Источники электрической энергии: для чего они нужны в электронных информационных устройствах? Каково основное отличие вольт-амперной характеристики источника электрической энергии?
Для функционирования любого электротехнического (устройства в его состав должен входить источник электрической энергии (источник питания). Действие большинства электронных устройств основано на возможности управлять потоком энергии от источника питания к приемнику. Если устройство относится к классу электроэнергетических, то его назначение - регулирование потока энергии, поступающего в приемник (который обычно называют нагрузкой). Если же речь идет об электронном информационном устройстве, то передача энергии от источника к приемнику не является самоцелью. Возможность управлять потоком энергии позволяет превратить процесс передачи электрической энергии в сигнал, т.е. управлять не собственно потоком энергии, а изменять одну из переменных, характеризующих этот поток, и в этом изменении отображать информацию. Энергетическая структура электронного цифрового устройства выглядит таким образом: Источник электрической энергии-> Питание и управление-> Электронное устройство->{Потери}-> Полезное действие (работа или сигнал). Источник электрической энергии можно охарактеризовать алгебраическим соотношением ‑ вольт-амперной характеристикой ВАХ, подобно диссипативному элементу (элемент электрической цепи, рассеивающий электрическую энергию в тепло Индуктивность L и емкость С называются реактивными элементами электрической цепи.). Однако существенное отличие состоит в том, что ВАХ источника не проходит через начало координат.
Каково основное отличие электронного информационного устройства от электроэнергетического устройства?
В чем заключается процесс функционирования электронного информационного устройства с энергетической точки зрения.
Что понимается под «энергетической эффективностью» электронных информационных элементов? Какими характеристиками может быть охарактеризована энергетическая эффективность?
Измерительные приборы для измерений в электрических цепях. Каким образом следует включать в цепь вольтметр и амперметр? Каким может быть влияние подключенных измерительных приборов на процессы в электрической цепи?
Для того чтобы можно было применять математические соотношения, описывающие поведение реальной цепи, необходимо иметь процедуры экспериментального определения значений переменных физических величин в реальной цепи и соотнесения этих значений со значениями переменных величин в уравнениях. Перси Уильямс Бриджмен назвал такие процедуры правилами соответствия. Для этого используются измерительные приборы и измерительные процедуры. Правила соответствия должны описывать измерительные процедуры, которые позволят проверить верность уравнений путем сравнения значений переменных, даваемых уравнениями и результатов измерений этих величин в реальной цепи. Существует несколько измерительных приборов: вольтметр и ампертметр. Способ подключения вольтметра – между двумя узлами, между которыми требуется измерить напряжение. Это приводит к тому, что в цепи появляется новая ветвь. Результат измерения в любом реальном вольтметре формируется не сразу. Реальный вольтметр: а) имеет ненулевую проводимость, б) ненулевую входную емкость, в) ненулевую индуктивность, г) ненулевое время измерения. Способ подключения амперметра – в разрыв одной из ветвей (в которой требуется измерить ток). Это приводит к тому, что в ветви появляется новый элемент-двухполюсник. Результат измерения – не сразу. Реальный амперметр: а) имеет не нулевое сопротивление, б) ненулевую емкость между выводами, в) ненулевую индуктивность, г) ненулевое время измерения. При подключении реальных измерительных приборов к электрической цепи, ее структура изменяется, что приводит к изменению поведения цепи. Для получения результатов с малой погрешностью, это изменение поведения должно быть достаточно малым. Значение сопротивления вольтметра может существенно изменить режим электрической цепи. Чтобы погрешности были наименьшими, необходимо чтобы сопротивление вольтметра была гораздо больше сопротивления других элементов цепи. Либо увеличивать внутреннее сопротивление вольтметра, либо производить расчет, основываясь на показаниях вольтметра, его внутреннем сопротивлении и виде схемы.
Каковы характеристики идеального вольтметра и идеального амперметра? Чем реальные вольтметр и амперметр отличаются от идеальных? Как можно усложнить модель вольтметра (амперметра), чтобы учесть их влияние на процессы в электронном информационном устройстве?
Характеристики идеального вольтметра и идеального амперметра: Идеальный вольтметр: а) имеет нулевую проводимость, б) нулевую входную емкость. Идеальный амперметр должен иметь: а) нулевое сопротивление (напряжение на амперметре равно нулю при любом протекающем через амперметр токе), б) нулевую емкость между выводами (ток перезаряда этой емкости должен быть нулевым), в) нулевую индуктивность выводов, г) нулевое время измерения. Реальный вольтметр: а) имеет ненулевую проводимость, б) ненулевую входную емкость, в) ненулевую индуктивность, г) ненулевое время измерения. Реальный амперметр: а) имеет не нулевое сопротивление, б) ненулевую емкость между выводами, в) ненулевую индуктивность, г) ненулевое время измерения. Характеристики вольтметра, которые могут изменить режим электрической цепи, и тем самым внести погрешность в проводимые измерения: если в цепи кроме источника и вольтметра больше нет других элементов, то вольтметр покажет значение напряжение источника, либо внутреннее сопротивление. Если оно сравнимо с общим сопротивлением цепи. Значение сопротивления вольтметра может существенно изменить режим электрической цепи. Чтобы погрешности были наименьшими, необходимо чтобы сопротивление вольтметра была гораздо больше сопротивления других элементов цепи. Либо увеличивать внутреннее сопротивление вольтметра, либо производить расчет, основываясь на показаниях вольтметра, его внутреннем сопротивлении и виде схемы. К источнику питания нельзя подключать амперметр аналогично вольтметру (параллельно), чтобы измерить ток источника. Произойдет короткое замыкание. Необходимо наличие резистора для ограничения тока, расположенного последовательно с амперметром.