15 Анализ и расчет линейных цепей переменного тока.

Двухполюсником называется часть электрической цепи любой сложности и произвольной конфигурации, выделенная относительно двух зажимов (двух полюсов).     Двухполюсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники (суммарное действие которых равно нулю), называется пассивным. Если в схеме двухполюсника имеются нескомпенсированные источники, он называется активным. На схеме двухполюсник обозначают прямоугольником с двумя выводами (рис. 1.14). Это обозначение можно условно рассматривать как коробку, внутри которой находится электрическая цепь.

   1) СопротивлениеВ общем случае напряжения и токи могут быть произвольными функциями времени u(t) и i(t). У линейного резистора сопротивление R не зависит от тока, и закон Ома справедлив как для постоянного тока, так и для мгновенных значений переменного тока и напряжения:

Напряжение на линейном, “омическом”, сопротивлении равно

.

Емкостью называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством запасать энергию электрического поля

Зависимость заряда, накопленного в емкости, от напряжения на ее зажимах, называется вольт-кулонной характеристикой. Для линейной емкости ее величина равна . В общем случае вольт-кулонная характеристика имеет нелинейный вид (кривая 2) и дифференциальная (динамическая) емкость определяется как .Величина дифференциальной емкости зависит от координат рабочей точки на вольт-кулонной характеристике, т.е. от напряжения на емкости.

3) Индуктивность

Индуктивностью называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством запасать энергию магнитного поля. Реальным элементом, близким по свойствам к индуктивности, является катушка индуктивности, если можно пренебречь потерями энергии в проводе и в сердечнике.

16.Источники вторичного питания

Для питания постоянным током электронных, измерительных и вычислительных устройств применяются источники питания малой мощности (от единиц до десятков Ватт), которые обычно получают энергию от однофазной цепи переменного тока. Как правило, из первичного напряжения сети с помощью трансформатора вырабатывают вторичное напряжение требуемой величины, которое затем выпрямляют полупроводниковыми диодами.

Схема источника стабилизированного напряжения

На рисунке приведена схема источника стабильного напряжения, в состав которого входят двухполупериодный выпрямитель на диодах D1 и D2 и параметрический стабилизатор напряжения на полупроводниковом стабилитроне D3

Источником переменного напряжения для выпрямителя является трансформатор Т1, первичная обмотка которого подключена к сети 220 В, а вторичная обмотка имеет вывод от средней точки.

Если включен только один из диодов (D1 или D2), то выпрямленный ток протекает только в одном полупериоде входного напряжения; при использовании двух диодов ток в нагрузку поступает в течение обоих полупериодов. При этом улучшается качество выпрямленного напряжения (уменьшаются его пульсации) и вдвое снижается средний ток через каждый диод. Конденсатор С1 служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, обусловленного периодическим подзарядом через диоды D1 и D2 и разрядом через нагрузку. Глубина пульсаций напряжения U_С1 зависит от периода пульсаций Т_пульс (в двухполупериодной схеме он в два раза меньше, чем в однополупериодной), от тока нагрузки I_нагр и от емкости С1:U_пульс = (I_нагр T_пульс )/C₁.

Стабильность напряжения питания является необходимым условием правильной работы многих электронных устройств. Для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке при колебаниях сетевого напряжения и изменениях потребляемого нагрузкой тока между выпрямителем и нагрузкой ставят стабилизатор напряжения. В данной работе исследуется параметрический стабилизатор, основанный на использовании элемента с нелинейной характеристикой, а именно, полупроводникового стабилитрона. Напряжение на стабилитроне на участке электрического пробоя остается практически постоянным при допустимых пределах изменения обратного тока через прибор.

Выходное напряжение выпрямителя U_С1 должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона U_ст. Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор R1. Разность напряжений U_С1 – U_ст падает на этом резисторе, а оставшаяся часть приложена к нагрузке. Функцию нагрузки в схеме выполняет резистор R2, величину которого можно изменять при проведении исследования.

Наибольший ток через стабилитрон протекает при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки:

Наименьший ток через стабилитрон протекает при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки:

При обеспечении условий I_{ст.макс}<I_ст.max; I_ст.мин>I_ст.min, где I_ст.max и I_ст.min – предельно допустимые токи стабилитрона, напряжение на нагрузке стабильно и равно U_ст.