Capitole
- Elemente electronice liniare
- Divizia
- Lin ideal și real. resurse
- Rezistențe
- Condensatoare
- Bobine
- Transformatoare
- literatură
- Test
- Diodele
- Munca studentului
- Măsurători electrotehnice
Ești aici
2. Lin ideal și real. resurse
O mulțime de a forma un pic de cheltuit
Ľudovít Štúr & comp.
Mulți caută sensul vieții cu teama ascunsă că ar putea fi la lucru
De la un magazin de bijuterii scris: componentele active sunt opusul componentelor pasive,
adică, dacă sunt activi, sunt de fapt pasivi.
Sarcină sugestivă: Cumpărați o sursă de alimentare cu orice tensiune. Înmulțiți valoarea tensiunii cu două, adăugați 4 V la rezultat, împărțiți la doi și scădeți valoarea originală a tensiunii de alimentare din rezultat. Ai o tensiune de 2 V, adevărat?
Dar de ce să cumpărați o astfel de sursă pe care doriți să o alimentați cu o astfel de tensiune?
Un principiu sursă nou, brutal de simplu și logic, fără a fi nevoie de aprovizionare cu energie descoperit!
O sursă electrică este un dispozitiv capabil să furnizeze permanent energie electrică unei sarcini (aparat). După natura sa, aparatul îl schimbă în: căldură, lumină, lucru mecanic. Sursele furnizează și dispozitive electronice, unde tensiunea de alimentare este necesară pentru îndeplinirea funcțiilor electronice și IT. Distingem între surse de tensiune continuă și c.a., liniare și neliniare (cu rezistență internă neliniară), de tip tensiune și curent, controlate și necontrolate.
Exemple de resurse sub principiul fizic al funcției și construcției: celule electrochimice, baterii și acumulatori; dinamo, generatoare alternative - alternatoare; surse netradiționale de energii mici: fotocelula, celulă termoelectrică, celulă Hall, celulă piesoelectrică. Aceste surse sunt transformatoare ale unei forme de energie în energie electrică. Pentru alimentarea cu energie a dispozitivelor electronice, se utilizează în principal surse de alimentare DC, alimentate din rețeaua de distribuție CA - resurse de rețea. Ei formează un grup special surse de semnal, în care funcția energetică este mai puțin importantă, parametrii semnalelor generate sunt importante. Ne vom ocupa de relațiile teoretice și de caracteristicile valabile pentru modelele de tensiune necontrolată și surse de curent, indiferent de principiul și construcția acestora. Termeni cheie pentru surse: tensiune internă resp. curent, tensiune terminală, rezistență internă (impedanță), sursă de alimentare, caracteristică de sarcină.
Caracteristicile de încărcare ale sursei este dependența tensiunii terminale de magnitudinea curentului tras. Este analog elementelor pasive VACH. Sursele utilizate pentru a atrage solicitări pe axa verticală. Abstracția unei surse ideale fără pierderi este utilă pentru proiectarea circuitelor. Folosind o sursă ideală și un rezistor de pierdere, se poate crea un model de sursă reală.
2.1 Sursa ideală de tensiune
Se caracterizează prin valoarea tensiunii interne Uv și are rezistență internă zero. Tensiunea sa terminală este egală cu tensiunea internă și nu depinde de curentul de sarcină. Este o sursă de tensiune constantă. Mărimea curentului depinde de rezistența la sarcină: I = Uv/Rz. Curentul de scurtcircuit nu este definit (Ik → ∞).
2.2 Sursa ideală de energie
Se caracterizează prin valoarea curentului intern Iv și are o rezistență internă infinită. Curentul furnizat sarcinii este egal cu curentul intern și nu depinde de rezistența sarcinii. Pe măsură ce sarcina se schimbă, tensiunea terminală a sursei se schimbă: U = Iv.Rz. Stare de repaus nedefinită (U → ∞).
2.3 Sursă de tensiune reală
Se caracterizează printr-o tensiune internă Uv și o rezistență internă Rv. Este modelat prin conectarea în serie a unei surse ideale de tensiune cu tensiune Uv și rezistor de pierdere cu rezistență Rv. Tensiunea sa terminală U cu curent de sarcină scade din cauza căderii de tensiune pe rezistența internă Rv .
Cel mai simplu mod de a determina U:
Uv . tensiune internă de alimentare (nu este disponibilă la terminale)
Rv . rezistență internă
U . tensiunea terminală a sursei la un anumit curent, accesibilă la bornele sursei
Ik . curent de scurtcircuit, Ik = Uv/Rv (cu borne de alimentare cu scurtcircuit)
Notă: Intern - rezistență la pierderi Rv nu este o componentă-rezistor reală, este o proprietate nedorită a sursei. De exemplu. este cauzată de rezistența la electroliți a celulei chimice, în rețeaua de alimentare este rezistența de ieșire a stabilizatorului, într-o sursă simplă cu redresor este rezistența diodei și a înfășurării transformatorului etc.
Caracteristicile de încărcare ale sursei de tensiune liniare și neliniare:
Panta liniei caracteristice exprimă magnitudinea valorii rezistenței interne Rv (este de fapt rezistorul VACH inversat Rv = Uv/Ik).
În practică, termenul de sursă de tensiune dură înseamnă o sursă cu rezistență internă scăzută, o sursă de tensiune moale are o rezistență internă mare. Rezistența internă a sursei nu poate fi determinată prin măsurarea curentului în stare scurtă, deoarece majoritatea surselor de tensiune nu sunt rezistente la scurtcircuit, este determinată prin măsurarea și utilizarea relației: Rv = ΔU/ΔI. (vezi exemple)
2.4 Sursa reală de curent
Se caracterizează printr-un curent intern Iv și o rezistență internă finită Rv, care în circuitul de înlocuire este conectat în paralel cu o sursă de curent ideală.
Iv . curent intern (indisponibil) al sursei
Rv . rezistența internă a sursei
Eu . curentul real al sursei la sarcină
U . tensiunea terminală a sursei și a sarcinii
O sursă de curent puternic este una care are o rezistență internă foarte mare. Păstrează un curent aproape constant în circuit chiar și cu o schimbare mare a rezistenței la sarcină.
Majoritatea echipamentelor și circuitelor electrice și electronice necesită tensiune de la o sursă de tensiune dură pentru funcția lor tehnologică. Sursele de curent sunt utilizate în mod excepțional, de exemplu ca parte a unor circuite integrate, sau unele conexiuni cu tranzistoare au proprietatea surselor de curent.
Exemple de surse de tensiune dură: sursa de alimentare (priza), dinam, baterie, sursa de alimentare cu stabilizator. Realizarea sursei curente vezi exemplul 2.8.7.
2.5 Exemple de surse de joasă tensiune, curent și energie
Fiecare sursă de energie electrică este un convertor al unei forme de energie în energie electrică. Doar sursele de rețea deja menționate modifică el. energie de la o rețea de curent alternativ la tensiune continuă. Conform metodei el. surse de tensiune pe care le cunoaștem: lucrând pe baza inducției electromagnetice, a celulelor electrochimice și a bateriilor mici, a celulelor termoelectrice, a celulelor fotoelectrice, a celulelor piezoelectrice (unități, cristale), a celulelor Hall folosind câmpuri magnetice și a elementelor folosind inducția electrostatică. Cu excepția celulelor electrochimice, acestea sunt în mare parte surse cu o rezistență internă foarte mare, adică au caracterul unei surse de curent. Unele nu sunt utilizate pentru a alimenta sarcina (aparatul), dar ca surse de semnal sau ca senzori activi în sistemele de automatizare și control, unele generează tensiune alternativă variabilă. Vom enunța pe scurt principiul lor fizic de funcționare și câmpul de aplicare.
Inductiv elementele care funcționează pe baza inducției electromagnetice sunt, de exemplu: dinamo, senzori inductivi de poziție și viteză, traductoare acustice electromagnetice și magnetoelectrice. Notă: o dinamă este o mașină rotativă care are o tensiune continuă pulsantă la bornele create prin direcționarea tensiunii alternative induse de un colector mecanic.
Celule electrochimice converti energia chimică a electroliților și electrozilor în energie electrică. Acumulatorii permit multiple procese de stocare a energiei electrice. energie sub formă de energie chimică - încărcare. Monocuplurile și bateriile sunt utilizate în principal pentru alimentarea dispozitivelor electronice portabile, cum ar fi: calculatoare, el. ceasuri, jucători, telefoane mobile și instrumente de măsurare portabile. Dar sunt folosite și pentru alimentarea becurilor cu consum redus. Celule fotoelectrice (fotodiodele) convertesc energia luminii soarelui sau chiar a surselor de lumină artificială într-o tensiune. Sunt folosite ca senzori - receptoare de lumină în fotocelule, optocuploare și conexiuni optice.
Celulele fotoelectrice (în număr mare și cu o suprafață mare de montare) sunt până în prezent singura alternativă la alimentarea echipamentelor navelor spațiale și ale emițătoarelor prin satelit (desigur, sunt utilizate indirect, pentru a încărca bateriile electrice).
Unități piezoelectrice crea el. tensiune sub solicitare mecanică prin îndoire, îndoire sau cuplu. Sunt folosiți ca senzori de presiune, ca microfoane de cristal, dar și ca aprindere (bujii).
Termocupluri folosesc fenomenul termoelectric, când încălzirea unei articulații din două metale diferite are ca rezultat mișcarea termică a electronilor liberi de la un conductor mai bun la unul mai rău și generarea de tensiune. Acestea sunt utilizate mai ales ca senzori de temperatură și contoare, de ex. pentru a controla arderea arzătorului cazanului pe gaz.
Articol de sală creează el. o tensiune proporțională cu magnitudinea inducției câmpului magnetic în care este stocat. Cu toate acestea, are nevoie de o sursă de curent continuu pentru funcție. actual. Bilanțul său energetic are pierderi, este folosit ca senzor și metru al câmpului magnetic.
2.5.1 Înlocuirea echivalentă a sursei de tensiune și curent
Când se rezolvă circuite cu mai multe surse de tipuri diferite, este de obicei necesar să se utilizeze surse de un singur tip în cadrul unei metode de soluție. Prin urmare, există o nevoie curentă de înlocuire echivalentă a surselor de tensiune și curent. Acest lucru este posibil pentru resursele reale, nu este definit pentru resursele ideale. Compensarea echivalentă înseamnă că ambele surse au aceleași efecte în circuitul extern: aceeași tensiune fără sarcină, același curent de scurtcircuit, furnizează același curent și tensiune și astfel putere atunci când sunt încărcate cu orice sarcină.
Notă: Deși efectele externe ale celor două surse echivalente sunt aceleași, echilibrul energetic intern al surselor este diferit.
2.6 Putere - potrivirea impedanței sursei și sarcinii
Vom formula și rezolva problema pentru tipul de tensiune al sursei (în mod analog, concluziile se aplică și sursei curente). O sursă de tensiune ideală cu tensiune internă Uv alimentează o sarcină: P = Uv.I = Uv 2/Rz
Cu cât rezistența la sarcină este mai mică, cu atât curentul și puterea sarcinii sunt mai mari. Sursă de tensiune ideală resp. o sursă de tensiune foarte puternică este capabilă să furnizeze sarcină aproape nelimitată sarcinii și nu există nicio problemă de potrivire a puterii.
Sursa reală de tensiune este caracterizată de parametri Uv, Rv. Pentru această sursă, se poate formula întrebarea: care este puterea maximă pe care o sursă o poate furniza unei sarcini și ce valoare de rezistență va avea o astfel de sarcină?
Valoarea maximă a puterii pe sarcină poate fi determinată folosind prima derivată a expresiei pentru puterea sarcinii.
Rezolvând ecuația obținem concluzia: cea mai mare putere pe sarcină va fi dacă Rv = Rz și apoi
Pentru sursele și echipamentele de curent alternativ, condiția de reglare a puterii are o formă mai generală:
Cea mai mare putere teoretică a sursei (partea ideală a
Puterea maximă posibilă pe sarcină este la Rz = Rv:
Apoi, jumătate din putere se pierde la rezistența internă Rv.
În starea de potrivire a puterii (adică și impedanță), se aplică următoarele: I = Uv/2Rv, U = Uv/2, Pz = Prv = Uv 2/4Rv (adică 25% din puterea teoretic posibilă a sursei Pt ).
Așa cum s-a menționat în introducerea acestei secțiuni, în ceea ce privește energia de putere tare, problema potrivirii puterii este depășită. Potrivirea puterii (impedanței) este importantă atunci când aranjați circuite RF, deoarece, de exemplu, rezistența internă a echipamentelor RF: generatoare, celule de transmisie, contoare RF este de obicei 75 Ω sau 600 Ω. Potrivirea impedanței legăturilor individuale ale lanțului de transmisie va fi atunci când impedanța de ieșire a fiecărei legături este egală cu impedanța de intrare a legăturii următoare. Este bine dacă impedanțele de intrare și ieșire ale fiecărei celule sunt aceleași.
Numim această comandă o imagine sau o cascadă reglată de undă.
Avantajele potrivirii impedanței:
- facilitează soluția teoretică a calculului tensiunilor, curenților, puterilor (atenuări)
- transmiterea puterii de la o parte la cealaltă este optimă, nu există o atenuare suplimentară a energiei la punctul de contact
- cu potrivirea de impedanță a tuturor membrilor lanțului de transmisie, nu se produce reflexie de semnal la punctele de contact - nu există distorsiuni de transmitere a semnalului din cauza reflexiilor. În dispozitivele cu impedanță, multiple reflecții ale undelor de tensiune sunt generate înapoi la intrare în timpul transmisiei. Un număr mare de unde avansate și reflectate se propagă apoi în lanț - un semnal distorsionat (ecou) este generat la ieșire.
2.7 Combinarea (sortarea) resurselor
Sursele, ca și alți dipoli, pot fi conectate în serie, în paralel, în combinație sau în structuri mai complexe. Motivul combinării mai multor surse este acela de a obține o sursă totală cu o altă tensiune, de obicei mai mare sau curent (putere) mai mare decât sursele parțiale. Schimbarea în serie poate crește (în caz de schimbare în dezacord) tensiunea, schimbarea paralelă a surselor de tensiune atinge un curent mai mare sau o sursă mai dură.
Din păcate, o sursă de tensiune mai moale este întotdeauna creată în comutare în serie, în mod similar, o sursă de curent mai moale este creată și în comutarea paralelă a surselor de curent.
Sortarea nedefinită (ilegală) a resurselor ideale
Acestea sunt unele dintre implicarea resurselor ideale. Ele sunt fie nedefinite matematic, sunt lipsite de sens fizic sau provoacă un scurtcircuit.
A: Nu este posibil să aranjați două surse ideale de tensiune cu tensiuni diferite în paralel, tensiunea rezultată nu este definită matematic, practic ar ajunge astfel încât sursa cu tensiune mai mare nr. 1 să fie scurtcircuitată prin sursa nr. 2.
B: Nu este posibil să se determine matematic curentul rezultat, nu este posibil ca doi curenți diferiți să curgă în aceeași ramură. Fizic nu este posibil ca sursa de curent nr. 1 să „împingă” curentul I1 printr-o altă sursă de curent ideală cu rezistență infinită.
C: Sursa de curent ar fi scurtcircuitată prin sursa de tensiune.
Probleme cu comutarea paralelă a surselor reale de tensiune
- Dacă U1> U2, chiar și în stare descărcată, curentul de compensare I´ = (U1 -U2)/(R1 + R2) curge în bucla interioară, ceea ce provoacă pierderi la rezistențele R1 și R2, chiar dacă sursa nu alimentează orice.
- Dacă U1 = U2, în starea descărcată curentul de echilibrare nu curge, dar după încărcarea cu sarcina Rz, sursa cu rezistență internă mai mică este mai încărcată, sursa cu rezistență internă mai mare contribuie puțin la sarcină - „ameliorează”. Dacă cele două surse sunt semnificativ diferite, se poate întâmpla ca una dintre ele să nu fie o sursă, ci să devină un aparat după conectarea sarcinii.
Concluzie: Dacă comutarea paralelă a surselor de tensiune trebuie să aibă o semnificație practică, ar trebui organizate surse cu aproximativ aceiași parametri, i. U1U2, R1R2. Dacă dintr-un anumit motiv este necesar să aranjați surse cu parametri diferiți, este necesar să separați sursele cu diode, astfel încât să nu se genereze curenți de echilibrare. Dar atunci este o sursă neliniară.
Avertizare!
Concluziile prezentate în întregul capitol 2.7 se aplică doar surselor liniare (cu rezistență internă liniară, curent de trecere în ambele direcții), ceea ce nu este îndeplinit în unele surse electronice cu stabilizatori. Pentru unele surse și schimbări, este necesar să aflăm dacă sursele sunt întemeiate - a se vedea exemplul 2.8.6.