Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008, страница 7

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов Емкость нескольких параллельно соединенных конденсаторов равна сумме их емкостей Сравним индукпзвность и конденсатор между собой: в индуктивности скорость изменения тока зависит от приложенного напряжения, а в конденсаторе скорость изменения напряжения зависит от протекающего тока. Уравнение индукгивности имеет следующий вид: (2.9) сг = ЛАУТ / й), где Š— индуктивность в генри (или мГн, мкГн и т.д.). Напряжение, приложенное к индуктивности, вызывает нарастание протекающего через нсе тока, причем изменение тока происходит по линейному закону (если пропустить ток через конденсатор, то это приведет к нарастанию напряжения на нем, причем изменение напряжения будет происходить по линейному закону); напряжение величиной ! В, приложенное к индуктивности ! Гн.

приводит к нарастанию тока через индуктивность со скоростью ! А в 1 с. Ток, протекающий через индуктивность, также как и ток, протекающий через конденсатор, .не просто пропорционален напряжению, Более того, в отличие от резистора мощность, связанная с током через индуктивность (произ- веление с!на )), не преобразуется в тепло, а сохраняется в виде энергии магнитного поля индуктнвности. Эту энергию можно извлечь, если прервать ток через индуктивность. Условно индуктивность изображают в виде нескольких витков провода.

Такую конструкцию имеет простейшая индуктивность. Другне, более совершенные конструкции включают сердечник, на когорыи наматывается провод. Материалом для сердечника чаше всего служит железо !пластинки, прокатанные из сплавов железа или изготовленные методами порошковой металлургии) или феррит, представляющий собой хрупкий непроводяший магнитный материал. Сердечник позволяет увеличить индуктивность катушки за счет маз нитных свойств материала сердечника. Сердечник может быть изготовлен в виде бруска, тора или может иметь какую-нибудь более сложную форму. Индуктивности находят наибольшее применение в радиочастотных схемах, где они используются в качестве радиочастотных дросселей, и в резонансных схемах.

Две связанные индуктивности образуют трансформатор. По сути дела индуктивность — это противоположность конденсатора. Последующие разделы этой главы, в которых вводится такое важное понятие, как полное сопротивление, илн импенданс, покажут, в чем эта противоположность проявляется Трансформаторы.

Трансформатор — это устройство, состоящее из двух связанных катушек нндуктивности (называемых первичной и вторичной обмотками). Напряжение, снимаемое с вторичной обмотки, иное по сравнению с напряжением переменного тока, поданным на первичную обмотку, причем коэффициент изменения (трансформации) напряжения прямо пропорционален'отношению числа витков обмоток трансформатора, а коэффициент изменения тока обратно пропорционален.

Мощность сохраняется почти неизменнон На рис.2.10 показано условное обозначение трансформатора. Рис. 2.10 Условное графическое обозначение трансформатора Трансформатор обладает весьма высоким коэффициентом полезного действия (мощность на его выходе почти равна мощности на входе), в связи с этим повышающий трансформатор обеспечивает рост напряжения при уменьшении тока, Если вторичная обмотка не нагружена, то в первичной протекает очень небольшой ток.

Следует помнить, что, несмотря на то, что 'выходное напряжение для повышающего трансформатора больше, чем входное, трансформатор является пассивным элементом. Выходное напряжение трансформатора определяется соотношением ко".' личества витков первичной и вторичной обмоток.

Это соотношение называ' ' ется коэффициентом трансформации и равно: К„,, = и„„,,/я„, = И;/И', (2 10) где и' и И', соответственно количество витков вторичной и первичной обмоток трансформатора. В электронных приборах трансформаторы выполняют две важные функции: во-первых, они преобратуют напряжение переменного тока сети к нужному, обычно более низкому значению, ызторое можно использовать в схеме, и, Во-вторых, они «изолируютв электронную схему от непосредственного контак. ' та с силовой сетью, так как обмотки трансформатора электрически изолированы одна от другой. Выпускаемые промышленностью силовые трансформаторы, предназначенные для работы с напряжением силовых сетей, равным 220 или 3 80 В, обеспечивают разнообразные значения вторичных напряжений : и токов; диапазон напряжений включает значения от 1 В до нескольких тысяч вольт, диапазон тока — от несколькгьх мнллиампер до сотен ампер.

Трансформаторы, используемые обычно в электронных приборах, обеспечивают лиапазон вторичного напряжения от 10 до 50 В, диапазон тока — от 0,1 до 5 А Промышленность выпускает также трансформаторы, предназначенные для работы в диапазоне звуковых частот, иногда использзчот резонансные 35 трансформаторы. Для сердечников высокочастотнык трансформаторов используют специальные материалы или прибегают к специальным конструкциям для того, чтобы уменьшить потери энергии в сердечнике! что же касается сердечников низкочастотных (т. е. силовых) трансформаторов, то их делают тяжелыми или крупногабаритными. Трансформаторы для высоких и низких частот, как правило, не взаимозаменяемы, Источники тока и напряжения. Идеальный источник налрялсения— это блок, имеющий два вывода, между которыми он поддерживает постоянное напряжение независимо от величины сопротивления нагрузки (это означает, что он должен порождать ток, равный 1 = ЫЯ, если к выводам подключить резистор с сопротивлением Я).

Реальный источник напряжения не может дать ток, больший некоторого предельного максимального значения, и в общем случае он ведет себя как идеальный источник напряжения, к которому последовательно подключен резистор с небольшим сопротивлением, Это сопропшление называется внутренним сопротивлением источника. Очевидно, чем меньше внутреннее сопротивление, тем лучше. По понятным причинам источник напряжения «предпочитает» нагрузку в виде разомкнутой цепи, а нагрузку в виде замкнутой цепи «недолюбливает». условные графические обозначения источников напряжения показаны на рис, 2.1! а.

Т- а) б) Рис. 2.11. Графическое изображение источников напряжения (а) и тока (б) Для реального источника напряжения справедливо соотношение (уе= ~',-Ж (2.!1) где Ь; — напряжение холостого хода (э.д.с. источника), Я,-внутреннее сопротивление источника. Это соотношение поясняет эквивалентная схема, приведенная на рис.2.12. У идеального источника напряжения Л, = О, т. е. его выходное напряжение не зависит от тока. Идеальный источник тока — это блок, имеющий два вывода и поддерживающий постоянный ток во внешней цепи независимо от величины сопротивления нагрузки и приложенного напряжения.

Реальные источники тока имеют ограниченный диапазон и выходной ток нельзя считать абсолютно поаюяиньгм. Источник тока работает в режиме, близком к короткому замы, канию, Графическое изображение источника тока приведено на рис. 2. 11, б ~~1 1и Рис, 2.12. Эквивалентная схема реального источника напряжения 2,3. Базовые соотношения для линейных электрических цепей Закон Ома.

Связь между током и напряжением на линейном резисторе описывается законом Ома: Е1= И (2.12) где Я вЂ” сопротивление резистора. Я (l К=-— / 1 У Рис.2.13. Иллюстрация использования закона Ома Первый закон Кирхгофа (правило узлов). При расчете многих схем ис;:.::.'-:- пользуется правило узлов, согласно которому сумма всех токов, протекаю1пих через узел, равна нулю. При этом ток, направленный к узлу, считается тдзлояапельным, а ток, направленнын от узла — отрицательным. Использова"йне правила узлов демонстрируется на схеме 2 14, где (2.13) Рис.

2.14. Пример использования правила узлов Второй закон Кирхеофа. Согласно этому закону, сумма всех напряжений замкнутой цепи равна нулю. При этом положительными считаются напряжения, направления которых совпадают с выбранным направлением тока. Напряжения противоположного направления считаются отрицательными. Следовательно, в схеме, изображенной на рис. 2.15: ~~Г!:, = 1', »Г., „— 1,', — П, = 0 (2.14) Рис. 2.15.

Пример использования второго закона Кирхгофа Полное и реактивное сопротивление. Схемы с конденсаторами и индуктивностями сложнее, чем рассмотренные ранее резистивные схемы — их работа зависит от частоты входного сигнала: «делитель напряжения» с конденсатором или индуктивностью будет обладать частотно-зависимым коэффициентом деления. Кроме того, схемы, в состав которых входят эти компоненты 1их, кстати, относят к классу пассивных), искажают такие входные сигналы, как, например, прямоугольные колебания.

Однако и конденсаторы, и индуктивности являются линейными элементами. Это означает, что амплитуда выходного сигнала, независимо от его формы, строго пропорциональна амплитуде входного сигнала. Линейностью обусловлены многие закономерности поведения схем и важнейшая состоит в следующем: если ни вход линейной схемы подан синусоидальный сигнал с частотой Г, то на выходе будет получен также синусоидальный сигнал с такой же частотой, но, возможно, с другой амплитудой и фазой. Учитывая это свойство при анализе схем, содержащих резисторы, конденсаторы и индуктивности, всегда можно ответить на вопрос: как зависит выходное напряжение (его амплитуда и фаза) от входного напряжения в виде синусоидального сигнала определенной частоты.

Этот вопрос важен и тогда„ когда схема предназначена для другого режима работы. График результирующей амплитудно-частотной характеристики, отражающей агношение выходного сигнала к входному для кажлого значения частоты синусоиды, полезен при анализе работы схемы со многими видами сигналов. 38 1нт) = 1 „злг«л Рис. 2.1б Анализ тока в цепи с конденсатором Ток в схеме определяется следующим образом.