Билет № 12

1. Конденсатор в цепи переменного тока. Векторная диаграмма. Закон Ома.

Р ассмотрим процессы, протекающие в электрической цепи переменного тока с конденсатором. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то в цепи возникнет кратковременный импульс тока, который зарядит конденсатор до напряжения источника, а затем ток прекратится. Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.

При включении конденсатора в цепь переменного тока процесс его зарядки длится четверть периода. После достижения амплитудного значения напряжение между обкладками конденсатора уменьшается и конденсатор в течение четверти периода разряжается. В следующую четверть периода конденсатор вновь заряжается, но полярность напряжения на его обкладках изменяется на противоположную и т.д. Процессы зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным периоду колебаний приложенного переменного напряжения.

К ак и в цепи постоянного тока, через диэлектрик, разделяющий обкладки конденсатора, электрические заряды не проходят. Но в результате периодически повторяющихся процессов зарядки и разрядки конденсатора по проводам, соединенным с его выводами, течет переменный ток. Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в цепь переменного тока, кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает периодического ослабления свечения нити лампы.

Следовательно, колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π/2 или колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на π/2. Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т.д.

Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением конденсатора (обозначается Х_C):

Связь между амплитудным значением силы тока и амплитудным значением напряжения по форме совпадает с выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического сопротивления фигурирует емкостное сопротивление конденсатора:

Емкостное сопротивление конденсатора, как и индуктивное сопротивление катушки, не является постоянной величиной. Оно обратно пропорционально частоте переменного тока. Построим векторную диаграмму.

2. Сглаживающие фильтры.

Выпрямленное напряжение на выходе выпрямителя имеет пульсацию. Пульсация напряжения оказывает вредное влияние – увеличивает потери, создает помехи и т.д. Для уменьшения пульсации на выходе выпрямителя устанавливают сглаживающие фильтры.

Фильтры могут быть емкостные, индуктивные, индуктивно-емкостные и другие (смотри схемы).

В емкостном фильтре конденсатор включен параллельно нагрузке и напряжение на конденсаторе равно напряжению на нагрузке. Когда диод открыт, конденсатор заряжается, напряжение на нагрузке растет. Когда диод закрыт, конденсатор разряжается на нагрузку и напряжение падает. Пульсация уменьшается и становится тем меньше, чем больше емкость конденсатора (смотри график).

В индуктивных фильтрах сглаживание пульсации напряжения достигается тем, что индуктивное сопротивление катушки много больше сопротивления нагрузки.