Меню

Формы кривой постоянного тока



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Форма — кривой ток

Форма кривых токов в этот период значительно отличается от синусоидальной. С появлением жидкого металла плавку ведут при короткой дуге, колебания тока становятся меньше. Форма кривых тока улучшается и приближается к синусоидальной. [2]

Иногда для характеристики формы кривых токов ( напряжений), симметричных относительно оси абсцисс, пользуются следующими величинами: коэффициентом формы, коэффициентом амплитуды и коэффициентом искажения. [3]

За счет несинусоидальности форм кривых токов и напряжений в нелинейных цепях напряжение t / 2 обычно содержит высшие гармоники даже при питании стабилизатора от источника синусоидального напряжения И. Из рассмотренных типов стабилизаторов напряжения только у мостовых стабилизаторов с термосопротивлениями напряжение на выходе близко по форме к синусоиде. [4]

В тех случаях, когда вопрос о форме кривых токов и напряжений нас непосредственно не интересует, можно воспользоваться приближенным методом, основанным на замене действительных несинусоидальных кривых тока и напряжения эквивалентными им синусоидами. [5]

В том случае, когда несинусоидальное напряжение подведено к цепи, состоящей из нескольких параллельных ветвей, каждая из которых обладает активным и реактивным сопротивлениями, в общем случае формы кривых токов в каждой из параллельных ветвей будут различны и будут, следовательно, отличаться и от формы кривой тока в нгразветвленной части цепи. Для определения тока в неразветвленной части цепи необходимо при помощи, например, символического метода найти равноценное сопротивление всей цепи для каждой гармоники в отдельности и использовать модули полученных комплексов для определения амплитуд отдельных гармоник тока, а поворотные множители-для определения сдвига их фаз по отношению к соответствующим гармоникам напряжения. [6]

Основными параметрами периодических импульсов различной формы являются скважность, длительность, амплитуда и частота, определяющие максимальную мощность и энергию импульса, мощность генератора, средние и действующие значения и коэффициенты формы кривых токов и напряжений и другие величины, характеризующие как генератор импульсов, так и физические процессы, происходящие в нагрузке. [7]

Вентильные установки, как известно, являются источниками высших гармоник. Коммутация вентилей искажает форму кривых токов и напряжений в примыкающей сети переменного тока. В электропередаче постоянного тока вентильные мосты работают в двенадцатифаз-ном режиме преобразования, хотя каждый отдельно взятый мост работает в шестифазном режиме. Совместная работа мостов вдвенадцати-фазном режиме более выгодна, чем в шестифазном. В частности, в две-надцатифазном режиме имеет место взаимная компенсация генерируемых мостами некоторых высших гармонических составляющих токов и напряжений. Остающиеся некомпенсированные высшие гармоники в линии постоянного тока и питающей сетн переменного тока имеют высокий порядок и небольшую амплитуду. [8]

Преобразовательные установки, как известно, являются источниками высших гармоник. Коммутация тиристоров искажает форму кривых токов и напряжений в примыкающей сети переменного тока. В электропередаче и вставке постоянного тока выпрямительные мосты работают в двенадцатифазном режиме преобразования, хотя каждый отдельно взятый мост работает в шестифазном режиме. Совместная работа мостов в двенадцатифазном режиме более выгодна, чем в шестифазном. В частности, в двенадцатифазном режиме имеет место взаимная компенсация генерируемых мостами некоторых высших гармонических составляющих токов и напряжений. [10]

Сюда относятся: исследование форм кривых токов и эдс разнообразных генераторов, исследование различных реле, измерительных инструментов, машин и проч. При записи колебаний с числом периодов большим числа периодов собственного колебания шлейфа, наступают резонансные явления, и воспроизводимая кривая не повторяет вида изучаемого колебания. Поэтому максимальная изучаемая частота для электромагнитного О. [11]

Если в схеме дифференциальной защиты применены ТТ с ферромагнитными сердечниками, то сопротивления Zo2A и 202Б нелинейные. Поэтому даже при синусоидальных первичных токах и практически синусоидальных вторичных токах формы кривых токов намагничивания ТТ могут быть существенно искажены. [12]

Основными параметрами периодических импульсов различной формы являются их длительность, амплитуда и скважность. Указанные параметры определяют максимальную мощность и энергию импульса, мощность генератора, средние и действующие значения коэффициентов формы кривых токов и напряжений и других величин, характеризующих, с одной стороны, генератор импульсов и, с другой стороны, определяющих физические процессы, происходящие в нагрузке. [13]

Когда искажение необходимо уменьшить, в схеме предусматривают смещение во входных цепях триодов, которое сдвигает входные характеристики триодов до положения, показанного на рис. 33 штрихом. При выборе определенной величины смещения, достаточной для вывода рабочих точек триодов на начало линейных участков характеристик, искажения формы кривых токов можно сделать весьма малыми. [14]

Из этих соотношений видно, что коэффициент затухания а и коэффициент фазы ( 3 пропорциональны квадратному корню из частоты. Фазовая скорость также зависит от частоты. Зависимость фазовой скорости от частоты приводит к изменению формы кривых токов и напряжений в конце линии по сравнению с их Нормой в начале линии. [15]

Источник

Формы кривых тока и напряжения в цепях с терморезисторами. Условно-нелинейные элементы. Метод условной линеаризации

В цепях, с терморезисторами нелинейность вольт — амперной характеристики обусловлена тепловыми процессами , происходящими достаточно медленно. При частоте 50 Гц и выше за четверть периода, т.е. когда ток нарастает от нуля до максимального значения, температура терморезистора вследствие инерционности изменится так мало, что приближенно можно считать температуру постоянной. Таким образом, в пределах периода тока сопротивление терморезистора можно рассматривать как неизменное, линейное. И зависимость между мгновенными значениями тока и напряжения также будет линейной. При изменении действующего значения тока в терморезисторе через некоторое время изменится его температура, а следовательно, и сопротивление. Поэтому между действующими значениями тока напряжения существует нелинейная зависимость.

Такие элементы, как терморезисторы, для которых зависимость между действующими значениями тока и напряжения нелинейная, а между мгновенными значениями этих величин остаются линейной, называются условно – нелинейными.

На рис. 2-18 показана нелинейная характеристика I(U) лампы с угольной нитью накаливания.

Рис.2-18. Форма кривой тока в терморезисторе

Для холодной лампы зависимость между мгновенными значениями тока i и напряжения U изображается прямой линией, касательной к кривой I(U) в начале координат.

Через некоторое время нить, нагревается и возникает, установившийся тепловой процесс, соответствующий действующему значению U питающего напряжения. Сопротивление нити уменьшается и рабочая точка из начала координат перемещается в точку на характеристике I(U) , соответствующую данному действующему значению U питающего напряжения. Теперь уже зависимость между i и u выражается прямой, проходящую через начало координат и пересекающий кривую I(U) в точке с координатами U и I , т.е. действующими значениями напряжения и тока при данной температуре нити.

Так как зависимость между мгновенными значениями тока i и напряжения uдля холодной нити и для установившегося режима – это прямые линии, то при синусоидальном питающем напряжении ток также будет синусоидальным.

Читайте также:  Цепи постоянного тока заземление 1

Только в первый момент включения, т.е. для холодной нити ток будет равен :

Где — сопротивление нити накаливания лампы в холодном состоянии.

В установившемся режиме, т.е. в нагретом состоянии ток будет равен:

где — сопротивление нити накаливания лампы в нагретом состоянии.

Из рис.2-18 видно, что , поэтому через некоторое время амплитуда синусоидального тока увеличится.

Если еще увеличить амплитуду питающего напряжения, то через некоторое время возникнет новый установившийся процесс. Рабочая точка на кривой I(U) займет положение, соответствующее новым действующим значениям тока I и напряжения U.

Отсутствие высших гармоник в кривых тока и напряжения весьма облегчает расчёт цепей с терморезисторами. Можно пользоваться комплексным методом. Но для каждого нового действующего значения напряжения приходится делать новый расчёт.

У терморезисторов условную нелинейность в их характеристики вносит тепловая инерция. В конденсаторах и катушках индуктивности условная нелинейность может быть следствием инерционного изменения взаимного расположения пластин конденсатора или обмоток катушек индуктивности, происходящего под влиянием электростатических или электродинамических сил. Некоторые электромеханические системы, например, конденсаторы электростатических вольтметров или катушки электродинамических амперметров, являются условно – нелинейными ёмкостями или индуктивностями, для которых зависимость между мгновенными значениями заряда q и напряжения u или потока Ф и тока i остаются линейными при нелинейности характеристик, связывающих действующие значения Q(U) или .

Для нелинейных индуктивностей и конденсаторов, не содержащих движущихся частей, таких примеров нет. Однако простота расчета цепей с терморезисторами и сложность точного расчёта нелинейных цепей заставляют искать приближенные методы расчёта электрических цепей, содержащих нелинейные индуктивности и конденсаторы, подобные расчету цепей с терморезисторами.

Таким приближенным методом является метод условной линеаризации. В этом методе применяются допущения, что при нелинейной зависимости между действующими значениями I и или U и Q сохраняется линейная зависимость между мгновенными значениями i и Ф или u и q. При этих допущениях реальные нелинейные элементы заменяются условно-нелинейными и расчет ведётся без учёта высших гармоник или с заменой несинусоидальных кривых i(t), Ф(t), u(t) или q(t ) эквивалентными синусоидами.

Разумеется, что анализ цепей с условно-нелинейными элементами справедлив только в тех случаях, когда высшие гармоники не играют существенной роли, а основное значение имеет зависимость между действующими значениями.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Измерения формы кривой напряжения и тока

Определить коэффициенты

Определить коэффициенты для кривых, изображенных на рис. 12.8, а и б.

Решение. Для кривой на рис. 12.8, а по известным действующему и среднему по модулю значениям находим, что , и по разложению функции на гармоники (см. приложение 3, п. 4)

Аналогично для кривой на рис. 12.8,6 получаем

Кривые напряжения промышленных сетей обычно отличаются от идеальной синусоиды. В электроэнергетике вводят понятие о практически синусоидальной кривой. По стандарту напряжение промышленной сети считается практически синусоидальным, если действующее значение всех высших гармоник не превышает 5 % действующего значения напряжения основной частоты. Коэффициент искажения такой кривой с точностью до долей процента равен единице.

Значения простейших кривых приведены в приложении 3. Сопоставляя значения коэффициентов первых четырех кривых, можно установить, что чем острее кривая, тем больше значения .

Переменный электрический ток Гост 12119.4-98 сталь электротехническая. методы определения магнитных и электрических свойств. метод измерения удельных магнитных потерь и действующего значения напряженности магнитного поля, гост от 08 декабря 1998 года №12119.4-98 Территория электротехнической информации websor Список параметров напряжения и силы электрического тока — википедия с видео // wiki 2 Измерения формы кривой напряжения и тока Переменный ток. формулы и параметры Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых Компенсационные методы измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения. и. г. лещенко, а. н. оберган, в. и. панов - pdf скачать бесплатно Переменный электрический ток Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых

Измерение несинусоидальных токов и напряжений приборами различных систем может давать неодинаковые результаты.

Приборы электродинамической, электромагнитной и тепловой систем реагируют на действующее значение измеряемой величины. Магнитоэлектрические приборы сами по себе измеряют постоянную составляющую, а с выпрямителями — среднее по модулю значение. Амплитудные электронные вольтметры реагируют на максимальные значения. Так как обычно этими приборами пользуются для измерения действующих значений синусоидальных величин, то их шкалы часто градуируют на в приборе выпрямительной системы и на в амплитудном электронном.

Отношения U к и при несинусоидальных напряжениях нередко сильно отличаются от коэффициентов 1,11 и , и соответственно приборы выпрямительной системы и амплитудные электронные приборы дают большую погрешность при измерении действующих значений таких несинусоидальных величин.

Пример 12.7. Найти показания вольтметров различных систем, подключенных к источнику ЭДС с максимальным значением напряжения 100 В, для различных случаев формы кривой, представленных на рис. 12.8.

Решение. В первых двух случаях магнитоэлектрический прибор, реагирующий на постоянную составляющую, покажет нуль. Показания же приборов остальных систем будут различными.

В случае кривой на рис. 12.8, а электродинамический прибор покажет 100 В, прибор выпрямительной системы 111 В, а амплитудный электронный прибор

Компенсационные методы измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения. и. г. лещенко, а. н. оберган, в. и. панов Гост 12119.4-98 сталь электротехническая. методы определения магнитных и электрических свойств. метод измерения удельных магнитных потерь и действующего значения напряженности магнитного поля Измерения формы кривой напряжения и тока Переменный ток. формулы и параметры Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых Список параметров напряжения и силы электрического тока — википедия с видео // wiki 2 Компенсационные методы измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения. и. г. лещенко, а. н. оберган, в. и. панов - pdf скачать бесплатно Гост 12119.4-98 сталь электротехническая. методы определения магнитных и электрических свойств. метод измерения удельных магнитных потерь и действующего значения напряженности магнитного поля, гост от 08 декабря 1998 года №12119.4-98 Переменный электрический ток Территория электротехнической информации websor

В случае кривой на рис. 12.8, б электродинамический прибор покажет , прибор выпрямительной системы , а амплитудный электронный прибор

В случае кривой на рис. 12.8, в при электродинамический прибор покажет , прибор выпрямительной системы , а амплитудный электронный прибор 71 В. Магнитоэлектрический прибор покажет постоянную составляющую

Таким образом, вольтметры разных систем могут показывать совершенно различные значения напряжений и зависимости от формы кривой напряжения.

Дополнительно по теме

  • Периодические несинусоидальные токи и напряжения в электрических цепях
  • Несинусоидальные ЭДС, напряжения и токи
  • Разложение периодической несинусоидальной кривой в тригонометрический ряд
  • Максимальные, действующие и средние значения несинусоидальных периодических ЭДС, напряжений и токов
  • Несинусоидальные кривые с периодической огибающей
  • Действующие значения ЭДС, напряжений и токов с периодическими огибающими
  • Расчет цепей с несинусоидальными периодическими ЭДС, напряжениями и токами
  • Резонанс в цепи несинусоидального тока
  • Мощность в цепи несинусоидального тока
  • Высшие гармоники в трехфазных цепях

Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых

Основы > Теоретические основы электротехники

Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых
При оценке несинусоидальных периодических кривых в электроэнергетике, где кривые преимущественно симметричны относительно оси абсцисс, пользуются коэффициентом формы кривой , коэффициентом амплитуды , коэффициентом искажения .Коэффициент формы определяется как отношение действующего значения к среднему по модулю значению:
Для синусоиды
Коэффициент амплитуды равен отношению максимального значения к действующему значению:
Для синусоиды
Коэффициент искажения определяется как отношение действующего значения основной гармоники к действующему значению всей кривой:
Для синусоиды .В электронике и радиотехнике для оценки искажений пользуются коэффициентом гармоник; который определяется как отношение действующего значения высших гармоник к действующему значению основной гармоники:
При отсутствии постоянной составляющей
Для синусоиды k=0.

Пример 12.6. Определить коэффициенты для кривых, изображенных на рис. 12.8, а и б.Решение. Для кривой на рис. 12.8, а по известным действующему и среднему по модулю значениям находим, что , и по разложению функции на гармоники (см. приложение 3, п. 4)
Аналогично для кривой на рис. 12.8,6 получаем
Кривые напряжения промышленных сетей обычно отличаются от идеальной синусоиды. В электроэнергетике вводят понятие о практически синусоидальной кривой. По стандарту напряжение промышленной сети считается практически синусоидальным, если действующее значение всех высших гармоник не превышает 5 % действующего значения напряжения основной частоты. Коэффициент искажения такой кривой с точностью до долей процента равен единице.Значения простейших кривых приведены в приложении 3. Сопоставляя значения коэффициентов первых четырех кривых, можно установить, что чем острее кривая, тем больше значения .Измерение несинусоидальных токов и напряжений приборами различных систем может давать неодинаковые результаты.Приборы электродинамической, электромагнитной и тепловой систем реагируют на действующее значение измеряемой величины. Магнитоэлектрические приборы сами по себе измеряют постоянную составляющую, а с выпрямителями — среднее по модулю значение. Амплитудные электронные вольтметры реагируют на максимальные значения. Так как обычно этими приборами пользуются для измерения действующих значений синусоидальных величин, то их шкалы часто градуируют на в приборе выпрямительной системы и на в амплитудном электронном.Отношения U к и при несинусоидальных напряжениях нередко сильно отличаются от коэффициентов 1,11 и , и соответственно приборы выпрямительной системы и амплитудные электронные приборы дают большую погрешность при измерении действующих значений таких несинусоидальных величин.Пример 12.7. Найти показания вольтметров различных систем, подключенных к источнику ЭДС с максимальным значением напряжения 100 В, для различных случаев формы кривой, представленных на рис. 12.8.Решение. В первых двух случаях магнитоэлектрический прибор, реагирующий на постоянную составляющую, покажет нуль. Показания же приборов остальных систем будут различными.В случае кривой на рис. 12.8, а электродинамический прибор покажет 100 В, прибор выпрямительной системы 111 В, а амплитудный электронный прибор
В случае кривой на рис. 12.8, б электродинамический прибор покажет , прибор выпрямительной системы , а амплитудный электронный прибор
В случае кривой на рис. 12.8, в при электродинамический прибор покажет , прибор выпрямительной системы , а амплитудный электронный прибор 71 В. Магнитоэлектрический прибор покажет постоянную составляющую
Таким образом, вольтметры разных систем могут показывать совершенно различные значения напряжений и зависимости от формы кривой напряжения.

Читайте также:  Как вычислить ток заряда конденсатора

Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых Список параметров напряжения и силы электрического тока Компенсационные методы измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения. и. г. лещенко, а. н. оберган, в. и. панов Гост 12119.4-98 сталь электротехническая. методы определения магнитных и электрических свойств. метод измерения удельных магнитных потерь и действующего значения напряженности магнитного поля Измерения формы кривой напряжения и тока Переменный ток. формулы и параметры Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых Список параметров напряжения и силы электрического тока — википедия с видео // wiki 2 Компенсационные методы измерения коэффициента формы кривых тока и напряжения. и. г. лещенко, а. н. оберган, в. и. панов - pdf скачать бесплатно Гост 12119.4-98 сталь электротехническая. методы определения магнитных и электрических свойств. метод измерения удельных магнитных потерь и действующего значения напряженности магнитного поля, гост от 08 декабря 1998 года №12119.4-98

Все страницы раздела «Несинусоидальные токи» на websor
Несинусоидальные ЭДС, напряжения и токи Разложение периодической несинусоидальной кривой в тригонометрический ряд Максимальные, действующие и средние значения несинусоидальных периодических ЭДС, напряжений и токов Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых Несинусоидальные кривые с периодической огибающей Действующие значения ЭДС, напряжений и токов с периодическими огибающими Расчет цепей с несинусоидальными периодическими ЭДС, напряжениями и токами Резонанс в цепи несинусоидального тока Мощность в цепи несинусоидального тока Высшие гармоники в трехфазных цепях

При синусоидальном токе за период T в резисторе R выделяется тепловая энергия, Дж: ,

где
i(t)
мгновенное значение синусоидального тока.

Согласно определению действующего значения
синусоидального тока такое же количество тепловой энергии в том же резисторе
должно выделиться при постоянном токе за тот же интервал времени T,
Дж: .

Следовательно, ,
откуда находим действующее значение I, используя
амплитудноеIm, А:

то
действующее значение, А: .

Для синусоидального напряжения значение U
определяется аналогично из уравнения,
Дж: .

Среднее значение: среднеарифметическое за период. Среднее значение u(t),
В:

При симметричных относительно оси времени напряжениях , поэтому для характеристики таких сигналов
используется:

Средневыпрямленное значение – среднее значение модуля электрического сигнала.
Средневыпрямленное значение u(t), В: .

Источник

Понимание кривых тока

Видео: Общий эмиттер. Теория и пример расчета 2021, Апрель

Понимание кривых тока

В этой статье обсуждаются кривые IV для пассивных компонентов, источников напряжения и источников тока.

Сопротивление (I) напряжения (V) электрических компонентов часто позволяет понять, как используются электронные устройства. Более конкретно, многие нелинейные устройства, такие как диоды и транзисторы, используются в рабочих областях, в которых они ведут себя как идеальные компоненты, такие как источники тока, регуляторы напряжения и резисторы.

Понимание кривых IV часто дает представление о том, как работает устройство, и помогает нам знать, как управлять устройством таким образом, чтобы обеспечить требуемую функциональность.

Сначала мы рассмотрим, как получить кривую IV для любого компонента.

Получение IV кривых

Способ 1: Намотки напряжения

Отношение тока и напряжения ( IV ) для устройства представляет собой ток, измеренный для данного напряжения. Для устройств, которые не подают питание, кривые IV получают с помощью линейных разверток напряжения. Напряжение развертки включает линейное изменение напряжения, чтобы получить соответствующий измеренный выходной ток. Поскольку невозможно физически прокручивать все напряжения в одно мгновение, важно понимать, что эти измерения производятся и по времени.

На рис. 1.1 показан перевод развертки напряжения по времени ( V vs t ) на ось X диаграммы напряжения ( I vs V ). Важно понимать, что информация V vs t неявно присутствует в кривой I vs V. Понятие времени имеет значение для компонентов, которые реагируют на изменение напряжения (например, конденсатора), а не на мгновенное напряжение (как у резистора).

Image

Рисунок 1.1 (a) : линейная развертка напряжения (V) по времени (t); (b) : соответствующая развертка напряжения в кривой тока (I) — напряжение (V).

Если у вас есть устройство, которое подает напряжение или ток, например батарею или солнечную панель или обычный источник питания, вы не можете изменить напряжение на устройстве, потому что устройство генерирует определенное напряжение или ток. Для этих устройств кривые IV получают путем переключения нагрузки.

Способ 2: Переключение нагрузки

Метод переключения нагрузки, который включает измерение тока, подаваемого источником питания для изменения сопротивления нагрузки. Нагрузка — это устройство, на которое подается электричество, где мощность определяется как $$ P = V \ times I $$.

Как правило, резистор используется в качестве нагрузки для измерения мощности, подаваемой током или источником напряжения, поскольку они являются линейными устройствами, которые не обладают свойствами гистерезиса, т. Е. Работа резистора не зависит от его предыдущего состояния. Поскольку устройства могут работать с малыми значениями сопротивления (1-10 Ом), а также с большими значениями сопротивления (10-1000 кОм), резисторы меняются логарифмически, т. Е. От 10 до 100 до 1000 и так далее.

Ток, который подается от источника питания, измеряется амперметром для каждого значения сопротивления нагрузки, показанного на рисунке 1.2 (b), и напряжение на нагрузке измеряется с помощью вольтметра, показанного на рисунке 1.2 (с).

Image

Рисунок 1.2 (a) Схематическая схема для измерения IV-кривой переключения нагрузки; показанный здесь, является примером идеального источника напряжения. Величина R L изменяется в большом диапазоне, и для каждого значения сопротивления измеряются напряжение (b) и ток (c) .

Заметим, что на рис. 1.2 (с) логарифмическое значение тока (основание 10) линейно уменьшается. Это связано с тем, что резистор управляется законом Ома, и это идеальный источник напряжения при фиксированном напряжении V S ; поскольку значение сопротивления логарифмически возрастает, значение тока логарифмически уменьшается. Методы переключения нагрузки используются для измерения IV характеристик устройств и схем питания, таких как цепи регуляторов напряжения, солнечные элементы и батареи.

Читайте также:  Образец протокола испытаний трансформатора тока

IV Кривые идеальных компонентов

Используя линейные развертки напряжения и переключение нагрузки, мы теперь рассмотрим кривые IV идеальных компонентов. В общем случае, если устройству требуется питание для работы, используется метод развертки напряжения.

С другой стороны, если устройство действует как источник питания, используется метод переключения нагрузки. Основываясь на своих основных определениях, мы можем получить кривые IV идеальных пассивных компонентов (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности), используя концепцию линейных разверток напряжения. Мы будем использовать концепцию переключения нагрузки для кривых IV идеального источника напряжения и идеального источника тока.

Идеальный резистор

Начнем с одного из наиболее знакомых идеальных компонентов: резистора.

Резистор представляет собой компонент, который представляет линейную зависимость между напряжением и током, продиктованную законом Ома, т. Е. $$ V = I \ times R $$. Графическое представление на кривой IV уравнения закона Ома является прямой линией, проходящей через начало координат, как показано на рисунке 2.

Image

Рисунок 2. Кривая IV идеального резистора представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат.

Идеальный источник напряжения

Идеальный источник напряжения — это компонент, который может обеспечивать постоянное напряжение независимо от тока, подаваемого на нагрузку.

Например, предположим, что источник напряжения, питающий 10 В, подключен через резистор. Если значение резистора равно $$ 10k \ Omega $$, то ток, наносимый резистором от источника напряжения, будет продиктован законом Ома, который равен $$ I = \ frac = \ frac <10V> <10k \ Omega>= 1mA $$. Если значение резистора равно 1 Ом, тогда нарисованный ток будет 10 А!

Реальное напряжение питания ограничено по отношению к количеству тока, которое он может подавать для данного напряжения, но идеальным источником напряжения нет. Поэтому кривая IV для идеального напряжения будет прямой, параллельной оси Y (см. Рис. 3). Эмпирическая кривая IV для реального источника напряжения будет получена с использованием метода переключения нагрузки.

Image

Рисунок 3. Кривая IV идеального источника напряжения представляет собой прямую линию, параллельную оси тока (I), то есть независимо от тока, проходящего через устройство, напряжение не изменится.

Зенеровский диод представляет собой нелинейное пассивное устройство, которое используется в качестве регулятора напряжения, когда оно работает при обратном смещении. Кривая (идеализированная) IV диода Зенера с обратным смещением показывает, что он остается на определенном напряжении (определяемом производственным процессом) независимо от проходящего через него тока. Мы рассмотрим кривую IV диода Зенера в следующей статье.

Идеальный источник тока

Идеальный источник тока — это компонент, который может обеспечивать фиксированный ток независимо от напряжения на компоненте. Другими словами, идеальный источник тока 5А обеспечивал бы ровно 5 А до 1 Ом нагрузочного резистора или резистору 1 кОм, хотя второй резистор создавал бы падение напряжения 5000 В! Это очень непрактично, но, тем не менее, идеальные источники тока являются полезными инструментами в анализе схем.

Кривая IV для идеального источника тока представляет собой прямую линию, параллельную оси X (см. Рис. 4). Эмпирическая кривая IV для реального источника тока будет получена с использованием метода переключения нагрузки.

Image

Рисунок 4. Кривая IV идеального источника тока представляет собой прямую линию, параллельную оси напряжения; то есть ток, текущий от источника, тот же, независимо от напряжения на нем.

Хотя «текущие поставки» не так широко распространены, как источники напряжения, многие аналоговые транзисторные схемы смещены с использованием источника постоянного тока. Кроме того, полевой МОП-транзистор, работающий в области насыщения, обладает поведением, аналогичным поведению источника (управляемого напряжением) источника тока.

Идеальный конденсатор

В резисторе напряжение определяется сопротивлением и током, протекающим через резистор. Конденсаторы и индукторы принципиально отличаются тем, что их отношения между током и напряжением связаны со скоростью изменения. В случае конденсатора ток через конденсатор в любой момент времени является продуктом емкости и скоростью изменения (т. Е. Производной по времени) напряжения на конденсаторе.

Поскольку мы используем линейную развертку напряжения, ток через конденсатор является постоянным, когда напряжение увеличивается или уменьшается. Когда напряжение изменяется от положительного наклона (показано синим на рисунке 5) до отрицательного наклона (оранжевого), направление тока меняется на противоположное; это представлено в текущем графике зависимости от времени как изменение от секции положительного тока графика до секции отрицательного тока графика.

Image

Рисунок 5 (a) Линейная развертка напряжения и (b) соответствующий ток конденсатора относительно времени.

Отношение IV идеального конденсатора показано на рисунке 6. Величина тока постоянна, но необходимы две горизонтальные линии, поскольку направление тока изменяется в зависимости от того, перемещается ли напряжение от V1 до V2 или V2 в V1. Когда напряжение имеет положительную скорость изменения, ток положительный (обозначается синей стрелкой); когда напряжение имеет отрицательную скорость изменения, ток отрицательный (обозначается оранжевой стрелкой).

Image

Рисунок 6. Кривая IV для идеального конденсатора на основе развертки напряжения, показанной на рисунке 5.

Идеальный индуктор

Напряжение на индукторе является продуктом индуктивности и скоростью изменения тока, протекающего через индуктор:

Это означает, что ток пропорционален интегралу напряжения, и это мы видим на следующих графиках. Ток увеличивается по мере увеличения (отрицательной) области под кривой напряжения. Но когда напряжение пересекает ось времени, положительная площадь под кривой начинает балансировать отрицательную область под кривой, и это приводит к уменьшению величины тока до нуля.

Image

Рисунок 7 (a) Линейная развертка напряжения и (b) соответствующий ток индуктора относительно времени.

Обратите внимание на разницу между конденсатором и индуктором: с конденсатором ток пропорционален производной напряжения, и, таким образом, линейный скачок напряжения преобразуется в постоянный ток. При индуктивности ток пропорционален интегралу напряжения, и, следовательно, линейная развертка напряжения преобразуется в квадратичную форму в графике тока против времени.

Отношение IV идеального индуктора показано на рисунке 8. Величина тока постепенно увеличивается, а затем уменьшается при перемещении напряжения от V2 до V1 или от V1 до V2. Направление тока отрицательное, когда напряжение перемещается от V1 до V2 и положительно, когда напряжение перемещается от V2 до V1.

Image

Рисунок 8. Кривая IV для идеального индуктора на основе развертки напряжения, показанной на рисунке 7.

Резюме

В приведенной ниже таблице представлены некоторые из полученных нами данных, рассматривая кривые IV нескольких идеальных устройств. В следующей статье мы рассмотрим кривые IV нелинейных устройств.

Источник