1.7 Элементы электрической цепи переменного тока

1.7.1 Катушка индуктивности

Условно-графическое изображение катушки индуктивности имеет вид:

С электрическим током в цепи связано магнитное поле. Параметр, количественно характеризующий связанное с током магнитное поле, называется индуктивностью L.

И ндуктивностью L витка с током называется отношение магнитного потока Ф, пронизывающего этот виток, к току I, вызвавшему этот поток.

Величина индуктивности измеряется в Генри [Гн], миллиГенри [мГн] или микроГенри [мкГн].

Д ля катушки, состоящей из N витков провода, результирующая индуктивность L, равняется:

г де N - число витков; L_i - индуктивность одного i-го витка.

К атушка индуктивности - это элемент электрической цепи, запасающий энергию в магнитном поле. Количество энергии, запасаемой в этом поле, может быть определено из соотношения:

П ри воздействии на катушку изменяющегося тока на ее выводах индуцируется ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению:

Для постоянного тока (t) = 0.

Если приложено напряжение к катушке U_L(t), то справедливо соотношение:

U_L(t)-(t)=0 или U_L(t)=-(t)=L di/dt.

Т аким образом:

Для постоянного тока индуктивность обладает нулевым сопротивлением, так как U_L(t)=0 при di = 0.

Ток в катушке индуктивности связан с приложенным напряжением:

Е сли на катушку воздействует гармонический сигнал:

Т о

г де X_L =₀ • L - реактивное сопротивление индуктивности;

К омплексное сопротивление катушки индуктивности без потерь:

График зависимости реактивного сопротивления индуктивности от частоты приведен на рисунке 1 .22, а векторная диаграмма на рисунке 1 .23.

Р ис. 1.22 Частотная характеристика индуктивности

Рис .1.23 Векторная характеристика индуктивности

Наиболее распространенными типами катушек являются цилиндрическая однослойная и многослойная типа "универсаль". Применение магнитных сердечников позволяет уменьшить размеры катушки и улучшить отношение реактивного сопротивления к сопротивлению потерь.

1.7.2 Конденсаторы

У словно-графическое изображение конденсатора имеет вид:

Конденсатором называется элемент, запасающий энергию в электрическом поле.

П араметром конденсатора, характеризующим связь между полем и напряжением на обкладках, является емкость С:

Емкость конденсатора измеряется в Фарадах [Ф], микрофарадах [мкФ] -КГ^-6 Ф, нанофарадах [нФ] - КГ^-9 Ф и пикофарадах [пФ] - 10^-12 Ф.

П ри последовательном соединении нескольких конденсаторов их можно заменить одним конденсатором с эквивалентной емкостью, определяемой из соотношения:

где C_i - емкость i-ro конденсатора; N - число последовательно-соединенных конденсаторов.

П ри параллельном соединении N конденсаторов их можно заменить одним эквивалентным С_ЭКВ, определяемым из соотношения:

Ч ерез конденсатор протекает ток смещения:

Д ля постоянного напряжения U_c(t) = const, ток i_c(t) = 0, т.е. конденсатор представляет собой разрыв электрической цепи.

С праведливо соотношение:

Е сли на конденсатор воздействует гармонический сигнал:

т о

г де

Г рафик зависимости реактивного сопротивления Х_с от частоты приведен на рисунке 1.24, а векторная диаграмма тока и напряжения на конденсаторе - на рисунке 1 .25.

Э нергия, запасаемая конденсатором, определяется из соотношения:

Р ис. 1.24 Частотная характеристика конденсатора

Рис. 1.25 Векторная характеристика конденсатора

Конденсаторы, применяемые в радиоэлектронике, разделяются на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости и подстроечные.

По материалу диэлектрика между обкладками, конденсаторы подразделяются на бумажные, слюденые, пленочные, керамические, электролитические и воздушные.

Основными параметрами конденсаторов являются:

1. Номинальная емкость - емкость конденсатора, которая указывается на корпусе конденсатора.

2. Класс точности, показывающий пределы допустимого отклонения реальной емкости конденсатора от номинального значения: I класс - ± 5%;

II класс - ± 10%; III класс - ± 20%.

3. Номинальное рабочее напряжение - наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он надежно работает, сохраняя свои параметры.

3. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ), показывающий величину относительного изменения емкости от номинального значения при изменении температуры на 1°С.