = 2 А?

       а)  2,5 В

       б)  10 В

       в)  0,4 В

       г)   20 В

6.    Напряжение на участке цепи, содержащей параллельно соединенные  сопротивления…

       а)   одинаково для каждого сопротивления

       б)   зависит от каждого сопротивления

       в)   равно сумме напряжений на каждом сопротивлении

       г)    зависит от последовательности соединения проводников

7. .    Определите напряжение на концах цепи, если Амперметр показывает 2 А?

    а)  U = 2 В

     б)  U = 8 В

     в)  U = 16 В

     г)   U = 4  В

8.Количество теплоты, выделяющееся на проводнике за время t определяется  законом Джоуля-Ленца:

     а)   Q = I U t

     б)   Q = I/U t

     в)   Q = U/I t

     г)    Q= I U

9. Два источника ЭДС E = 1В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом каждый соединены последовательно. Сопротивления нагрузки R = 1 Ом каждый соединены последовательно. Определить ток на нагрузке?  

     а) I = 0,5 А

     б) I = 0,33 А

     в) I = 0,8 А

     г) I = 1 А

Вариант 3

А. Простые задания с выбором ответа

1.   Электрический ток возникает:

      а)  при наличии в проводнике  свободных заряженных частиц

      б)  при создании в проводнике электрического поля

      в)  при наличии между концами проводника постоянной разности потенциалов

      г)  при наличии в проводнике свободных заряженных частиц и создании в нем электрического поля

2.   Сопротивление проводника определяется:

      а)   R =

      б)   R =  

      в)   R =  S/ l

      г)   R =  S / l    

3.    Вольт- амперная характеристика проводника представлена на графике. Определите сопротивление проводника.

        а)   0,25 Ом

         б)   4 Ом

         в)    16 Ом

         г)    1 Ом

4. .   Сопротивление в Международной системе единиц измеряется в:

       а)  Амперах

       б)  Вольтах

       в)  Омах

       г)   Кулонах

5.   Определите силу тока, протекающую через проводник сопротивлением  R = 2 Ом, если напряжение на его концах 12 В?

      а)   24 А

      б)   6 А

      в)   1/6 А

      г)    0,5 А

6.   Сопротивление последовательно соединенных проводников равно:

      а)   сумме сопротивлений проводников

      б)   величине, обратной  и равной  сумме обратных сопротивлений цепи

      г)   среднему сопротивлению цепи

7.   Какую силу тока показывает амперметр, если напряжение на концах цепи

      U = 15 В?

Источник ЭДС — Википедия. Что такое Источник ЭДС

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Рисунок 1. Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа). Вариант.

Исто́чник ЭДС (идеа́льный источник напряже́ния) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой E{\displaystyle {\mathcal {E}}}.

Свойства

Идеальный источник напряжения

Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой
Рисунок 3. Нагрузочная характеристика идеального (синий) и реального (красный) источников.

Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки U=E=const{\displaystyle U={\mathcal {E}}={\text{const}}}. Ток определяется только сопротивлением внешней цепи R{\displaystyle R}:

I=UR.{\displaystyle I={\frac {U}{R}}.}

Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно, идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю R→0{\displaystyle R\rightarrow 0} отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.

Реальный источник напряжения

В реальности любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением r{\displaystyle r}. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС E{\displaystyle {\mathcal {E}}} и внутреннего сопротивления r{\displaystyle r}.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

E=Ur+UR,{\displaystyle {\mathcal {E}}=U_{r}+U_{R},}

где

Ur=I⋅r,{\displaystyle U_{r}=I\cdot r,} — падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

UR=I⋅R,{\displaystyle U_{R}=I\cdot R,} — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании R=0{\displaystyle R=

EMF-портал | Микроволновая печь

• Литература

  • Поиск

    Поиск в базе данных научной литературы

  • Мобильная связь

    • Исследования населения

    • Экспериментальные исследования

    • Исследования мобильной связи 5-го поколения (5G)

  • 50/60 Гц

    • Исследования населения

    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)

    • Экспериментальные исследования (электрические поля)

  • Дети и молодые животные

    • Исследования населения

    • Экспериментальные исследования

  • Статические поля

    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)

    • Экспериментальные исследования (электрические поля)

• Технологии

  • Источники ЭМП

    База данных измерений различных устройств и приборов

  • Генеральная

    • Электрические поля

    • Магнитные поля

    • Электромагнитные поля

    • Электромагнитный спектр

    • Исторический обзор

  • Статические поля (0 Гц)

    • Естественные статические поля

    • Искусственные статические поля

    • Системы пассажирского железнодорожного транспорта общего пользования

    • Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

    • Конвертерная станция

    • МРТ

    • Магнитные средства защиты (одеяла, нашивки, браслеты и т. Д.)

  • Низкая частота (0,1 Гц – 1 кГц)

    • Производство и распределение электроэнергии

    • Электросеть

    • Воздушные линии электропередачи

    • Подземные кабели

    • Подстанции

    • Источники воздействия дома

    • Система тягового питания 16.7 Гц

  • Промежуточная частота (1 кГц – 10 МГц)

    • Естественные поля промежуточной частоты

    • Искусственные поля промежуточной частоты

    • Индукционные плиты

    • Электрические транспортные средства

    • Беспроводное зарядное устройство для электромобилей

    • Другие источники полей

  • Радиочастота (10 МГц — 300 ГГц)

    • Естественные радиочастотные поля

    • Искусственные радиочастотные поля

    • Мобильная связь

    • Радиовещательные передатчики (радио и телевидение)

    • Цифровое радио TETRA

    • Микроволновая печь

    • Другие источники воздействия

• Глоссарий

• Последствия

  • Генеральная

    • Виды учебы

    • Оценка

    • Острые и хронические эффекты

    • Чувствительность разных групп населения

  • Статические поля (0 Гц)

  • Низкая частота (0.1 Гц – 1 кГц)

    • Генотоксичность

    • Электромагнитная гиперчувствительность

    • Нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, БАС)

    • Рак и детский лейкоз

    • Модификация мозговых волн

    • Сердечно-сосудистая система

    • Секреция мелатонина

    • Имплантаты

    • Косвенные эффекты

  • Промежуточная частота (1 кГц – 10 МГц)

  • Радиочастота (10 МГц — 300 ГГц)

    • Рак

    • Электромагнитная гиперчувствительность

    • ЭЭГ / мозговая активность

    • Когнитивные, психомоторные функции и функции памяти

    • Спать

    • Гематоэнцефалический барьер

    • Плодородие

    • Генотоксичность

    • Микроволновый слух

    • Косвенные эффекты

    • Терапевтические приложения

• Больше

  • Ссылки

    Ссылки на национальные и международные учреждения, связанные с ЭМП

  • Пределы

    • Предельные значения

    • Основные ограничения

    • Контрольные уровни

    • Предельные значения в Германии (для широкой публики)

    • Предельные значения в Германии (профессиональное воздействие)

    • Предельные значения сравниваются на международном уровне

  • Сообщение о рисках

    • Диалог в информировании о рисках

    • Инструменты информирования о рисках

    • Восприятие риска

    • Оценка рисков

    • Процедура оценки воздействия на здоровье

    • Управление рисками

  • Электротравмы

    • Причины

    • Параметры воздействия электрического тока

    • Время возникновения травм

    • Механизмы действия

    • Пораженные органы и ткани

    • Заболеваемость

    • Предельные значения

    • Справочная информация для предельных значений

    • Публикации

• Команда

• Финансирование

• Пожертвования

• Авторизоваться

• Язык

  • Deutsch

  • английский
    (текущий)

  • 日本語

×

• Команда

• Финансирование

• Пожертвования

• Авторизоваться

• Язык

  Deutsch

  английский
  (текущий)

  日本語

• Литература

  • Поиск

    Поиск в базе данных научной литературы

  • Мобильная связь

    • Исследования населения

    • Экспериментальные исследования

    • Исследования мобильной связи 5-го поколения (5G)

  • 50/60 Гц

    • Исследования населения

    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)

    • Экспериментальные исследования (электрические поля)

  • Дети и молодые животные

    • Исследования населения

    • Экспериментальные исследования

  • Статические поля

    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)

    • Экспериментальные исследования (электрические поля)

• Технологии

  • Источники ЭМП

    База данных измерений различных устройств и приборов

  • Генеральная

    • Электрические поля

    • Магнитные поля

    • Электромагнитные поля

    • Электромагнитный спектр

    • Исторический обзор

  • Статические поля (0 Гц)

    • Естественные статические поля

    • Искусственные статические поля

    • Системы пассажирского железнодорожного транспорта общего пользования

Как мы загружаем блоки питания.Все источники имеют ЭДС. ЭДС — это напряжение разомкнутой клеммы аккумулятора. Все источники имеют определенное внутреннее сопротивление.

Презентация на тему: «Как мы нагружаем источники питания. Все источники имеют ЭДС. ЭДС — это напряжение на разомкнутой клемме аккумулятора. Все источники имеют определенное внутреннее сопротивление». — Стенограмма презентации:

1

Как мы загружаем блоки питания

2

Все источники имеют ЭДС.ЭДС — это напряжение разомкнутой клеммы аккумулятора. Все источники имеют определенное внутреннее сопротивление. Идеальные батареи имеют нулевое внутреннее сопротивление. Автомобильный аккумулятор имеет очень низкое внутреннее сопротивление, поэтому почти идеален

3

Автомобильный аккумулятор имеет очень низкое внутреннее сопротивление. Это означает, что он может выдавать сильный ток, необходимый для стартера. Вы можете увидеть тяжелые провода, ведущие к стартеру.

4

V E V V R I На этот раз мы обнаруживаем, что напряжение на клеммах падает до V.Оно потеряно из-за внутреннего сопротивления, которое нагревает аккумулятор. ЭДС = полезное напряжение + потерянное напряжение В коде: E = V + v

5

V E R I r Элемент теперь представляет собой идеальную батарею, включенную последовательно с внутренним резистором r. Внутреннее сопротивление

6

o ЭДС = напряжение на R + напряжение на внутреннем сопротивлении E = V + vo Мы также знаем из закона Ома, что V = IR и v = Ir, поэтому мы можем написать: E = IR + Ir E = I (R + r) или E = V + Ir

7

V E R I r o Мы настраиваем переменный резистор так, чтобы мы могли регистрировать диапазон напряжений и токов.o Мы используем переключатель, чтобы избежать разрушения батареи и предотвращения перегрева переменного резистора. o Мы наносим результаты на график.

8

Ток (A) P.d. (V) График представляет собой прямую линию вида y = mx + c. Мы можем составить уравнение для внутреннего сопротивления V = -rI + E. На графике есть три полезные особенности: Пересечение по оси Y говорит как ЭДС. Пересечение на оси x говорит нам о максимальном токе, который может выдать ячейка при p.d. равен нулю, т.е. глухое короткое замыкание. Отрицательный градиент говорит нам о внутреннем сопротивлении.

Руководства по эксплуатации и инструкции

• 
  Категории

  • Младенец и дети

  • Компьютеры и электроника

  • Развлечения и хобби

  • Модный стиль

  • Еда, напитки и табак

  • Здоровье и Красота

  • Дом

  • Промышленное и лабораторное оборудование

  • Медицинское оборудование

  • Офис

  • Забота о животных

  • Спорт и отдых

  • Транспортные средства и аксессуары

  Лучшие типы

  Аудио и домашний кинотеатр

  Камеры и видеокамеры

  Компьютерные кабели

  Компоненты компьютера

  Компьютеры

  Устройства ввода данных

  Хранение данных

  Сеть

  Печать и сканирование

  Проекторы

  Умные носимые устройства

  Программное обеспечение

  Телекоммуникации и навигация

  телевизоров и мониторов

  Гарантия и поддержка

  другое →

  Лучшие бренды

  Acer

  AEG

  Aeg-Electrolux

  канон

  Dell

  Electrolux

  Fujitsu

  Хама

  л.с.

  LG

  Panasonic

  Philips

  Samsung

  Sony

  Торо

  другое →

  Лучшие типы

  Информационно-развлекательная система

  Музыкальные инструменты

  Видеоигры и приставки

  другое →

  Ведущие бренды

  Acer

  AEG

  Asus

  Electrolux

  ЭСАБ

  Хама

  л.с.

  LG

  Panasonic

  Philips

  Прогресс

  Samsung

  Shimano

  Sony

  Xerox

  другое →

  Верхние типы

  Обвязочные машины

  Доски

  Калькуляторы

  Корректирующая среда

  Настольные принадлежности и принадлежности

  Принадлежности для рисования

  Набор для чистки оборудования

  Папки, подшивки и указатели

  Ламинаторы

  Почтовые принадлежности

  Резаки для бумаги

  Сортировщики

  Принадлежности для хранения офисной техники

  Письменные принадлежности

  Бумага писчая

  другое →

  Лучшие бренды

  Bosch

  канон

  Данфосс

  Dell

  Fujitsu

  Garmin

  Хама

  л.с.

  LG

  Panasonic

  Philips

  Samsung

  Торо

  Trendnet

  Xerox

  другое →

  Типы верха

  Постельное белье и постельное белье

  Очистка и дезинфекция

  Инструменты для самостоятельной работы

  Бытовая техника

  Домашний декор

  Мебель для дома

  Домашняя безопасность и автоматизация

  Принадлежности для кухни и дома

  Кухонная посуда

  Освещение

  другое →

  Лучшие бренды

  AEG

  Aeg-Electrolux

  Bosch

  Electrolux

  Хама

  л.с.

  LG

  Panasonic

  Philips

  Samsung

  Sony

  Торо

  Wacker Neuson

  Водоворот

  Занусси

  другое →

  Типы верха

  Сумки и чемоданы

  Костюмы детские карнавальные

  Уход за одеждой

  Плечики для одежды

  Химчистка

  Бритвы для ткани

  Мужская одежда

  Держатели для галстуков

  Оборудование для ультразвуковой очистки

  Часы

  Женская одежда

  другое →

  Лучшие бренды

  AEG

  Aeg-Electrolux

  Dell

  Electrolux

  Fujitsu

  Хама

  Indesit

  LG

  Nikon

  Panasonic

  Philips

  Samsung

  Sony

  Торо

  Водоворот

  другое →

  Верхние типы

  Кондиционеры воздуха

  Стреловые подъемники

  Компактный экскаватор

  Лифты

  Экскаваторы

  Финишеры

  Фронтальные погрузчики

  Шумоподавляющая машина

4.2. Измерение ЭДС источника прямым методом

В течение
прямое измерение источника ЭДС (рис.18), потенциал
разность, которую показывает вольтметр (64), меньше ЭДС на
величина падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника
Ir .

Фиг.
18 — Модель
прямой
схема метода

Если
вольтаж
падение на внутреннем сопротивлении источника Ir <<  U _V
меньше погрешности вольтметра, то шкала вольтметра
чтение U _V e _Х
можно принять равным значению ЭДС источника, а
Погрешность измерения следует принимать равной погрешности вольтметра.Если
падение напряжения внутри источника Ir  U _V
сравнимо с погрешностью вольтметра или даже неизвестно, то
показания шкалы вольтметра U _V  e _Х
не будет соответствовать реальному значению исходной ЭДС.

ток
в этой схеме мы определяем по закону Ома для замкнутой цепи (61):

,

где
R _V
— сопротивление вольтметра.

Тогда
падение напряжения на вольтметре (64):

.(66)

Из
(66) видно, что шкала вольтметра
чтение U _V  e _Х
будет отличаться от ЭДС, если сопротивление вольтметра R _V  r _X
сравнимо с внутренним
сопротивление источника. Например, если R _V
= r _X ,
затем U _V =  _Х / 2.

Принимая
учитывая (66), получаем относительную погрешность этого прямого
измерение ЭДС в процентах:

.
(67)

Родственник
погрешность прямого измерения (67) также
зависит от отношения
R _V / R _X .

Вывод: для измерения ЭДС источника.
прямым методом сначала нужно найти диапазон
значений внутренних сопротивлений
источника в
какое измерение можно считать правильным.

5. Обработка данных

(То же
как в Лабораторной работе №
2-2).

6. Порядок выполнения работ и анализ экспериментальных данных

5.1. Метод компенсации

1. Крепление
   Схема Рис. 19. Как
   в качестве моделирующего источника ЭДС выбираем источник е ₁ ,
   который
   находится слева от лабораторного табло.
   Последовательно с ним подключаем декадный блок резисторов R ₂ ,
   который имитирует
   источники внутреннего сопротивления.Вспомогательный
   источник e ₂
   является
   справа от лабораторной доски.

2. Поворот
   как по наблюдаемым, так и по вспомогательным источникам. Задавать
   значение R ₂ = 0,
   таким образом
   .

3. Задавать
   ползунок потенциометра посередине. Блокировка выключателей К ₁
   а затем К ₂ .

4. млн

   Рис.
   19 — Модель
   компенсация
   Схема метода

   С помощью ползунка потенциометра получить отсутствие тока
   через микроамперметр I = 0.

5. Только
   в момент компенсации можем записать шкалу вольтметра
   чтение  _Xi
   в таблицу размеров.
   Чтобы
   выключатели разъединители К ₁
   и К ₂ .

6. Кому
   установить последовательно значения сопротивлений декадных резисторов
   ящик R ₂
   равный
   10 к  ,
   30 к  ,
   50 к  ,
   70 к  ,
   таким образом
   .Это
   равносильно смене источников. Сделать
   замеры по пунктам 3,
   4 и 5.

7. Рассчитать
   среднее значение ЭДС < _X >
   (41), абмодальность
   каждый
   измерение
    _Xi
   (42), сумма
   квадратов
   абмодальностей

   (43).

8. Для
   известно
   сумма
   квадратов
   абмодальностей
   рассчитывать статистические
   абсолютная погрешность  _X ^ST (44)
   для уверенности
   вероятность  = 0,95,
   количество измерений
   п = 5
   и Sdudent’s
   коэффициент
   .

9. Рассчитать
   абсолютная погрешность устройства  _X ^DEV
   по (45):

,

где

— класс точности U и _max
— сеточный предел вольтметра.

10. Рассчитать
    полный абсолют
    ошибка 
    (46) и родственник
    ошибка  _ (47)
    измерений.

11. Написать
    конечный результат как уверенность
    интервал и относительная погрешность (48).

12. Заключить
    о ценности статистических
    а также
    устройство
    абсолютный
    ошибки.

Активный источник транзистора

»Электроника

Простейшей формой источника тока является резистор, но активные источники тока, использующие транзисторы, могут обеспечивать гораздо более постоянный ток или управляемый ток.

Типы транзисторных цепей

включают:
Типы транзисторных цепей
Общий эмиттер
Эмиттер-повторитель
Общая база
Пара Дарлингтона
Пара Шиклай
Текущее зеркало
Длиннохвостая пара
Источник постоянного тока
Множитель емкости
Двухтранзисторный усилитель
Фильтр высоких частот

См. Также:
Конструкция транзисторной схемы

Активные источники постоянного тока часто используются в проектировании электронных схем.Некоторые цепи постоянного тока могут быть созданы с использованием очень небольшого количества электронных компонентов, но другие, обеспечивающие лучшую производительность, могут использовать несколько больше.

В простейшем источнике постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор, но часто в источниках постоянного тока используются транзисторы, хотя можно также использовать полевые транзисторы и, где это применимо, вакуумные настройки термоэмиссионных клапанов.

Можно сделать активный источник постоянного тока, используя один транзистор и пару резисторов, хотя также доступны более сложные конструкции с использованием нескольких дополнительных электронных компонентов.

Обозначения цепи источника тока

Что такое источник постоянного тока

Базовым элементом является источник тока, а это элемент или блок в цепи, функция которого заключается в обеспечении тока, причем основное внимание уделяется обеспечению тока, а не напряжения.

Более полезным элементом с точки зрения подачи тока является то, что называется источником постоянного тока. Этот объект обеспечивает заданный уровень тока независимо от импеданса нагрузки, на которую он направляет ток.

Теоретический источник постоянного тока сможет обеспечить постоянный ток полностью независимо от импеданса. Проблемы могут возникнуть, когда встречаются очень высокие уровни импеданса или даже разомкнутые цепи, потому что для достижения требуемых уровней тока могут потребоваться очень высокие напряжения.

Ввиду этого реальные источники постоянного тока имеют ограничения, наложенные на диапазон уровней импеданса, при которых они могут обеспечивать постоянный ток.

На графике ВАХ выхода источника постоянного тока характеристика представлена ​​прямой линией.

Существует два типа источников постоянного тока:

• Независимый источник тока: Для этой формы источника тока ток не зависит от какой-либо переменной в цепи. Другими словами, он производит фиксированный ток.

• Управляемый источник тока: Этот вид устройства постоянного тока вырабатывает уровень тока, которым можно управлять с помощью внешнего фактора, такого как управляющее напряжение, но оно сможет обеспечить требуемый уровень тока независимо от Загрузка.

Применения активного источника тока

Источники тока необходимы в различных областях проектирования электронных схем.

Источники тока могут использоваться для смещения транзисторов, а также могут использоваться в качестве активной нагрузки для каскадов усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они также могут использоваться в качестве источников излучения для дифференциальных усилителей — например, они могут использоваться в паре транзисторов с длинными хвостами.

Они также могут использоваться как повышающие звенья с широким диапазоном напряжений в источниках питания и других цепях с широким диапазоном напряжений.Если бы использовались обычные резисторы, то ток значительно изменялся бы в диапазоне напряжений.

Одним из распространенных примеров использования источников тока является управление стабилитроном в цепи регулятора. Поддержание постоянного тока независимо от тока, потребляемого последовательным транзистором в цепи, помогает поддерживать гораздо лучший уровень регулирования.

Также автономные источники тока также необходимы в различных процессах, включая электрохимию и электрофорез.

Таким образом, можно увидеть, что источник постоянного тока является важным схемным блоком, используемым в самых разных областях проектирования электронных схем.

Схема источника тока простого резистора

В простейшей форме цепи постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор. Если напряжение источника намного выше, чем напряжение, при котором требуется ток, то выходной ток будет почти не зависеть от нагрузки.

Для идеального источника постоянного тока источник напряжения имел бы бесконечное напряжение, а резистор имел бы бесконечное сопротивление.

Для практических применений напряжение и сопротивление должны позволять току быть достаточно постоянным во всем диапазоне требуемых нагрузок.

Простой источник постоянного тока, состоящий из источника высокого напряжения и резистора высокого номинала

Для приведенной выше схемы ток можно очень легко рассчитать, поскольку он приблизительно равен I = V / R, потому что Vload (напряжение на нагрузке) намного меньше, чем V (напряжение источника).

Эта простая форма источника тока имеет множество ограничений:

• Высокие значения сопротивления, необходимые для рассеивания энергии, делают цепи неэффективными.
• Необходимы источники высокого напряжения, которые не всегда легко доступны.
• Изменения нагрузки могут вызвать некоторые колебания тока, если недоступны достаточно высокие значения напряжения источника.

Ввиду этих ограничений этот простой источник постоянного тока не используется широко там, где требуется истинный постоянный ток.

Для достижения лучшей производительности с источником более низкого напряжения и меньшей рассеиваемой мощностью, хотя и с несколькими дополнительными электронными компонентами, активная схема постоянного тока более широко используется и обеспечивает лучшую общую производительность для большинства практических требований.

Основы транзисторного активного источника постоянного тока

Простое использование транзистора позволяет создать гораздо более эффективный источник тока, используя всего несколько дополнительных электронных компонентов, включая транзистор, несколько резисторов и несколько простых уравнений для конструкции электронной схемы.

Источник тока работает из-за того, что ток коллектора в схеме транзистора в раз больше тока базы. Это не зависит от напряжения коллектора, при условии, что напряжение достаточно для пропускания тока через нагрузочное устройство в коллекторе.

Активный источник тока с одним транзистором

В этой схеме ток коллектора в β раз больше тока базы. Обычно β велико, и поэтому можно предположить, что ток эмиттера, который в (β + 1) раз больше тока базы, и ток коллектора, который в β раз больше тока базы, одинаковы.

Ввиду этого спроектировать схему для заданного тока несложно.

Ie = (β + 1) Ib

Iload = Ic = βIb

Iload = β Ve (β + 1) Re

Iload = Vb — 0.6Re

Примечание: здесь предполагается использование кремниевого транзистора, поскольку падение напряжения на базе эмиттера составляет 0,6 В

Установкой резисторов R1 и R2 можно установить базовое напряжение. Напряжение эмиттера будет на 0,6 вольт меньше, если предположить, что это кремниевый транзистор. Зная напряжение эмиттера, можно рассчитать ток эмиттера, просто зная закон Ома.

Схема простого стабилизированного активного источника тока

Чтобы устранить любые колебания тока, возникающие из-за изменений напряжения питания, достаточно просто добавить некоторую регулировку в основную схему, заменив несколько электронных компонентов.Это достигается заменой R2 на стабилитрон или опорный диод напряжения.

Транзистор активного источника тока с использованием стабилитрона для улучшения стабильности

Тех же уравнения применяются, как и раньше, но с той лишь разницей, что напряжение базы удерживается на более постоянный уровне в результате присутствия Зенера, опорное напряжение диода.

Температурная зависимость активного источника тока

Одним из основных недостатков основного активного источника тока является то, что он в определенной степени зависит от температуры.Для многих приложений это может быть не важно, но там, где требуются очень строго контролируемые условия, температурные характеристики могут быть очень важны.

Существует два основных варианта:

• Изменения Vbe в зависимости от температуры Эффект изменения Vbe, вызванного температурой, составляет приблизительно -2 мВ / ° C. Это приводит к изменению Vce. Можно рассчитать приблизительное соотношение: ΔVbe примерно равно -0.0001ΔVce.

  Это можно свести к минимуму, выбрав достаточно большое значение резистора эмиттера, чтобы гарантировать, что изменения напряжения эмиттера в десятки милливольт будут составлять лишь небольшую часть от общего напряжения эмиттера. Однако необходимо следить за тем, чтобы между коллектором и шиной оставалось достаточное напряжение, чтобы пропускать ток через нагрузку и компенсировать любые изменения напряжения питания.

• Вариации β в зависимости от температуры Это может не быть серьезной проблемой, и любые отклонения можно минимизировать, выбрав транзистор с высоким значением / Hfe.Таким образом, вклад базового тока в ток эмиттера сводится к минимуму, а отклонения уменьшаются, насколько это возможно.

Цепи активного источника тока с хорошей температурной стабильностью

Можно разработать схемы транзисторных активных источников тока, у которых внутренняя температурная стабильность лучше, чем у простых схем, приведенных выше.

Одна из простейших схем — использовать схему, в которой используются транзисторы NPN и PNP. В показанной схеме изменения падения напряжения Vbe в TR1 компенсируются соответствующими изменениями в TR2.В этой схеме следует отметить, что R3 является подтягивающим резистором для коллектора TR1, потому что база TR2 может потреблять ток, но не обеспечивать его.

Активный источник тока на транзисторах с температурной компенсацией

Все схемы включают транзисторы, но также могут использоваться другие активные электронные компоненты, включая полевые транзисторы и даже вакуумные лампы / термоэмиссионные клапаны. При использовании других электронных компонентов в качестве активного устройства в источнике тока, устройства и схема смещения должны учитывать тот факт, что и полевые транзисторы, и клапаны / лампы управляются напряжением, а не током.Тем не менее их можно использовать так же эффективно.

Транзисторные активные источники тока используются во многих областях, особенно в интегральных схемах и некоторых зарядных устройствах. Они позволяют подавать фиксированный или контролируемый ток независимо от напряжения (в определенных пределах) и поэтому очень полезны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

% PDF-1.7
%
107 0 объект
>
endobj

xref
107 89
0000000016 00000 н.
0000002717 00000 н.
0000002902 00000 н.
0000002946 00000 н.
0000002982 00000 н.
0000003771 00000 н.
0000003838 00000 н.
0000003974 00000 н.
0000004106 00000 п.
0000004239 00000 п.
0000004377 00000 п.
0000004516 00000 н.
0000004655 00000 н.
0000005267 00000 н.
0000005770 00000 н.
0000006039 00000 п.
0000006571 00000 н.
0000007083 00000 н.
0000007511 00000 н.
0000007771 00000 н.
0000008391 00000 п.
0000008941 00000 н.
0000009030 00000 н.
0000009581 00000 п.
0000010011 00000 п.
0000010564 00000 п.
0000011066 00000 п.
0000011514 00000 п.
0000012067 00000 п.
0000012179 00000 п.
0000012293 00000 п.
0000012330 00000 п.
0000016530 00000 п.
0000016806 00000 п.
0000017160 00000 п.
0000017626 00000 п.
0000018145 00000 п.
0000018565 00000 п.
0000023350 00000 п.
0000028469 00000 п.
0000034999 00000 н.
0000040528 00000 п.
0000040952 00000 п.
0000047349 00000 п.
0000047902 00000 п.
0000048180 00000 п.
0000048603 00000 п.
0000048900 00000 н.
0000049348 00000 п.
0000049772 00000 п.
0000050129 00000 п.
0000050423 00000 п.
0000056257 00000 п.
0000056645 00000 п.
0000061386 00000 п.
0000082757 00000 п.
0000092012 00000 н.
0000094661 00000 п.
0000105674 00000 н.
0000117203 00000 н.
0000120638 00000 н.
0000125059 00000 н.
0000125463 00000 н.
0000125861 00000 н.
0000147787 00000 н.
0000151122 00000 н.
0000151387 00000 н.
0000151699 00000 н.