Меню

Пульсирующий ток постоянной полярности



Пульсирующий ток

Пульсирующий токВ различных электронных устройствах, например в аппаратуре с электронными и полупроводниковыми приборами, т. е. в усилителях, выпрямителях, радиоприемниках, генераторах, телевизорах, а также в угольных микрофонах, телеграфных аппаратах и во многих других приборах, широко используются пульсирующие токи и напряжения . Чтобы не повторять рассуждения дважды, будем говорить только о токах, но все, что относится к токам, справедливо и для напряжений.

Пульсирующие токи, которые имеют неизменное направление, но меняют свое значение, могут быть различными. Иногда значение тока изменяется от наибольшего значения до наименьшего, не равного нулю. В других случаях ток уменьшается до нуля. Если цепь постоянного тока прерывается с некоторой частотой, то в течение некоторых промежутков времени ток в цепи отсутствует.

На рис. 1 показаны графики различных пульсирующих токов. На рис. 1, а, б изменение токов происходит по синусоидальной кривой, но эти токи не следует считать синусоидальными переменными токами, поскольку направление (знак) тока не изменяется. На рис. 1, в представлен ток, состоящий из отдельных импульсов, т. е. кратковременных «толчков» тока, разделенных друг от друга паузами большей или меньшей длительности, и его часто называют импульсным током. Различные импульсные токи отличаются друг от друга формой и длительностью импульсов, а также частотой их следования.

Пульсирующий ток любого вида удобно рассматривать как сумму двух токов — постоянного и переменного, называемых слагающими, или составляющими, токами. Всякий пульсирующий ток имеет постоянную и переменную составляющие. Многим это кажется странным. Действительно, ведь пульсирующий ток является током, идущим все время в одном направлении и изменяющим свое значение.

Как же можно говорить, что в его составе есть переменный ток, изменяющий свое направление? Однако, если по одному и тому же проводу одновременно пропустить два тока — постоянный и переменный, то оказывается, что в этом проводе будет проходить пульсирующий ток (рис. 2). При этом амплитуда переменного тока не должна превышать значения постоянного тока. Постоянный и переменный токи отдельно по проводу идти не могут. Они складываются в общий поток электронов, имеющий все свойства пульсирующего тока .

Графики различных пульсирующих токов

Рис. 1. Графики различных пульсирующих токов

Сложение постоянного и переменного токов можно показать графически. На рис. 2 изображены графики постоянного тока, равного 15 мА и переменного тока с амплитудой 10 мА. Если сложить значения этих токов для отдельных моментов времени, учитывая направления (знаки) токов, то получится график пульсирующего тока, показанный на рис. 2 жирной линией. Этот ток меняется от наименьшего значения 5 мА до наибольшего значения 25 мА.

Рассмотренное сложение токов подтверждает справедливость представления пульсирующего тока как суммы постоянного и переменного токов. Правильность такого представления подтверждается еще и тем, что с помощью некоторых приборов можно отделить друг от друга составляющие этого тока.

Получение пульсирующего тока путем сложения постоянного и переменного токов

Рис. 2. Получение пульсирующего тока путем сложения постоянного и переменного токов.

Следует подчеркнуть, что любой ток всегда можно представить в виде суммы нескольких токов. Например, ток 5 А можно считать суммой токов 2 и 3 А, протекающих в одном направлении, или суммой токов 8 и 3 А, протекающих в разных направлениях, т. е. иначе говоря, разностью токов 8 и 3 А. Нетрудно подобрать и другие комбинации двух или большего числа токов, дающих в сумме ток 5 А.

Здесь имеется полное сходство с принципом сложения и разложения сил. Если на какой-либо предмет действуют две одинаково направленные силы, то их можно заменить одной суммарной силой. Силы, действующие в противоположных направлениях, можно заменить одной разностной силой. И, наоборот, данную силу всегда можно считать суммой соответствующих одинаково направленных сил, или разностью противоположно направленных сил.

Постоянный или синусоидальный переменный ток нет необходимости разлагать на составные токи. Если же заменить пульсирующий ток суммой постоянного и переменного токов, то, применяя к этим составляющим токам известные законы постоянного и переменного токов, можно решать многие вопросы и делать необходимые расчеты, относящиеся к пульсирующему току.

Понятие о пульсирующем токе как о сумме постоянного и переменного токов является условным. Нельзя, конечно, считать, что в некоторые промежутки времени по проводу действительно протекают навстречу друг другу постоянный и переменный токи. Никаких двух встречных потоков электронов на самом деле нет.

В действительности пульсирующий ток представляет собой единый ток, изменяющий свое значение во времени. Более правильно говорить о том, что пульсирующее напряжение или пульсирующая ЭДС могут быть представлены в виде суммы постоянной и переменной составляющих.

Например, на рис. 2 показано как складываются алгебраически постоянная ЭДС одного генератора с переменной ЭДС другого генератора. В результате имеем пульсирующую ЭДС, вызывающую соответствующий пульсирующий ток. Однако, можно условно считать, что постоянная ЭДС создает в цепи постоянный ток, а переменная ЭДС — переменный ток, которые, складываясь, образуют пульсирующий ток.

Каждый пульсирующий ток можно характеризовать максимальным и минимальным значениями Iтах и Iтin, а также его постоянной и переменной составляющими. Постоянная составляющая обозначается I0. Если переменная составляющая является синусоидальным током, то ее амплитуду обозначают Iт (все эти величины показаны на рис. 2).

Не следует смешивать друг с другом Iт и Iтах. Также не следует называть амплитудой максимальное значение пульсирующего тока Iтах. Понятие амплитуды принято относить только к переменным токам. Применительно к пульсирующему току можно говорить лишь об амплитуде его переменной составляющей.

Пульсирующий ток

Постоянная составляющая пульсирующего тока может быть названа его средним значением Iср, т. е. средним арифметическим. Действительно, если рассмотреть изменения за один период пульсирующего тока, показанного на рис. 2, то хорошо видно следующее: за первый полупериод к току 15 мА добавляется ряд значений переменкой составляющей тока, изменяющихся от 0 до 10 мА и опять до 0, а во время второго полупериода точно такие же значения тока вычитаются из тока 15 мА.

Следовательно, ток 15 мА действительно является средним значением. Поскольку ток представляет собой перенос электрических зарядов через поперечное сечение провода, то Iср есть значение такого постоянного тока, который за один период (или за целое число периодов) переносит такое же количество электричества, как и данный пульсирующий ток.

Читайте также:  Чему равно индуктивное сопротивление если частота тока 50 гц

У синусоидального переменного тока значение Iср за период равно нулю, так как количество электричества, прошедшее, через поперечное сечение провода за один полупериод, равно количеству электричества, которое проходит в обратном направлении за другой полупериод. На графиках токов, показывающих зависимость тока i от времени t, количество электричества, переносимое током, выражается площадью фигуры, ограниченной кривой тока, так как количество электричества определяется произведением it.

Для синусоидального тока площади положительной и отрицательной полуволн равны. У пульсирующего тока, показанного на рис.2, в первый полупериод к количеству электричества, переносимому током Iср, добавляется количество электричества, переносимое переменной составляющей тока (заштрихованная площадь на рисунке). А во второй полупериод точно такое же количество электричества вычитается. В результате за целый период переносится такое же количество электричества, как при одном постоянном токе Iср, т. е. площадь прямоугольника Iср Т равна площади, ограниченной кривой пульсирующего тока.

Таким образом, постоянная составляющая, или среднее значение тока, определяется переносом электрических зарядов через поперечное сечение провода.

Уравнение тока, показанного на рис. 2, очевидно должно быть написано в следующем виде:

Мощность пульсирующего тока следует вычислять как сумму мощностей составляющих его токов. Например, если ток, показанный на рис.2, проходит через резистор сопротивлением R, то его мощность

где I = 0,7Im — действующее значение переменной составляющей.

Можно ввести понятие о действующем значении пульсирующего тока Iд. Мощность при этом вычисляется обычным способом:

Приравнивая это выражение к предыдущему и сокращая на R, получим:

Такие же соотношения могут быть получены и для напряжений.

Источник

Пульсирующий электрический ток

  • Пульси́рующий ток — это периодический электрический ток, среднее значение которого за период отлично от нуля. Пульсирующий ток также не вполне корректно называют импульсным и обычно получается после выпрямления переменного на диодах.

До 2003 года пульсирующий ток определялся как периодический электрический ток, не изменяющий своего направления. В настоящее время такой ток носит название однонаправленный пульсирующий ток. Однонаправленный ток — это электрический ток, не изменяющий своего направления.

Пульсирующий ток является разновидностью периодического тока. Периодический ток — электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности.

Связанные понятия

В связи с тем, что электрические сигналы представляют собой изменяющиеся во времени величины, в электротехнике и радиоэлектронике используются по необходимости разные способы представлений напряжения и силы электрического тока.

В статье описаны некоторые типовые применения операцио́нных усили́телей (ОУ) в аналоговой схемотехнике.

Электромеханические преобразователи — это класс устройств, созданных для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Также возможно преобразование электрической энергии в электрическую же энергию другого рода. Основным видом электромеханического преобразователя является электродвигатель (электрогенератор).

Источник

Пульсирующий ток

Мы познакомились с постоянным и переменным токами. Постоянным током мы называем ток, который не изменяется ни по величине, ни по направлению. Переменный же ток, наоборот, все время изменяется и по величине, и по направлению.

Изучая переменный ток, была принята синусоида как основная форма его изменения.

Однако в радиотехнике приходится иметь дело и с несинусоидальными переменными токами, ЭДС и напряжениями, графики которых отличаются от графика синусоиды.

Существуют токи, направление которых постоянно, а величина все время изменяется.

Одним из примеров такого несинусоидального тока может служить пульсирующий ток, график которого изображен на рисунке 1.

Согласно ГОСТ 19880-74 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. Термины и определения: пульсирующий ток — это периодический электрический ток, не изменяющий своего направления .

Pulsiruyushchij-tok

Рисунок 1. Изображение пульсирующего тока.

Как видно из графика, такой ток непрерывно изменяется по величине, но проходит по цепи в одном направлении. Действительно, кривая тока расположена выше оси времени, нигде не пересекая ее, а следовательно, и направление тока в цепи не изменяется.

При пульсирующем токе электроны в проводнике движутся все время в одном направлении, но их движение то убыстряется, то замедляется. Движение каждого отдельного электрона в этом случае походит на движение пассажира, прогуливающегося взад и вперед по вагону движущегося поезда. Пассажир движется вместе с поездом все время вперед, но скорость его движения убыстряется, когда он идет по ходу поезда, и замедляется, когда он идет обратно.

Примером цепи, в которой создается пульсирующий ток, может служить любое выпрямительное устройство.

Пульсирующий ток можно также получить, если одновременно пропускать по цепи постоянный и переменный токи. То есть всякий пульсирующий ток можно представить в виде суммы двух токов — постоянного и переменного. Необходимым условием является только, чтобы постоянный ток был больше амплитудного значения переменного тока.

На рисунке 2 изображен график пульсирующего тока, а также графики постоянного и переменного токов, из которых он состоит.

sozdanie-pulsiruyushchego-toka

Рисунок 2. Создание пульсирующего тока. а) направление пульсирующего тока не именяется, изменяется только его величина; б) переменная составляющая пульсирующего тока; в) постоянная составляющая пульсирующего тока.

Проверим графически процесс возникновения пульсирующего тока, путем сложения двух графиков — постоянного и переменного синусоидального токов (рисунок 3).

pulsiruyushchij-tok-slozhenie

Рисунок 3. Результирующая кривая, полученная от сложения потоянного и синусоидального токов.

На рисунке 3 кривая переменного тока и складываемая с ней прямая постоянного тока нанесены пунктиром, при этом амплитуда переменного тока взята чуть меньше величины постоянного тока.

В начальный момент времени, когда величина переменного тока равна, нулю, сумма токов будет равна величине постоянного тока. Следовательно, точка 1 будет начальной точкой графика результирующего тока.

Так как в течение первой четверти периода своего изменения переменный ток возрастает, совпадая по направлению с постоянным током, то общий ток в цепи будет также возрастать и достигнет своего максимального значения в тот момент, когда переменный ток достигнет наибольшей величины (точка 2).

По истечении времени, равного половине периода T/2, переменный ток уменьшится до нуля и общий ток в цепи станет равным постоянному току (точка 3). В следующую половину периода переменный ток начнет проходить в обратном направлении, т. е. навстречу постоянному току. Общий ток в цепи станет меньше постоянного и его значение станет минимальным, когда переменный ток достигнет своего максимального отрицательного значения (точка 4).

Читайте также:  Ток в последовательной rl цепочке возрастает от нуля до половины максимального значения

К концу последней четверти периода уменьшение величины переменного тока приведет к тому, что в цепи на мгновение установится величина постоянного тока (точка 5), после чего весь процесс повторится.

Итак, сложив графически постоянный и переменный токи,, мы получили график пульсирующего тока. Следовательно, пульсирующий ток, графически изображенный на рисунке 3— это сложный ток, состоящий из двух простых токов: постоянного, называемого постоянной составляющей пульсирующего тока, и переменного синусоидального тока, называемого переменной составляющей пульсирующего тока.

Постоянную и переменную составляющие пульсирующего тока можно легко отделить друг от друга, т. е. получить отдельно переменный ток и отдельно постоянный.

Пример такого разделения показан на рисунке 4.

razdelenie-pulsiruyushchego-toka

Рисунок 4. Схема для разделения переменной и постоянной составляющих пульсирующего тока.

Переменная составляющая направляется по наиболее легкому для нее пути через конденсатор, а постоянная составляющая — через дроссель.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник

Пульсирующий ток постоянной полярности

Ч тобы научиться создавать устройства, надо знать как они работают, из чего состоят. По любым радиоэлектронным устройствам бегает ток. От того, как и куда его направить, зависит работа устройства. Ток по проводам можно сравнить с течением жидкостей по трубам. Вода в трубах течет по разному, где-то быстро, где-то медленно. Где-то очень большое давление, а где-то совсем маленькое. По трубам не всегда вода течёт, бывает и нефть, а бывают и канализационные и мусоро-проводы для сваливания туда всяких отходов.

У электричества тоже есть свои давление и скорость течения. Чем больше электрический ток, тем толще должен быть провод. Если пустить гречневую кашу через гелевый стержень, она через него не потечёт, стержень заткнётся, и если будет достаточное давление, лопнет в том месте где заткнуло. А вот через трубу диаметром сантиметров пять, гречневая каша потечёт, и ничего не лопнет.
Ток обычно обозначается буквой I и меряется Амперами

Чем больше напряжение, тем толще должна быть изоляция провода. Напряжение — как давление, чем выше, тем толще изоляция, или толще должны быть трубы чтобы выдержать давление. Тонкие трубы ведь большого давления не выдерживают, лопаются, точно так же и провода при большом напряжении пробивает.
Напряжение обычно обозначается буквами U или V и меряется Вольтами.

Электричество течёт в электронных схемах от плюса к минусу.

Начну с описания различных деталей устройств и буду постепенно пополнять их разнообразие.

Диод
Диод обычно предназначен пускать ток в одну сторону, и не пускать в другую.
Как клапан, пропускает воду в одну сторону, а если она потекла в другую, то сразу закрывается. Диод работает точно так же. Диод — электронный клапан.
У каждой лапки диода есть название — анод и катод.
Катод — отрицательный электрод, поэтому в схемах обычно смотрит на минус.
Анод — положительный электрод, и на него чаще всего подают плюс.
Чтобы лучше запомнить, кто из них отрицательный, а кто положительный, — в слове «катод» столько же букв, сколько в слове «минус». А в слове «анод» столько же букв, сколько в слове «плюс». Диод пускает от анода к катоду, и не пускает обратно, от катода к аноду.
На схемах диод обозначается вот так:

Диод
Диод

Где у диода катод, а где анод — легко запомнить, одна сторона обозначения походит на буковку А (анод), правая сторона на букву К (катод).

Диоды на вид бывают всякие разные:

Виды диодов

как подключить диод

Важные характеристики диодов — максимальное напряжение и максимальные токи — постоянный и при коротком импульсе.
Если напряжение в схеме не более 15 Вольт, и ожидаемый постоянный ток через диод предполагается не более 1 Ампер, то и диод должен быть не ниже чем на 15 В, и не ниже чем на ток 1 А.

Если мы подключим диод катодом к минусу, то ток потечёт, и лампочка засветится.
Если мы перевернём диод анодом к минусу, то диод не пропустит ток с плюса на минус, и лампочка не загорится.

Подключение диода

Фотодиоды и светодиоды на принципиальных схемах обозначаются вот как:

фото диод

Иногда с круглишками, иногда без них.

У них точно так же есть катод и анод, как и у простых диодов.
Поэтому крайне важно для работоспособности схемы не путать назначение лапок, полярность.

Переменный ток

В предыдущем примере с диодом и лампочкой был постоянный ток, тоесть тёк в одном направлении.
При переменном токе полярность меняется с какой-то частотой.
В розетках нашей страны плюс с минусом меняются местами 50 раз в секунду, в электросетях Японии и Америки 60 раз, в Европе 100 раз в секунду.
Частота, — будь то смена полярности, или количество зажиганий светодиодика в секунду, — меряется в Герцах.

Как узнать переменный или постоянный ток в цепи ?
Подключили диод, лампочка светится.
Перевернули диод, лампочка всё равно светится.
Если диод заведомо целый, значит ток в цепи переменный.

Переменный ток

переменный и постоянный ток

Чтобы из переменного тока сделать постоянный, нужно 4 диода, для соединения в диодный мост.
Диодный мост на схемах рисуют из четырёх диодов, или просто ромбом с диодом внутри, для упрощения.

диодный мост

Белые провода — переменное напряжение, на выходе постоянное: черный — минус, красный плюс.

диодный мост

Если постоянный ток изобразить на графике, он будет выглядеть вот так.

График постоянного тока

С течением времени на плюсе всегда остаётся плюс, на минусе минус.

У переменного тока с течением времени плюс с минусом на проводах меняются местами, на графике он будет выглядеть вот так:

Читайте также:  Зависимость тока сварки от диаметра электрода

график переменно тока

Каждая такая пупырышка называется полупериод.
Если выше полоски — положительный, например который нам нужен.
Если ниже полоски — отрицательный, который нам не нужен, и нам надо его перевернуть.
Участок времени из двух полупериодов, отрицательного и положительного, называют полным периодом.
Пометим положительные полупериоды зеленым цветом, отрицательные красным.

полупериоды

Если собрать диодный мост из красных и зеленых светодиодов можно увидеть как он работает:

На лампочку идёт постоянный пульсирующий ток, но она не светится потому что ток через светодиоды недостаточно большой.
Светодиодный мост перевернул отрицательные (красные) полупериоды в нужную нам сторону

график светодиодов

На предыдущем примере частота переменного тока была около 1 герца, тоесть примерно одна смена полярности в секунду.
С более высокими частотами работа диодного моста уже не так явно видна (здесь герц 7-10):

В цепях переменного тока частотами от 30 или 60 герц, глаз не может уследить за миганием светодиодов, они будут мигать очень быстро и будет казаться что они просто все светятся.

Конденсатор

Конденсатор — электронная бочка.
Конденсатор накапливает в себе энергию, и этим самым в электрических схемах работает как бак с водой.
Например если включать и выключать воду, то она то есть, то нету, а нас это не устраивает.
Нам нужно чтоб вода всегда была.
Если под кран, из которого вода то идёт, то не идёт, поставить бочку и проковырять снизу дырку, то из дырки вода будет течь всё время. Ту же самую роль выполняют и конденсаторы в схемах.

Конденсаторы бывают на переменный и на постоянный ток.
У конденсаторов на постоянный ток важно не путать полярность — назначение выводов, какой из них подключить на плюс, а какой на минус.
Конденсатор обозначается на схеме вот так:

обозначение конденсаторов

Слева на переменный ток, справа на постоянный.

Конденсаторы бывают всякие разные:

Виды конденсаторов

Предыдущая схема у нас была с пульсирующим постоянным током:

пульсация переменного тока

Если параллельно лампочке поставить конденсатор, то на лампочку пойдет постоянный ток без пульсаций.

схема диодного моста

19

Ёмкость конденсаторов измеряется в пикофарадах (пФ или pF), нанофарадах (нФ, nF), микрофарадах (мкФ, uF), и фарадах (Ф, F).
Например 7 нанофарад = 0, 000 000 007 фарад.
14 пикофарад = 0, 000 000 000 014 фарад.
10 микрофарад = 0, 000 010 Фарад.

Ёмкость почти всегда написана на конденсаторе русскими или английскими буквами, или бывает обозначена цветовым или цифровым шифром.

Цифровая маркировка выглядит как три цифры, первые две начальные цифры, последняя -количество нулей после них, получается число в пикофарадах.
Например на конденсаторе надпись 104, это 10 и 4 нуля = 10 0000 пикофарад = 0,1 микрофарад. Или 873 = 87+000 = 87 000 пФ = 87 Нанофарад. 151 = 15 и 0 = 150 пФ. Если две цифры, например 82, то значит нулей нет, и ёмкость конденсатора 82 Пф.

Цветовая маркировка сначала кажется сложнее, но если часто возиться с полосатыми детальками, то можно и её запомнить наизусть.
На деталь наносят 3, 4 или 5 цветных колец.
Первые два кольца — тоже цифры, третье — множитель, х1, х10, х100, х1000, х10000, и т.п., четвёртая — допуск, серебряного цвета или золотого. Допуск — отклонение в процентах, от заявленной ёмкости, золотое кольцо — меньше или больше на 5%, серебряное — на 10%.
Золотое или серебряное кольцо всегда последнее, это чтобы не перепутать откуда считать кольца.

Не менее важный параметр конденсатора — его допустимое напряжение.
Конденсаторы нельзя ставить в цепь с более высоким напряжением, нежели чем указано на конденсаторе. Например на конденсаторе написано 3300uF 16V, значит его допустимое напряжение 16 вольт, его можно ставить в легковой автомобиль, где 13 вольт, но нельзя ставить в КАМАЗ, потому что там 24 вольта, и он может взорваться, а от взорванного конденсатора никакого толку не будет, только перевод деталей. Если просто хочется взорвать ненужный конденсатор, например с оторваной лапкой, или помятым корпусом, то можно подключить конденсатор с допустимым напряжением 6.3 вольта в цепь 48 вольт или еще больше.

Резистор

Резистор с латинского переводится как «сопротивляться».
Говоря по русски, резистор — сопротивление. Резистор в схемах выполняет роль заткнутой поролоном трубы. Заткнутость в трубах бывает разная, можно поставить сито, тогда будет пропускать почти полностью. Можно затолкать поролона, а можно заткнуть наглухо старым валенком так, что за сутки просочится всего одна капля.
Резистор ограничивает ток в цепи.
Чем меньше сопротивление резистора, тем он больше пропускает. Чем больше сопротивление, тем он больше «заткнут» и следовательно меньше пропускает.
Сопротивление измеряется в омах, килоомах (КОм, или К) и мегаомах (МОм или М). Иногда еще в миллиомах.
Чем больше ом резистор, тем больше в нём засунуто «поролона». Так мегаом (миллион ом) вообще почти ничего не пропускает, а один ом пропускает почти всё.
Резистор обозначается на схемах вот так или так:

Обозначение резисторов

Сверху обычно в таком виде он выглядит на наших схемах, а обозначением снизу резисторы рисуют на зарубежных.

Резисторы бывают всякие разные:

Виды резисторов

резисторы

Узнать обозначение можно по маркировке, иногда её пишут буквами — М для мегаомов, К для килоомов, Е или R для омов. Резисторы могут маркироваться цветными кольцами, или цифровой маркировкой, так же как конденсаторы, только значение не в пикофарадах, а в омах.
102 = 10 и 2 нолика = 10 00 ом = 1 килоом.
754 = 75 и 4 нолика = 75 0000 ом = 750 килоом, или 0,75 мегаом.

Еще бывают резисторы с надписями 2М2, М15, К47, 15М, 68К, 3К3, 4R7.
2М2 — 2.2 мегаома,
М15 — 0,15 мегаом или 150 килоом,
К47 — 0,47 килоом, или 470 ом,
15М — 15 мегаом,
68К — 68 килоом,
3К3 — 3.3 килоом (3300 ом),
4R7 — 4.7 ом.

В этой маркировке 2.2 мегаома будет выглядеть как 2М2,
22 мегаома — 22М,
220 килоом, или 0,22 мегаома будет выглядеть как 220К или М22.

Источник