Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные величины, характеризующие электрические цепи:

I - сила тока, ампер;

U - напряжение, вольт;

R - сопротивление, ом.

электрическая цепь индуктивность частота

Связаны уравнениями:

Чем больше напряжение - тем больше сила тока. Чем больше сопротивление - тем меньше сила тока.

Электрические цепи могут работать на двух видах тока: постоянном и переменном. Постоянный ток проходит стабильно с одинаковой частотой (герц), переменный ток постоянно меняет свою частоту в определенных пределах.

Для задания напряжения в цепи используются различные источники напряжения, например, батарейки:

Резисторы - элементы, которые используются для управления сопротивлением в электрической цепи.

Самое распространенное применение резисторов - создание делителей напряжения:

Делитель напряжения предназначен для разделения напряжения на определенное значение.

С помощью делителей напряжения наиболее легко рассматривать паразитные параметры резистора. Паразитные параметры - собственные параметры резистора, которые влияют на итоговые выходные характеристики. Паразитные параметры присутствуют во всех реальных резисторах.

Т.к. в программе резисторы считаются идеальными, они не имеют паразитных параметров, а потому не оказывают никакого влияния на выходную характеристику напряжения:

Паразитные параметры, имеющиеся у резистора - собственная индуктивность и собственная емкость.

Индуктивность - это параметр, который препятствует изменению проходящего тока (измеряется в Генри).

Емкость - это способность накапливать электрический заряд (измеряется в Фарадах).

На схемах собственная индуктивность резистора создаётся с помощью добавления катушки индуктивности в схему:

Индуктивность

- это параметр, который зависит от частоты тока. Чем выше частота - тем больше индуктивность. Т.к. индуктивность препятствует изменению тока, её можно считать дополнительным сопротивлением току. То есть, чем больше индуктивность, тем хуже ток проходит через резистор.

В связи с тем, что , можно сделать вывод о том, что чем больше сопротивление - тем больше напряжение.

При постоянном токе частота не изменяется, а значит, индуктивность нулевая, то есть, она не влияет на результат. Однако если мы используем переменный ток - частота меняется. Как следствие, получается следующая характеристика:

На схемах собственная емкость резистора создаётся с помощью добавления конденсатора в схему:

Емкость, так же как и индуктивность, зависит от частоты. Но её зависимость - обратная. Чем больше частота, тем меньше емкость.

На постоянном токе емкостное сопротивление можно считать бесконечно большим, поэтому выходное напряжение будет равно напряжению на первом резисторе.

На переменном токе емкостное сопротивление изменяется. На частоте близкой к нулевой емкостное сопротивление практически равно максимуму, значит и сопротивление резистора максимальное. Чем больше сопротивление - тем выше напряжение. Но с увеличением частоты емкость уменьшается. А значит, сопротивление падает. На большой частоте можно считать, что сопротивление равно нулю - значит и напряжение падает до нуля.

Для того чтобы учитывать оба паразитных параметра, на схему добавляют и катушку индуктивности, и конденсатор:

В такой ситуации на выходное напряжение влияет и собственная емкость и собственная индуктивность. Однако эти параметры действуют противоположно друг другу. Частота растет - индуктивность растет - емкость падает. Рост индуктивности увеличивает сопротивление, но падение емкости его уменьшает.

Чтобы не запутаться, нужно учитывать, что индуктивность имеет свой максимум на низкой частоте, а емкость имеет свой минимум на максимальной частоте. То есть, оба этих параметра оказывают наибольшее влияние на разных частотах. Итоговая характеристика выглядит так:

Конденсаторы - это элементы, которые используются для того, чтобы накапливать электрический заряд.

Базовая характеристика конденсатора - это емкость. Она влияет на реактивное сопротивление конденсатора, которое определяется по формуле:

Принцип работы параметра емкости был описан ранее, но проще всего его рассмотреть на схемах фильтров частот.

Фильтр высоких частот (создаёт напряжение только на высокой частоте):

С помощью фильтра можно наглядно рассмотреть правило «на большее падает большее». Чем больше сопротивление - тем большее напряжение на него падает. В случае с фильтром высоких частот, конденсатор, стоящий перед резистором, на низкой частоте имеет огромное реактивное сопротивление. Поэтому на него падает максимальное напряжение. Для резистора «ничего не остаётся». Но чем выше частота - тем меньше емкость. Значит, сопротивление конденсатора падает - на резистор начинает падать больше напряжения. До тех пор, пока сопротивление конденсатора не окажется настолько незначительным, что напряжение на резисторе будет максимальным.

С фильтром низких частот ситуация похожая, но теперь выходное напряжение измеряется не на резисторе, а на конденсаторе:

И снова в дело вступает правило «на большее падает большее». Т.к. на низкой частоте сопротивление конденсатора максимально. На него падает большое напряжение. Но чем выше частота, тем меньше становится сопротивление конденсатора, поэтому в какой-то момент сопротивление резистора его «пересиливает» и начинает забирать всё напряжение на себя, то есть около выхода напряжения «не остаётся».

Но помимо емкости конденсатор имеет паразитные параметры

- паразитное сопротивление и паразитную индуктивность.

Паразитную индуктивность, как и в примере с резисторами, на схеме изображают с помощью катушки индуктивности:

Взаимодействие емкости и индуктивности уже обсуждалось ранее в примерах с резисторами. На низкой частоте крайне высокое емкостное сопротивление - поэтому оно «притягивает» на себя большое напряжение. Но чем больше становится частота, тем меньше становится реактивное сопротивление. Поэтому напряжение тоже падает. Однако чем больше становится частота, тем выше становится индуктивность. Поэтому, когда она увеличивается достаточно, она вновь начинает «притягивать» большое напряжение. В итоге, характеристика выходного напряжения выглядит так:

Паразитное сопротивление конденсатора учитывается на схеме с помощью добавления резистора:

Паразитное сопротивление, как и обычное сопротивление резистора, не зависит от частоты. Оно остаётся постоянным при любой частоте. А это значит, что оно продолжает действовать, даже когда реактивное сопротивление конденсатора равно нулю (при большой частоте). Таким образом, паразитное сопротивление привлекает некоторое минимальное напряжение даже на высоких частотах:

Найти это минимальное напряжение можно с помощью формулы:

Схема, учитывающая оба паразитных параметра, выглядит следующим образом:

Соответственно, когда в схеме учитываются и паразитное сопротивление, и паразитная индуктивность, выходная характеристика является комбинацией двух предыдущих:

На низкой частоте максимально емкостное сопротивление - поэтому на выход падает очень большое напряжение. Но частота увеличивается, поэтому емкостное сопротивление падает, за ним падает и напряжение. Паразитное сопротивление предоставляет минимальное напряжение, и не даёт ему опуститься до нуля. Затем частота повышается достаточно сильно, чтобы начала действовать паразитная индуктивность, и напряжение снова возросло.

Катушка индуктивности, так же, как и конденсатор, может накапливать и отдавать заряд.

Её главным параметром является индуктивность. Эта индуктивность влияет на реактивное сопротивление катушки, которое определяется по формуле:

Так же как и в случае с конденсатором, принцип работы катушки индуктивности проще всего рассмотреть с помощью фильтров.

Разница будет в том, что для фильтра высоких частот «на конденсаторе» выходное напряжение снимается с резистора, а для фильтра высоких частот «на катушке» выходное напряжение снимается с катушки.

Фильтры низких частот - наоборот

Фильтр «на конденсаторе» снимает выходное напряжение с конденсатора, фильтр «на катушке» снимает выходное напряжение с резистора.

Фильтр высоких частот «на катушке»

выглядит следующим образом:

На низкой частоте сопротивление катушки минимально, поэтому всё напряжение уходит на резистор. Но с ростом частоты растёт и сопротивление катушки, поэтому она начинает «отнимать» напряжение у резистора.

Фильтр низких частот «на катушке» выглядит следующим образом:

На низкой частоте сопротивление катушки минимально, поэтому всё напряжение уходит на резистор. Но с ростом частоты растёт и сопротивление катушки, поэтому она начинает «отнимать» напряжение у резистора.

У катушки индуктивности может быть два паразитных параметра

- паразитная емкость и паразитное сопротивление. Паразитное сопротивление на схеме изображается аналогично паразитному сопротивлению конденсатора:

Как и в случае с конденсатором, паразитное сопротивление создаёт некоторое «минимальное напряжение», которое присутствует даже тогда, когда реактивное сопротивление катушки равно нулю.

При низкой частоте сопротивление катушки практически равно нулю, то есть на неё не должно падать напряжение, но наличие паразитного сопротивления «притягивает» к себе минимальное напряжение, которое сохраняется до тех пор, пока сопротивление катушки не начнёт расти вместе с частотой.

Для того чтобы рассмотреть паразитную емкость катушки, необходимо познакомиться с таким объектом,

Как колебательный контур

Колебательный контур - это, по сути, электрическая цепь, в которой катушка и конденсатор замкнуты в кольцо:

В ранних примерах всегда использовалось правило «на большее падает большее», когда напряжение в большей степени падает там, где большее сопротивление.

Колебательный контур - исключение. Он действует по правилу «меньше меньшего». В колебательном контуре напряжение падает не туда, где сопротивление больше, а туда, где оно меньше.

В результате получается следующая схема:

В колебательном контуре мы должны наблюдать за изменением маленьких величин. На нулевой частоте сопротивление конденсатора максимально - на него напряжение не падает. Вместо этого оно падает на катушку индуктивности, у которой сопротивление минимально.

Частота растёт, а, значит, растёт и сопротивление катушки, поэтому напряжение следует за ней. При этом стоит помнить, что сопротивление конденсатора начинает падать.

Частота f0 называется частотой резонанса, именно на этой частоте сопротивление конденсатора падает достаточно сильно, чтобы сравняться с сопротивлением катушки.

После частоты резонанса, сопротивление катушки продолжает расти, а сопротивление конденсатора - падать. Не стоит забывать, что напряжение следует за тем сопротивлением, которое меньше. Т.к. теперь сопротивление конденсатора стремительно падает, напряжение начинает падать на конденсатор, а не катушку.

Возвращаясь к паразитным параметрам катушки индуктивности, теперь можно упомянуть паразитную емкость.

Паразитная емкость катушки индуктивности на схеме изображается следующим образом:

Таким образом, можно наблюдать, что паразитная емкость представляет собой не что иное, как колебательный контур. И именно из-за этого выходная характеристика катушки индуктивности с паразитной емкостью изменяется точно так же, как и выходная характеристика колебательного контура:

Если необходимо учитывать оба паразитных параметра катушки, схема изображается следующим образом:

Здесь также объединяются принципы, описанные для обоих паразитных параметров. Индуктивность и емкость взаимодействуют между собой как в колебательном контуре, а паразитное сопротивление создаёт минимальное напряжение, которое присутствует даже тогда, когда емкостное или индуктивное сопротивления равны нулю.

Размещено на Allbest.ru