Активное сопротивление резистора. Анализ цепи переменного тока с активным сопротивлением

Сопротивление одного и того же проводника для переменного тока будет больше, чем для постоянного.

Это объясняется явлением так называемого поверхностного эффекта, заключающегося в том, что переменный ток вытесняется от центральной части проводника к периферийным слоям. В результате плотность тока во внутренних слоях будет меньше, чем в наружных. Таким образом, при переменном токе сечение проводника используется как бы не полностью. Однако при частоте 50 Гц различие в сопротивлениях постоянному и переменному токам незначительно и практически им можно пренебречь.

Сопротивление проводника постоянному току называют омическим, а переменному току –активным сопротивлением.

Омическое и активное сопротивление зависят от материала (внутренней структуры), геометрических размеров и температуры проводника. Кроме того, в катушках со стальным сердечником на величину активного сопротивления влияют потери в стали (далее для самоподготовки).

К активным сопротивлениям относят электрические лампы накаливания, электрические печи сопротивления, различные нагревательные приборы, реостаты и провода, где электрическая энергия практически почти целиком превращается в тепловую.

Если цепь переменного тока содержит только резистор R лампа накаливания, электронагревательный прибор и т. д.), к которому приложено переменное синусоидальное напряжение и (рис. 1-5, а):

то ток i в цепи будет определяться значением этого сопротивления:

где — амплитуда тока; при этом ток i и напряжение и совпадают по фазе. Обе эти величины, как видно, можно изобразить на временной (рис. 1-5, б) и векторной (1-5, в) диаграммах. Теперь установим, как изменяется мощность в любой момент времени — мгновенная мощность, характеризующая собой скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии в данный момент времени

где IU — произведение действующих значений тока и напряжения.

Из полученного следует, что мощность в течение периода остается положительной и пульсирует с удвоенной частотой. Графически это можно представить так, как показано на рисунке 1-6. В этом случае электрическая энергия превращается необратимо, например, в теплоту независимо от направления тока в цепи.

Кроме мгновенного значения мощности различают еще среднюю мощность за период:

но так как второй интеграл равен нулю, то окончательно имеем:

Средняя за период мощность переменного тока называется активной мощностью, а соответствующее ей сопротивление — активным.

Средняя мощность и активное сопротивление связаны с безвозвратным преобразованием электрической энергии в другие виды энергии. Активное сопротивление электрической цепи не сводится только к

сопротивлению проводников, в которых электрическая энергия превращается в теплоту. Это понятие значительно шире, так как средняя мощность электрической цепи равна сумме мощностей всех видов энергии, полученной из электрической, на всех участках цепи (теплота, механическая и др.).

Из полученных соотношений следует, что

которое является математической записью закона Ома для цепи переменного тока с активным сопротивлением.

Полное сопротивление, или импеданс, характеризует сопротивление цепи переменному электрическому току. Данная величина измеряется в омах. Для вычисления полного сопротивления цепи необходимо знать значения всех активных сопротивлений (резисторов) и импеданс всех катушек индуктивности и конденсаторов, входящих в данную цепь, причем их величины меняются в зависимости от того, как меняется проходящий через цепь ток. Импеданс можно рассчитать при помощи простой формулы.

Формулы

1. Полное сопротивление Z = R или X L или X C (если присутствует что-то одно)
2. Полное сопротивление (последовательное соединение) Z = √(R 2 + X 2) (если присутствуют R и один тип X)
3. Полное сопротивление (последовательное соединение) Z = √(R 2 + (|X L — X C |) 2) (если присутствуют R, X L , X C)
4. Полное сопротивление (любое соединение) = R + jX (j – мнимое число √(-1))
5. Сопротивление R = I / ΔV
6. Индуктивное сопротивление X L = 2πƒL = ωL
7. Емкостное сопротивление X C = 1 / 2πƒL = 1 / ωL

Шаги

Часть 1

Вычисление активного и реактивного сопротивлений

Импеданс обозначается символом Z и измеряется в омах (Ом). Вы можете измерить импеданс электрической цепи или отдельного элемента. Импеданс характеризует сопротивление цепи переменному электрическому току. Есть два типа сопротивления, которые вносят вклад в импеданс:

• Активное сопротивление (R) зависит от материала и формы элемента. Наибольшим активным сопротивлением обладают резисторы, но и другие элементы цепи обладают небольшим активным сопротивлением.
• Реактивное сопротивление (X) зависит от величины электромагнитного поля. Наибольшим реактивным сопротивлением обладают катушки индуктивности и конденсаторы.

Сопротивление – это фундаментальная физическая величина, описываемая законом Ома: ΔV = I * R. Эта формула позволит вам вычислить любую из трех величин, если вы знаете две другие. Например, чтобы вычислить сопротивление, перепишите формулу так: R = I / ΔV. Вы также можете при помощи мультиметра.

• ΔV – это напряжение (разность потенциалов), измеряемое в вольтах (В).
• I – сила тока, измеряемая в амперах (А).
• R – это сопротивление, измеряемое в омах (Ом).

Реактивное сопротивление имеет место только в цепях переменного тока. Как и активное сопротивление, реактивное сопротивление измеряется в омах (Ом). Есть два типа реактивного сопротивления:

Вычислите индуктивное сопротивление. Это сопротивление прямо пропорционально быстроте изменения направления тока, то есть частоты тока. Эта частота обозначается символом ƒ и измеряется в герцах (Гц). Формула для расчета индуктивного сопротивления:

X L = 2πƒL , где L – индуктивность, измеряемая в генри (Гн).

Вычислите емкостное сопротивление. Это сопротивление обратно пропорционально быстроте изменения направления тока, то есть частоты тока. Формула для вычисления емкостного сопротивления: X C = 1 / 2πƒC . С – это емкость конденсатора, измеряемая в фарадах (Ф).

• Вы можете .
• Эту формулу можно переписать так: X C = 1 / ωL (объяснения см. выше).

Часть 2

Вычисление полного сопротивления

1. Если цепь состоит исключительно из резисторов, то импеданс вычисляется следующим образом. Сначала измерьте сопротивление каждого резистора или посмотрите значения сопротивления на схеме цепи.

   • Если резисторы соединены последовательно, то полное сопротивление R = R 1 + R 2 + R 3 …
   • Если резисторы соединены параллельно, то полное сопротивление R = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 …

2. Сложите одинаковые реактивные сопротивления. Если в цепи присутствуют исключительно катушки индуктивности или исключительно конденсаторы, то полное сопротивление равно сумме реактивных сопротивлений. Вычислите его следующим образом:

Сопротивление, оказываемое проводником проходящему на нему переменному току, называется активным сопротивлением

.

Если какой-либо потребитель не содержит в себе индуктивности и емкости (лампочка накаливания, нагревательный прибор), то он будет являться для переменного тока также активным сопротивлением.

Активное сопротивление зависит от частоты переменного тока, возрастая с ее увеличением.

Однако многие потребители обладают индуктивными и емкостными свойствами при прохождении через них переменного тока. К таким потребителям относятся трансформаторы, дроссели, электромагниты, конденсаторы, различного рода провода и многие другие.

При прохождении через них переменного тока необходимо учитывать не только активное, но и реактивное сопротивление , обусловленное наличием, в потребителе индуктивных и емкостных свойств его.

Активное сопротивление определяет действительную часть импеданса:

Где — импеданс, — величина активного сопротивления, — величина реактивного сопротивления, — мнимая единица.

Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или её участка, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие виды энергии(в тепловую энергию)

Реакти́вное сопротивле́ние — электрическое сопротивление, обусловленное передачей энергии переменным током электрическому или магнитному полю (и обратно).

Величина реактивного сопротивления может быть выражена через величины индуктивного и ёмкостного сопротивлений:

Величина полного реактивного сопротивления

Индуктивное сопротивление () обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции в элементе электрической цепи.

Ёмкостное сопротивление ().

Здесь — циклическая частота

Полное сопротивление цепи при переменном токе:

z =

√

r 2 + x 2

=

√

r 2 +(x L −x C) 2

Билет №12.

1. 1) Согласование генератора с нагрузкой — обеспечение требуемой величины активного эквивалентного сопротивления нагрузки генераторной лампы, R э, при всех возможных значениях входного сопротивления антенного фидера, которое зависит от его волнового сопротивления и коэффициента бегущей волны

(КБВ)

Согласование (в электронике) сводится к правильному выбору сопротивлений генератора (источника), линии передачи и приёмника (нагрузки). Идеального Согласование (в электронике) между линией и нагрузкой можно достичь при равенстве волнового сопротивления линии r полному сопротивлению нагрузки Zh = RH + j ХН, или при RH= r и XH= 0, где RH -активная часть полного сопротивления, XH — его реактивная часть. В этом случае в передающей линии устанавливается режим бегущих волн и характеризующий их коэффициент стоячей волны (КСВ) равен 1. Для линии с пренебрежимо малыми потерями электрической энергии Согласование и, благодаря ему, максимально эффективная передача энергии из генератора в нагрузку достигаются при условии, что полные сопротивления генератора Zr и нагрузки ZH являются комплексно-сопряжёнными, т. е. Zr = Z*H, или Rr = r = R Н =Xr- XH. В этом случае реактивное сопротивление цепи равно нулю, и соблюдаются условия резонанса, способствующие повышению эффективности работы радиотехнических систем (улучшается использование частотных диапазонов, повышается помехозащищенность, снижаются частотные искажения радиосигналов и т.п.). Оценку качества Согласование (в электронике) производят, измеряя коэффициент отражения и КСВ. Практически Согласование (в электронике) считают оптимальным, если в рабочей полосе частот КСВ не превышает 1,2-1,3 (в измерительных приборах 1,05). В отдельных случаях косвенными показателями Согласование (в электронике) могут служить реакции параметров генератора (частоты, мощности, уровня шумов) на изменение нагрузки, наличие электрических пробоев в линии, разогрев отдельных участков линии.

При таком режиме работы в приёмнике выделяется наибольшая мощность, равная половине мощности источника. В этом случае К.П.Д. =0,5. Такой режим используется в измерительных цепях, устройствах средств связи.

При передаче больших мощностей, например по высоковольтным линиям электропередач, работа в согласованном режиме, как правило, недопустима.

Активное сопротивление зависит от материала, сечения и температуры. Активное сопротивление обусловливает тепловые потери проводов и кабелей. Определяется материалом токоведущих проводников и площадью их сечения.

Различают сопротивление проводника постоянному току (омическое) и переменному току (активное). Активное сопротивление больше активного (R а > R ом) из-за поверхностного эффекта. Переменное магнитное поле внутри проводника вызывает противоэлектродвижущую силу, благодаря которой происходит перераспределение тока по сечению проводника. Ток из центральной его части вытесняется к поверхности. Таким образом, ток в центральной части провода меньше, чем у поверхности, то есть сопротивление провода возрастает по сравнению с омическим. Поверхностный эффект резко проявляется при токах высокой частоты, а также в стальных проводах (из-за высокой магнитной проницаемости стали).

Для ЛЭП, выполненных из цветного металла, поверхностный эффект на промышленных частотах незначителен. Следовательно, R а ≈ R ом.

Обычно влиянием колебания температуры на R а проводника в расчётах пренебрегают. Исключение составляют тепловые расчеты проводников. Пересчет величины сопротивления выполняют по формуле:

где R 20 – активное сопротивление при температуре 20 о;

текущее значение температуры.

Активное сопротивление зависит от материала проводника и сечения:

где ρ –удельное сопротивление, Ом мм 2 /км;

l – длина проводника, км;

F – сечение проводника, мм 2 .

Сопротивление одного километра проводника называют погонным сопротивлением:

где удельная проводимость материала проводника, км См/мм 2 .

Для меди γ Cu =53×10 -3 км См/мм2 , для алюминия γ Al =31.7×10 -3 км См/мм2 .

На практике значение r 0 определяют по соответствующим таблицам, где они указаны для t 0 =20 0 С.

Величина активного сопротивления участка сети рассчитывается:

R = r 0 ×l .

Активное сопротивление стальных проводов намного больше омического из-за поверхностного эффекта и наличия дополнительных потерь на гистерезис (перемагничивание) и от вихревых токов в стали:

r 0 = r 0пост + r 0доп,

где r 0пост – омическое сопротивление одного километра провода;

r 0доп – активное сопротивление, которое определяется переменным магнитным полем внутри проводника, r 0доп = r 0поверх.эф + r 0гистер. + r 0вихр.

Изменение активного сопротивления стальных проводников показано на рисунке 4.1.

При малых величинах тока индукция прямо пропорциональна току. Следовательно, r 0 увеличивается. Затем наступает магнитное насыщение: индукция и r 0 практически не изменяются. При дальнейшем увеличении тока r 0 уменьшается из-за снижения магнитной проницаемости стали (m ).

Емкостное и индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока
При включении конденсатора в цепь постоянного напряже­ния сила тока I=0, а при включении конденсатора в цепь пере­менного напряжения сила тока I ? 0. Следовательно, конденса­тор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.
Мгновенное значение напряжения равно  . Мгновенное значение силы тока равно:  Таким образом, колебания напряжения отстают от колебаний тока по фазе на π/2.
Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению, то для максимальных значений тока и напряжения получим: , где  — емкостное сопротивление.
Емкостное сопротивление не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты).
Чем больше частота переменного тока, тем лучше пропускает конденсатор ток (тем меньше сопротивление конденсатора переменному току).
Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна π/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и емкостной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.
Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока
В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, си­ла тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для этой же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи посто­янного напряжения.
Мгновенное значение силы тока:
Мгновенное значение напряжения можно установить, учиты­вая, что u = — εi, где u – мгновенное значение напряжения, а εi – мгновенное значение эдс самоиндукции, т. е. при изменении тока в цепи возникает ЭДС самоиндукции, которая в соответствии с законом электромагнитной индукции и правилом Ленца равна по величине и противоположна по фазе приложенному напряжению.
. Следовательно , где  амплитуда напряжения. Напряжение опережает ток по фазе на π/2.
Т.к. согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональная сопротивлению, то приняв величину ωL за сопротивление катушки переменному току, получим: — закон Ома для цепи с чисто индуктивной нагрузкой.
Величина  — индуктивное сопротивление.
Т.о. в любое мгновение времени изменению силы тока противодействует ЭДС самоиндукции. ЭДС самоиндукции — причина индуктивного сопротивления.
В отличие от активного сопротивления, индуктивное не является характеристикой проводника, т.к. зависит от параметров цепи (частоты): чем больше частота переменного тока, тем больше сопротивление, которое ему оказывает катушка.
Т.к. разность фаз между колебаниями тока и напряжения равна π/2, то мощность в цепи равна 0: энергия не расходуется, а происходит обмен энергией между источником напряжения и индуктивной нагрузкой. Такая нагрузка наз. реактивной.

Активное и реактивное сопротивление это

В электротехнике понятие сопротивления представляет собой величину, за счет которой определенная часть цепи может противодействовать электрическому току. Она образуется за счет изменения и перехода электроэнергии в другое энергетическое состояние. Данное явление присуще только переменному току, когда в сети образуется активное и реактивное сопротивление, выражающееся в необратимом изменении энергии или передаче этой энергии между отдельными компонентами электрической цепи.

В случае необратимых изменений электроэнергии сопротивление будет считаться активным, а при наличии обменных процессов – реактивным.

Основные различия между активным и реактивным сопротивлением

Когда электрический ток проходит через элементы с активным сопротивлением, происходят необратимые потери выделяемой мощности. Типичным примером служит электрическая плита, где в процессе работы происходят необратимые превращения электричества в тепловую энергию. То же самое происходит с резистором, в котором тепло выделяется, но обратно в электроэнергию не превращается.

Помимо резисторов, свойствами активного сопротивления обладают приборы освещения, электродвигатели, трансформаторные обмотки, провода и кабели и т.д.

Характерной особенностью элементов с активным сопротивлением являются напряжение и ток, совпадающие по фазе. Рассчитать этот параметр можно по формуле: r = U/I. На показатели активного сопротивления оказывают влияние физические свойства проводника – сечение, длина, материал, температура. Эти качества позволяют различать реактивное и активное сопротивление и применять их на практике.

Реактивное сопротивление возникает в тех случаях, когда переменный ток проходит через так называемые реактивные элементы, обладающие индуктивностью и емкостью. Первое свойство характерно для катушки индуктивности без учета активного сопротивления ее обмотки. В данном случае причиной появления реактивного сопротивления считается ЭДС самоиндукции. В зависимости от частоты тока, при ее возрастании, наблюдается и одновременный рост сопротивления, что отражается в формуле xl = wL.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от емкости. Оно будет уменьшаться при увеличении частоты тока, поэтому данное свойство широко используется в электронике для выполнения регулировочных функций. В этом случае для расчетов используется формула xc = 1/wC.

В электронике существует не только активное и реактивное, но и полное сопротивление цепи, представляющее собой сумму квадратов обоих сопротивлений. Этот параметр обозначается символом Z и отображается в виде формулы:

В графике это выражение выглядит в виде треугольника сопротивлений, где реактивное и активное сопротивление соответствуют катетам, а полное сопротивление или импеданс – гипотенузе.

Индуктивное сопротивление

Реактивное сопротивление подразделяется на два основных вида – индуктивное и емкостное.

При рассмотрении первого варианта следует отметить возникновение в индуктивной обмотке магнитного поля под действием переменного тока. В результате, в ней образуется ЭДС самоиндукции, направленной против движения тока при его росте, и по ходу движения при его уменьшении. Таким образом, при всех изменениях тока и наличии взаимосвязей, ЭДС оказывает на него противоположное действие и приводит к созданию индуктивного сопротивления катушки.

Под влиянием ЭДС самоиндукции энергия магнитного поля обмотки возвращается в электрическую цепь. То есть, между источником питания и обмоткой происходит своеобразный обмен энергией. Это дает основание полагать, что катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением.

В качестве типичного примера можно рассмотреть действие реактивного сопротивления в трансформаторе. Данное устройство имеет общий магнитопровод, с расположенными на нем двумя обмотками или более, имеющими общую зависимость. На одну из них поступает электроэнергия из внешнего источника, а из другой выходит уже трансформированный ток.

Под действием первичного тока, проходящего по катушке, в магнитопроводе и вокруг него происходит наведение магнитного потока. В результате пересечения витков вторичной обмотки, в ней формируется вторичный ток. При невозможности создания идеальной конструкции трансформатора, магнитный поток будет частично уходить в окружающую среду, что приведет к возникновению потерь. От них зависит величина реактивного сопротивления рассеяния, которая совместно с активной составляющей образуют комплексное сопротивление, называемое электрическим импедансом трансформатора.

Емкостное сопротивление

В цепи, содержащей емкость и источник переменного тока происходят изменения заряда. Такой емкостью обладают конденсаторы, обладающие максимальной энергией при полном заряде. Напряжение емкости создает сопротивление, противодействующее течению переменного тока, которое считается реактивным. В результате взаимодействия, конденсатор и источник тока постоянно обмениваются энергией.

В конструкцию конденсатора входят токопроводящие пластины в количестве двух и более штук, разделенных слоями диэлектрика. Такое разделение не позволяет постоянному току проходить через конденсатор. Переменный ток может проходить через емкостное устройство, отклоняясь при этом от своей первоначальной величины.

Изменения переменного тока происходят под влиянием емкостного сопротивления. Чтобы лучше понять схему работы, найдем и рассмотрим принцип действия данного явления. Переменное напряжение, приложенное к конденсатору, изменяется в форме синусоиды. Под его воздействием на обкладках наблюдается всплеск, одновременно здесь накапливаются заряды электроэнергии с противоположными знаками. Их общее количество ограничено емкостью устройства и его габаритами. Чем выше емкость устройства, тем больше времени требуется на зарядку.

В момент изменения полупериода колебания, напряжение на обкладках конденсатора меняет свою полярность на противоположное значение, потенциалы также изменяются, а заряды пластин перезаряжаются. За счет этого удается создать течение первичного тока и находить способ противодействовать его прохождению, при уменьшении величины и сдвиге угла. Зарядка обкладок позволяет току, проходящему через конденсатор, опережать напряжение на 90 0 .

Компенсация реактивной мощности

С помощью электрических сетей осуществляется передача электроэнергии на значительные расстояния. В большинстве случаев она используется для питания электродвигателей, имеющих высокое индуктивное сопротивление и большое количество резистивных элементов. К потребителям поступает полная мощность, которая делится на активную и реактивную. В первом случае с помощью активной мощности совершается полезная работа, а во втором – происходит нагрев трансформаторных обмоток и электродвигателей.

Под действием реактивной составляющей, возникающей на индуктивных сопротивлениях, существенно понижается качество электроэнергии. Противостоять ее вредному воздействию помогает комплекс мероприятий по компенсации с использованием конденсаторных батарей. За счет емкостного сопротивления удается понизить косинус угла φ.

Компенсирующие устройства применяются на подстанциях, от которых электричество поступает к проблемным потребителям. Этот способ дает положительные результаты не только в промышленности, но и на бытовых объектах, снижая нагрузку на оборудование.

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, равно активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Сопротивлением в электротехнике называют такую величину, которая характеризует противодействие отдельность части электрической сети или ее элементов электрическому току. Это основано на том, что сопротивление изменяет электрическую энергию и конвертирует ее в другие типы. Например, в сетях с переменных электротоком происходят необратимые изменения энергии и ее передача между участниками этой электроцепи.

Сопротивление как физическую величину трудно переоценить, так как она является одной из ключевых характеристик электричества в сети и прямо или пропорционально определяет силу тока и напряжение. Этот материал познакомит с такими понятиями как: активное сопротивление и реактивное сопротивление в цепи переменного тока, как проявляется зависимость активного сопротивления от частоты.

Какое сопротивление называется реактивным, какое активным

Активное электросопротивление — это важный параметр электрической сети, который обуславливает превращение электрической энергии, поступающей в участок электроцепи или в отдельный элетроэлемент в любой другой тип энергии: химическую, механическую, тепловую, электромагнитную. Процесс превращения при этом считаю необратимым.

Реактивное сопротивление по-другому называется реактансом и представляет собой сопротивляемость элементов электроцепи, которые вызывается измерением силы электротока или напряжения из-за имеющейся емкости или индуктивности этого элемента. При реактансе происходит обменный процесс между отдельным компонентом сети и источником энергии. Часто это понятие относят к простому электрическому сопротивлению, однако оно отличается некоторыми моментами.

Какие отличия

Отличия этих типов электросопротивления в том, что «внутри» активностного типа энергия не накапливается, так как она попадает в активностый элемент и отдается окружающей среде в виде другого ее типа. Это может быть тепло или механическое поднятие груза, свечение, химическая реакция, задание чему-либо скорости.

Важно! Преданная электроэлементу с активностным электросопротивлением энергия преображается и конвертируется, но не возвращается в сеть.

Сопротивляемость же реактивная, наоборот, копит энергию внутри себя за ¼ всего периода синусоидального электротока, а за следующую четверть возвращает ее обратно в сеть. То есть, в окружающую среду полученная энергия не передается.

В активностном типе фазы электрических токов и напряжения совпадают, следовательно, выделяется некоторое количество электроэнергии. В реактивном виде фазы электротока и напряжения расходятся, поэтому энергия передается обратно. Это во многом объясняет то, что активностные электроэлементы нагреваются, а реактивные — нет.

От чего зависит активное сопротивление

Активное электросопротивление зависит от сечения проводника. Это значит, что полезным сечением при электротоке с высокой частотой будет только тонкий наружный слой проводника. Из этого исходит также то, что активностное электросопротивление только возрастает с увеличением частоты электротока переменного типа.

Для того чтобы уменьшить поверхностный эффект проводника, по которому течет электроток высокой частоты, его изготавливают трубчатым и покрывают напылением металла, хорошо проводящего электрический ток, например, серебром.

В чем измеряется реактивное сопротивление

Само по себе, явление реактанса характерно только для цепей с электрическим током переменного типа. Обозначается оно латинской буквой «X» и измеряется в Омах. В отличие от активностного варианта, реактанс может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Знак «+» или «-» соответствует знаку, по которому сдвигается фаза электротока и напряжения. Знак положительный, когда ток отстает от напряжения и отрицателен, когда кот опережает напряжение.

Важно! Абсолютно чистое реактивное электросопротивление имеет сдвиг фазы на ± 180/2. То есть, фаза «двигается» на π/2.

Как правильно измерять сопротивление

При работе с радиоаппаратурой иногда требуется измерять не только активностное, но и реактивное электросопротивление (индуктивность и емкость). Для измерений применяют косвенный метод использования мультиметра, а более точные значения получают при мостовом методе.

Косвенный метод наиболее прост в своей реализации, так как не требует дополнительных схем включения. Одна требуется наличие трех отдельных приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра. Если измерить напряжение и силу электротока в цепи, то можно получить полное электросопротивление: Z=U*I После измерения активностной мощности P, можно получить величину активного сопротивления отдельного элемента: R= P/I².

Области проявления

Реактанс электросопротивления проявляется в емкости и индукции. Первое обуславливается наличием емкости проводниках и обмотках или включением в электрическую цепь переменного тока различных конденсаторов. Чем выше емкость потребителя и угловой частоты сигнала электротока, тем меньше емкостная характеристика.

Сопротивляемость, которую оказывает проводник переменному току и электродвижущей силе самоиндукции, называется индуктивным. Оно зависит от индуктивности потребителя. Чем выше его индуктивность и выше частота переменного электротока, тем выше индуктивное электросопротивление. Выражается оно формулой: xl = ωL, где xl — это электросопротивление индукции, L — индуктивность, а ω — угловая частота тока.

Емкостный реактанс электросопротивление проявляется, например, в конденсаторе, который накапливает электроэнергию в виде электромагнитного поля между своими обкладками. Индуктивное электросопротивление можно наблюдать в дросселе, который накапливает энергию в виде магнитного поля внутри своей обмотки.

Активностным же электросопротивлением может обладать любой резистор, линии электропередач, обмотки трансформатора или электрического двигателя.

Таким образом, активный резист и реактанс во многом отличаются друг от друга не только разницей по названию, но и по физическим свойствам. Первый вид превращает электроэнергию в другой вид и отдает ее в окружающую среду. Второй же — возвращает ее обратно в электросеть.

Что такое индуктивное сопротивление в цепи постоянного тока

Переменный ток. Индуктивное сопротивление.

Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока — это реактивная часть сопротивления, определяемая индуктивностью элементов цепи.
Считается, что элементы цепи, для которых средняя мощность переменного тока равна нулю, обладают реактивным сопротивлением (в отличие от обычного активного сопротивления R, на котором происходит выделение энергии).

Катушка индуктивности (соленоид) при отсутствии сопротивления R ее провода обладает только индуктивным сопротивлением.

Для определения формулы индуктивного сопротивления найдем ЭДС самоиндукции такой катушки в цепи переменного тока, меняющегося по гармоническому синусоидальному закону I = Imsinωt.

ЭДС са­моиндукции катушки еi равна по величине и противоположна по направ­лению напряжению u на ее концах, взятому с обратным знаком:

Учитывая, что u = — еi, из данного равенства получим:

Следовательно, колебания напряжения на катушке опережают колеба­ния силы тока на π/2.

Вследствие этого в среднем за период не происходит ни накопления, ни диссипации энергии в катушке. Дважды за период энергия накачивается внутрь катушки (это энергия магнитного по­ля) и дважды возвращается обратно источнику. Амплитуда силы тока равна:

.

Величина ωL = ХL и есть индуктивное сопротивление. Как и в случае с емкостным сопротивлением, индуктивное сопротивление XL, действующее значение силы тока и действующее значе­ние напряжения связаны соотношением, подобным закону Ома для цепи постоянного тока:

.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты. Чем больше частота, тем больше индуктивное сопротивление, тем меньше ток.

Источник



Векторная диаграмма индуктора переменного тока

Эти формы напряжения и тока показывают, что для чисто индуктивной цепи ток отстает от напряжения на 90 o . Также можно сказать, что напряжение опережает ток на 90 o . В любом случае общее выражение заключается в том, что ток отстает, как показано на векторной диаграмме. Здесь вектор тока и вектор напряжения показаны смещенными на 90 o . Ток отстает от напряжения .

Мы можем также написать это заявление как, V L= 0 ö и I L= -90 о по отношению к напряжению, V L . Если форма волны напряжения классифицируется как синусоида, то ток I L можно классифицировать как отрицательный косинус, и мы можем определить значение тока в любой момент времени как:

Индуктивное сопротивление

В радиотехнике часто приходится сталкиваться с индуктивным сопротивлением. Его источником являются катушки. Они представляют собой двухполюсник, намотанный медным эмалированным проводом (обычно это ПЭТВ) на ферритовый или железный сердечник. Подобные детали встречаются в широком перечне оборудования: от древних советских радиоприёмников до материнских плат ПК последних моделей.

Формулы, зависимости и виды индуктивности

Электрическая индуктивность L – это величина, равная коэффициенту пропорциональности между током I, протекающим в замкнутом контуре, и создаваемым им магнитным потоком, иначе называемым потокосцеплением Y:

Если к выводам катушки на некоторое время приложить напряжение, то в ней начнёт протекать ток I и формироваться магнитное поле. Чем меньше индуктивность L, тем быстрее протекает данный процесс. В итоге рассматриваемый двухполюсник накопит некоторое количество потенциальной энергии. При отключении питания он будет стремиться её вернуть. В результате на выводах катушки образуется ЭДС самоиндукции E, которая многократно превышает изначально приложенное напряжение. Подобная технология ранее использовалась в магнето систем зажигания ДВС, а сейчас широко встречается в повышающих DC-DC преобразователях.

Катушка (она же – дроссель) – это радиодеталь с ярко выраженной индуктивностью, ведь именно для этого её и создавали. Однако подобным свойством обладают в принципе все элементы. Например, конденсатор, резистор, кабель, просто кусок провода и даже тело человек также имеют некоторую индуктивность. В расчетах ВЧ схем это обязательно принимается во внимание.

Важно! Проводя измерение индуктивности специализированным прибором, стоит помнить, что нельзя держаться руками за оба его вывода. В противном случае показания могут измениться и будут неверными. Вызвано это включением в измеряемую цепь тела человека с его собственной индуктивностью.

Сопротивление катушки переменному току

Гораздо интереснее дела обстоят с индуктивностью в контуре переменного тока. Любая катушка содержит в себе две составляющие сопротивления:

1. Активную;
2. Индуктивную.

При постоянном токе учитывается только первый фактор, а при переменном – оба. Формула индуктивного сопротивления XL катушки имеет следующий вид:

где:

• p = 3.14;
• f – частота переменного тока, Гц;
• L – индуктивность катушки, Гн.

Полное сопротивление катушки Z, называемое импедансом, определяется, исходя из активной R и индуктивной XL составляющих.

Важно! Если катушка установлена в печатную плату, то для проверки её следует отпаять. В таком случае индуктивность будет измеряться независимо от других компонентов, что существенно повысит точность показаний прибора.

Питание от сети переменного тока серии LR

До сих пор мы рассматривали чисто индуктивную катушку, но невозможно иметь чистую индуктивность, поскольку все катушки, реле или соленоиды будут иметь определенное сопротивление, независимо от того, насколько мало связано с витками используемого провода. Тогда мы можем рассматривать нашу простую катушку как последовательное сопротивление с индуктивностью (LR).

В цепи переменного тока, которая содержит как индуктивность L и сопротивление R, напряжение V будет векторная сумма двух компонентов напряжения, V Rи V L . Это означает, что ток, протекающий через катушку еще будет отставать от напряжения, но на величину меньше чем 90 ö в зависимости от значений V Rи V L .

Новый фазовый угол между напряжением и током известен как фазовый угол цепи и обозначается греческим символом фи, Φ .

Чтобы получить векторную диаграмму зависимости между напряжением и током, необходимо найти эталонный или общий компонент. В последовательно соединенной цепи RL ток является общим, так как один и тот же ток течет через каждый компонент. Вектор этой эталонной величины обычно рисуется горизонтально слева направо.

Из наших руководств о резисторах и конденсаторах, мы знаем, что ток и напряжение в цепи переменного резистивного тока, оба «в фазе» и, следовательно, вектор V R рисуется с наложением на текущую или контрольную линию.

Из вышесказанного также известно, что ток «отстает» от напряжения в чисто индуктивной цепи и, следовательно, вектор V L отображается на 90 o перед опорным током и в том же масштабе, что и V R, это показано ниже.

Расчёт индуктивного сопротивления катушки

Любая индуктивность, в т.ч. катушка, оказывает переменному току некоторое сопротивление. Как его рассчитать, было описано выше. Из формулы XL=2pfL видно, что сопротивление дросселя в первую очередь зависит от частоты протекающего по нему тока и его индуктивности. При этом с обоими параметрами связь прямо пропорциональная.

Частота – это характеристика внешней среды, индуктивность катушки зависит от ряда её геометрических свойств:

где:

• u0 – магнитная проницаемость вакуума — 4p*10-7 Гн/м;
• ur – относительная проницаемость сердечника;
• N – количество витков дросселя;
• S – его поперечное сечение в м2;
• l – длина катушки в метрах.

Введение

Итак, мы рассмотрели поведение индукторов, подключенных к источникам постоянного тока, и, надеюсь, теперь мы знаем, что когда на индуктор подается постоянное напряжение, рост тока через него происходит не мгновенно, а определяется индуктором, индуцированным самим индуктором или обратным значением ЭДС.

Также мы видели, что ток индукторов продолжает расти, пока не достигнет своего максимального установившегося состояния после пяти постоянных времени. Максимальный ток, текущий через индукционную катушку ограничиваются только резистивной частью катушек обмотки в омах, и как мы знаем из закона Ома, это определяется отношением напряжения к току V / R .

Когда переменное напряжение подается на катушку индуктивности, поток тока через него ведет себя совершенно иначе, чем при приложении постоянного напряжения. Эффект синусоидального питания приводит к разности фаз между напряжением и формами тока. Теперь в цепи переменного тока противодействие току, протекающему через обмотки катушек, зависит не только от индуктивности катушки, но и от частоты сигнала переменного тока.

Сопротивление току, протекающему через катушку в цепи переменного тока, определяется сопротивлением переменного тока, более известным как полное сопротивление (Z) цепи. Но сопротивление всегда связано с цепями постоянного тока, поэтому, чтобы отличить сопротивление постоянного тока от сопротивления переменного тока, обычно используется термин «реактивное сопротивление» .

Как и сопротивление, значение реактивного сопротивления также измеряется в омах, но ему присваивается символ X (заглавная буква «X»), чтобы отличить его от чисто резистивного значения.

Поскольку интересующий нас компонент является индуктором, реактивное сопротивление индуктора поэтому называется «Индуктивное реактивное сопротивление». Другими словами, электрическое сопротивление индуктивности при использовании в цепи переменного тока называется индуктивным сопротивлением .

Индуктивное сопротивление, которому дается символ X L , является свойством в цепи переменного тока, которое противодействует изменению тока. В наших уроках о конденсаторах в цепях переменного тока мы видели, что в чисто емкостной цепи ток I C «опережает» напряжение на 90 o . В чисто индуктивной цепи переменного тока верно обратное: ток I L отстает от напряжения на 90 o или (π / 2 рад).

Где применяется катушка (дроссель, индуктивность)

Дроссели имеют примитивную конструкцию: просто намотанный витками на каком-либо сердечнике проводник. В то же время в таком приборе нечему ломаться. Также у дросселей широчайший функционал и десятки применений. Из всего этого следует, что в какой бы точке города ни находился человек, в радиусе 1 км от него всегда будут тысячи катушек индуктивности, настолько они распространены.

Катушка как электромагнит

Самое простое применение катушки – это электромагнит. С подобным применением каждый сталкивается, заходя в подъезд. Сила, удерживающая дверь на месте и препятствующая несанкционированному доступу чужака, берётся из электромагнита. Он находится сверху.

Электрический ток, проходя по виткам катушки, создаёт вокруг неё переменное электромагнитное поле. Оно возбуждает в металлическом «бруске», расположенном на двери, вихревые токи, которые так же создают магнитное поле. В результате получаются два управляемых магнита. Они притягиваются друг к другу. Тем самым дверь надёжно удерживается на месте.

Другое применение электромагнитов в быту – индукционные плиты. Катушка наводит в металлической посуде переменный высокочастотный ток. Он, в свою очередь, своим тепловым действием разогревает кастрюлю. В промышленности нечто подобное используется для разогрева и плавки металлов. Только в таком случае применяются на порядки более высокие мощности и другие частоты тока.

Индуктивность как фильтр

Импульсные блоки питания, электрические двигатели и диммеры для регулировки яркости ламп накаливания выбрасывают в сеть большое количество искажений и помех. Вызвано это неравномерностью потребляемого тока. Для борьбы с подобными сетевыми шумами применяются специальные фильтры на основе конденсаторов и дросселей.

Данный узел представляет собой небольшую катушку из медного эмалированного провода диаметром 0,2-2 мм. Обмотка наматывается на ферритовый сердечник. Чаще всего он изготовлен в форме кольца, немного реже встречаются так называемые «гантельки».

Подобные фильтры имеются в компьютерных блоках питания, компактных люминесцентных лампах (иногда не ставят, экономят), на выходах сварочных инверторов.

Также фильтр может быть звуковым. Его задача – срезать определённый диапазон частот. Индуктивные свойства этого прибора таковы, что он хорошо проводит низкие частоты, а высокие – приглушает. Поэтому дроссели используют для того, чтобы до динамиков дошёл только бас. По факту ослаблено будут слышны и другие частоты. Для более эффективной работы фильтра нужны дополнительные детали: конденсаторы и операционные усилители.

Катушка как источник ЭДС

Китайская промышленность удивила школьников 2000-х новой игрушкой – вечным фонариком. Его не нужно было заряжать. Фонарик работал от катушки индуктивности, около которой под действием движения рук перемещался магнит. Он наводил в обмотке переменную ЭДС, которая питала осветительный прибор.

Подобное явление объясняется законом электромагнитной индукции. Если проводник (рамка) находится в переменном электромагнитном поле, то в нём начинает наводиться электродвижущая сила. Иными словами, появляется напряжение.

Закон этот совсем неигрушечный, ведь он используется в работе генераторов на подавляющем большинстве электростанций, в том числе любые ТЭЦ, ГЭС, АЭС и ветряки. По подобному принципу работают динамомашины, питающие фары велотранспорта.

Две катушки – трансформатор

Ещё одно распространённое применение – это электрический трансформатор. Конструктивно он состоит из двух и более катушек, расположенных на одном железном или ферритовом сердечнике. Подобный агрегат работает только с переменным напряжением. Если на первичную обмотку подать ток, то он создаст в сердечнике магнитный поток. Он, в свою очередь, наведёт ЭДС во вторичной обмотке. Напряжения во входной и выходной катушках прямо зависят от количества их витков.

Таким образом, можно трансформировать 220 В из розетки в 12 В, необходимых для питания небольшой стереосистемы, или преобразовать 10 000 вольт в 220 для передачи от подстанции к жилым домам. Подобным методом можно добиться и повышения напряжения, т.е. превратить 12 В обратно в 220.

Катушка индуктивности

Он представляет собой изолированный провод, многократно намотанный вокруг сердечника.

Обычно каркас имеет цилиндрическую или тороидальную форму.

Индуктивность рассматривается в качестве основной характеристики катушки. Это качество выражает способность элемента осуществлять преобразование переменного тока в магнитное поле.

Важно! Магнитные свойства существуют даже у одиночного провода, при условии, что изменяется проходящий через него ток. Воздействие поля направлено так, чтобы противодействовать его изменению. Если он будет увеличиться, поле будет его тормозить, а если ослабевать — усиливать.

Катушки индуктивности

Определение направления силовых линий подчиняется «правилу большого пальца»: если у сжатой в кулак руки большой палец указывает в направлении изменения силы тока, то сомкнутые пальцы подсказывают направление силовых линий поля.

Таким образом в том случае, если провод многократно намотан на цилиндрическое основание, то силовые линии от разных витков складываются и проходят через ось.

Для того, чтобы многократно увеличить индуктивность, в центр цилиндра помещают сердечник из ферромагнитного материала.

Что такое индуктивное сопротивление в цепи постоянного тока

Если в электрическую цепь включить индуктивность, то она будет препятствовать мгновенному появлению полного тока в отличие от резистора. Здесь для примера R = 3Ома, L = 0,1Гн. В момент включения сопротивление катушки будет велико и она возьмет на себя все напряжение источника, а ток будет нулевым. Постепенно сопротивление катушки будет уменьшаться, напряжение на ней будет также уменьшаться, а ток через нее возрастать. В конце концов сопротивление катушки станет почти нулевым, а ток максимамальным и его величина будет ограничена лишь резистором R, выполняющим в данном случае роль ограничительно сопротивления в тот момент, когда сопротивление катушки станет нулевым, чтобы не возникло короткого замыкания. Это явление получило название самоиндукции. Она препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении. Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав цепь из катушки, резистора и двух ламп(рис.2а). Резистор должен иметь такое же сопротивление, как и провод катушки. Опыт покажет, что при замыкании цепи лампа, включенная последовательно с катушкой, загорить позже, чем включенная с резистором. Нарастанию тока будет препятствовать явление самоиндукции, рассмотренная на рис.2. При отключении вспыхнут обе лампы. Резкому убыванию тока будет препятствовать все та же самоиндукция.

Емкость в цепи переменного тока

Полное сопротивление

При подаче на конденсатор постоянного напряжения он постепенно зарядится до максимальной разности потенциалов на его обкладках. После этого ток через электронный компонент прекратится и, не считая ничтожной утечки, будет равняться нулю. Поэтому в цепи постоянного тока конденсатор имеет огромное сопротивление. При расчетах его величину принимают равной бесконечности.

Реактивное сопротивление имеет вполне исчисляемое значение. Его можно измерить с помощью осциллографа, генератора и постоянного резистора. Для этого потребуется собрать схему. В ней конденсатор образует с резистором делитель напряжения. С помощью осциллографа будет измеряться потенциал, который образуется на выводах ёмкости.

Для данной схемы вычисления имеют следующий вид.

Формула косвенного измерения

Здесь:

• Ur – разность потенциалов на резисторе, В;
• Uc – напряжение на обкладках, В;
• R – сопротивление резистора, ом;
• Xc – сопротивление ёмкости, ом;
• I – ток, протекающий в цепи, А.

Косвенное измерение

Важно! Электрический кабель также обладает ёмкостью. Поэтому после снятия напряжения на нём остаётся некоторый заряд. Данное явление опасно для человека, особенно, если проводник до отключения находился под потенциалом 1000 В и выше.

Емкостной элемент в цепи постоянного тока

Протекание тока в электрической цепи, содержащей индуктивность, сопровождается возникновением магнитного поля в окружающей среде. Магнитному полю присуща энергия, равная работе, совершаемой электрическим током I в процессе создания поля и численно равная W = LI ² /2.

В электрической цепи, содержащей емкостной элемент, электрические заряды могут не только перемещаться по ее элементам, но также накапливаться в них, создавая запас энергии W = CU ² /2.

Наиболее часто емкостные и индуктивные элементы применяются в электрических схемах в качестве всевозможных частотных фильтров и колебательных контуров.

Источник

Активное и индуктивное сопротивление

Различные факторы играют важную роль для вычисления потерь в линиях транспортировки электрической энергии. Для постоянного тока вполне хватает стандартных данных об омическом сопротивлении. А вот для цепей переменной разновидности необходимо учитывать активное и индуктивное сопротивление в сочетании с емкостной проводимостью токопроводников.

Можно воспользоваться для вычислений специальными таблицами. В них представлены с большой точностью различные варианты для выполнения расчетов в сетях переменного тока. Но, чтобы быстро разобраться в специфике представленных характеристик, желательно знать природу подобного явления и его основные характеристики.

Треугольник сопротивления

В цепи постоянного тока отношение напряжения к току называется сопротивлением. Однако в цепи переменного тока это отношение известно как полное сопротивление Z с единицами измерения в омах. Полное сопротивление — это полное сопротивление току в «цепи переменного тока», содержащее как сопротивление, так и индуктивное сопротивление.

Если мы разделим стороны треугольника напряжения выше на ток, получим еще один треугольник, стороны которого представляют сопротивление, реактивное сопротивление и полное сопротивление катушки. Этот новый треугольник называется «Треугольник сопротивления».

Особенности активного сопротивления

В общем виде данный параметр выглядит, как противодействие определенного участка цепи проходящему по нему току. Полученная в результате такого процесса величина участвует в преобразовании энергии и ее переходе в какое-то другое состояние.

Важно! Это явление наблюдается исключительно в ситуациях с переменным током. Только он способен образовывать в кабелях оба вида противодействия.

Величина активного сопротивления обусловлена эффектом поверхностного типа. Наблюдается процесс своеобразного перемещения тока от центра к поверхности проводника. Сечение кабеля используется не полностью, а возникающее противодействие будет значительно превышать аналогичный омический показатель.

Индуктивное сопротивление

Созданное в ходе передачи энергии переменное магнитное поле становится источником реактивного сопротивления подобного вида. Индуктивный вариант в основном зависит от характеристик проходящего тока, диаметра и расстояния между проводами.

Само сопротивление обычно классифицируют следующим образом:

• зависящее от параметров тока и материала — внутреннее;
• обусловленное геометрическими особенностями линии — внешнее. В этом случае данный показатель будет постоянной величиной, не зависящей от каких-либо других факторов.

Заводы по производству кабельной продукции всегда указывают в своих каталогах информацию об индуктивном сопротивлении.

Данный параметр обычно определяется следующим выражением:

в котором индуктивный показатель для 1 км провода – , а L – протяженность.

Х километрового участка рассчитывается по следующей формуле:

Где: Dср – расстояние среднее по центральной оси имеющихся проводов, мм; d – диаметр рабочего токопроводника, мм; μт –относительная магнитная проницаемость.

Принцип действия индуктивного сопротивления линий

Именно индуктивность признана главной характеристикой для катушек наряду с аналогичным показателем для их обмоток. R реактивного вида, проявляющееся под действием самоиндукционной ЭДС, растет в прямой пропорции с частотой тока.

Реактивная и активная составляющие обуславливают полное сопротивление, которое можно представить в виде суммы квадратов каждого показателя.

Оперативно справиться с поставленной задачей по расчету номинальных показателей помогут специальные таблицы. В них для самых распространенных проводников приведены все главные характеристики. Но на практике часто требуется узнать Х для участка с конкретной протяженностью. В этом случае главным инструментом является уже приводившееся выражение

Глава 16. Индуктивные цепи переменного тока . Введение в электронику

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать фазовое соотношение между током и напряжением в индуктивной цепи переменного тока.

• Дать определение индуктивного сопротивления в цепи переменного тока.

• Дать определение импеданса и рассказать о его влиянии на индуктивные цепи.

• Описать, как индуктивно-резистивная цепь может быть использована для фильтрации и сдвига фаз.

• Объяснить, как работают фильтры верхних и нижних частот на индуктивных цепях.

Катушки индуктивности, как и конденсаторы, препятствуют прохождению тока в цепях переменного тока. Большое количество электронных цепей состоит из катушек индуктивности и резисторов.

16-1. ИНДУКТИВНОСТЬ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Катушки индуктивности противодействуют протеканию тока в цепях переменного тока. Когда к катушке индуктивности приложено переменное напряжение, она создает магнитное поле. Изменение полярности приложенного напряжения приводит к расширению или сжатию магнитного поля. Магнитное поле в свою очередь индуцирует напряжение в витках катушки, которое называется электродвижущей силой (э.д.с.) самоиндукции. Чем больше индуктивность, тем больше э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. самоиндукции сдвинута по фазе на 180 градусов относительно приложенного напряжения (рис. 16-1) и противодействует приложенному напряжению. Это противодействие так же эффективно уменьшает ток, как и резистор.

Рис. 16-1. В индуктивной цепи приложенное напряжение и индуцированное напряжение сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов.

Величина напряжения, индуцируемого катушкой индуктивности, зависит от скорости изменения магнитного поля. Чем быстрее магнитное поле расширяется и сжимается, тем больше индуцируемое напряжение. Общее эффективное напряжение на катушке индуктивности равно разности приложенного и индуцированного напряжений.

Индуцированное напряжение всегда меньше, чем приложенное напряжение.

На рис. 16-2 показано фазовое соотношение между током и приложенным напряжением. Заметим, что в чисто индуктивной цепи ток отстает от приложенного напряжения на 90 градусов.

Рис. 16-2. В индуктивной цепи переменного тока ток отстает по фазе от приложенного напряжения.

Противодействие, которое оказывает катушка индуктивности току в цепи переменного тока, называется индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление измеряется в омах. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности и частоты приложенного напряжения. Чем больше индуктивность, тем больше создаваемое ею магнитное поле и тем больше противодействие току.

Аналогично, чем выше частота, тем больше противодействие току.

Индуктивное сопротивление обозначается символом X_L.

Индуктивное сопротивление определяется формулой:

Х_L = 2πfL

где π = 3,14, f — частота в герцах, L — индуктивность в генри.

_{ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 60 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,15 Гн}

_{ХL =?} 

_{Решение:}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(60)(0,15)}

_{ХL = 56,52 Ом.}

_{ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 400 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 400 Гц; L = 0,15 Гн}

_ХL =? 

_{Решение:}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(400)(0,15)}

_{ХL = 376,80 Ом.}

Заметим, что индуктивное сопротивление увеличивается при увеличении частоты.

Закон Ома применяется к индуктивному сопротивлению в цепях переменного тока точно так же, как он применяется к резисторам. Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока прямо пропорционально приложенному напряжению и обратно пропорционально току. Это соотношение выражается следующей формулой:

I = E/X_L

_{ПРИМЕР: Какой ток течет через катушку индуктивности 250 миллигенри, когда к ней приложено напряжение 12 вольт с частотой 60 герц?}

_Дано:

_{π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,25 Гн; E = 12 B}

_{I =?; ХL =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем индуктивное сопротивление (XL)}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(60)(0,25)}

_{ХL = 94,20 Ом}

_{Используя XL, найдем ток (I).}

_{I = E/ХL = 12/94,2}

_{I = 0,127 А или 127 мА.}

_{ПРИМЕР: Какое напряжение нужно приложить для того, чтобы через дроссель индуктивностью 15 миллигенри шел ток 10 миллиампер при частоте 400 герц?}

_Дано:

_{π = 3,14; f = 400 Гц; L = 0,015 Гн; I = 0,01 A}

_{E =?; ХL =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем индуктивное сопротивление (XL)}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(400)(0,015)}

_{ХL = 37,68 Ом}

_{Используя XL, найдем напряжение (Е).}

_{I = E/ХL} 

_{0,01 = E/37,68} 

 _{E = 0,38 B} 

_{ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки, по которой течет ток 120 миллиампер при приложенном напряжении 120 вольт?}

_Дано:

_{I = 0,12 A; E = 120 В}

_ХL =?

_{Решение:}

_{I = E/ХL} 

_{0,12 = 120/ХL} 

 _{ХL = 1000 Ом} 

Импедансом цепи, содержащей индуктивность и сопротивление, называется общее противодействие току, оказываемое и индуктивностью, и резистором. Вследствие наличия сдвига фаз, обусловленного наличием индуктивности, индуктивное сопротивление и сопротивление резистора нельзя просто сложить. Импеданс является векторной суммой индуктивного сопротивления и сопротивления резистора в цепи. Импеданс измеряется в омах и обозначается буквой Z. Импеданс можно определить с помощью закона Ома следующим образом:

I = E/Z

Наиболее распространенная индуктивная цепь состоит из резистора и катушки индуктивности, соединенных последовательно. Такая цепь называется RL цепью. Импеданс последовательной RL цепи равен корню квадратному из суммы квадратов индуктивного сопротивления и сопротивления резистора:

_{ПРИМЕР: Чему равен импеданс цепи, состоящей из дросселя индуктивностью 100 миллигенри и соединенного последовательно резистора 470 ом, при приложенном к ним напряжении 12 вольт с частотой 60 герц?}

_Дано:

_{π = 3,14; f = 60 Гц; L = 100 мГн = 0,1 Гн; R = 400 Ом}

_{ХL =?; Z =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем индуктивное сопротивление (XL):}

_{XL = 2πfL}

_{XL = (2)(3,14)(60)(0,1)}

_{XL = 37,68 Ома.}

_{Используя XL, найдем импеданс (Z):}

_{Z = √(R² + XL²)}

_{Z = √[(470)² +(37,68)²]}

_{Z = 471,51 Ом.}

Когда катушки индуктивности соединены последова тельно, их общее индуктивное сопротивление равно сумме индуктивных сопротивлений отдельных катушек:

X_LT = X_L1 + X_L2 + X_L3 +… + X_Ln

Когда катушки индуктивности соединены параллельно, обратная величина их общего индуктивного сопротивления равна сумме обратных величин индуктивных сопротивлений отдельных катушек:

1/X_LT = 1/X_L1 + 1/X_L2 + 1/X_L3 +… + 1/X_Ln

16-1. Вопросы

1. Как катушки индуктивности реагируют на приложенное переменное напряжение?

2. Каково фазовое соотношение между током и напряжением в индуктивной цепи?

3. Что такое индуктивное сопротивление?

4. Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 200 миллигенри на частоте 10000 герц?

5. Как определяется импеданс для индуктивно-резистивной цепи?

16-2. ПРИМЕНЕНИЯ ИНДУКТИВНЫХ ЦЕПЕЙ

Индуктивные цепи широко используются в электронике. Катушки индуктивности дополняют конденсаторы в цепях фильтрации и фазового сдвига. Поскольку катушки индуктивности больше, тяжелее и дороже, чем конденсаторы, они применяются реже. Однако преимущество катушек индуктивности в том, что они обеспечивают реактивное сопротивление и пропускают постоянный ток. Конденсаторы могут обеспечивать реактивное сопротивление, но при этом они блокируют прохождение постоянного тока.

Катушки индуктивности иногда комбинируют с конденсаторами для улучшения характеристик цепи. В этом случае реактивный эффект конденсатора противоположен реактивному эффекту катушки индуктивности. Конечный результат состоит в том, что они взаимно дополняют друг друга в цепи.

Последовательные RL цепочки используются в качестве фильтров нижних и верхних частот. На рис. 16-3 показаны два основных типа фильтров. По существу эти цепи являются резистивно-индуктивными делителями напряжения. На рис. 16-3(А) изображен фильтр нижних частот.

Входное напряжение приложено к катушке индуктивности и резистору. Выходное напряжение снимается с резистора. На низких частотах реактивное сопротивление катушки низкое. Следовательно, она слабо противодействует току, и основная часть напряжения падает на резисторе.

При увеличении частоты входного напряжения индуктивное сопротивление увеличивается и оказывает большее противодействие току, так что большая часть приложенного напряжения падает на индуктивности. Чем больше падение напряжения на катушке индуктивности, тем меньше падение напряжения на резисторе, т. к. сумма падений напряжения в цепи равна приложенному напряжению. Увеличение частоты входного напряжения уменьшает выходное напряжение. Низкие частоты фильтр пропускает с небольшим уменьшением амплитуды, тогда как амплитуда напряжений высоких частот уменьшается значительно.

На рис. 16-3(Б) изображен фильтр верхних частот. Входное напряжение приложено к катушке индуктивности и резистору, а выходное напряжение снимается с катушки индуктивности. На высоких частотах индуктивное сопротивление катушки высокое, и большая часть приложенного напряжения падает на катушке. При уменьшении частоты индуктивное сопротивление уменьшается, оказывая меньшее противодействие току. Это приводит к уменьшению падения напряжения на катушке, и к увеличению падения напряжения на резисторе.

Рис. 16-3. RL фильтры.

Частота, выше или ниже которой фильтр пропускает или ослабляет сигналы, называется частотой среза. Частота среза обозначается символом f_с. Частоту среза можно определить по формуле:

f_c = R/2πfL

где f_c — частота среза в герцах, R — сопротивление в омах, π = 3,14, f — частота в герцах, L — индуктивность в генри.

16-2. Вопросы

1. В чем неудобство использования катушек индуктивности в цепях?

2. В чем преимущество использования катушек индуктивности в цепях?

3. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику RL фильтра нижних частот и объясните, как он работает.

4. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику RL фильтра верхних частот и объясните, как он работает.

5. Как можно определить частоту среза RL цепи?

РЕЗЮМЕ

• В чисто индуктивной цепи ток отстает от приложенного напряжения на 90 градусов.

• Индуктивное сопротивление — это противодействие току, оказываемое катушкой индуктивности в цепи переменного тока.

• Индуктивное сопротивление обозначается символом X_L.

• Индуктивное сопротивление измеряется в омах.

• Индуктивное сопротивление можно вычислить по формуле:

X_L = 2πfL

• Импеданс — это векторная сумма индуктивного сопротивления и сопротивления резистора в цепи.

• Последовательные RL цепи используются в качестве фильтров верхних и нижних частот.

Глава 16. САМОПРОВЕРКА

1. Каково фазовое соотношение между током и приложенным напряжением в индуктивной цепи?

2. Какой фактор влияет на индуктивное сопротивление цепи?

3. Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 100 миллигенри на частоте 60 герц?

4. Какой ток будет течь через катушку, описанную в вопросе 3, если к ней приложить напряжение 24 вольта?

5. Как используются в цепях катушки индуктивности?

6. Что такое частота среза индуктивной цепи?

Изменится ли активное сопротивление проводника при увеличении

Реактивное сопротивление катушки зависит от частоты тока и индуктивности катушки Реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты тока и емкости конденсатора При уменьшении частоты переменного тока индуктивное сопротивление уменьшается При уменьшении частоты переменного тока активное сопротивление не изменяется

Укажите формулу для определения импеданса цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности:

Укажите единицу СИ емкостного сопротивления: Ом Укажите единицу СИ индуктивного сопротивления: Ом Емкостное сопротивление определяется по формуле:

Укажите формулу для определения импеданса цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных катушки индуктивности и резистора:

Вектор амплитуды напряжения на резисторе в векторной диаграмме напряжений цепи переменного тока направлен параллельно к оси тока

Вектор амплитуды напряжения на конденсаторе в векторной диаграмме напряжений цепи переменного тока направлен перпендикулярно вниз (под углом — π/2) оси тока

Полное сопротивление — импеданс цепи переменного тока включает активное и реактивное сопротивление

Если угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи переменного тока имеет положительное значение, то цепь обязательно содержит катушку индуктивности

Активное сопротивление не зависит от частоты переменного тока

При увеличении частоты переменного тока активное сопротивление не изменяется

Сдвиг фаз между током и напряжением в цепи переменного тока, содержащей катушку индуктивности, резистор и конденсатор определяется по формуле:

Укажите формулу для определения импеданса цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора:

При прохождении переменного тока в цепи с реактивным сопротивлением происходит

ПРАВИЛЬНЫЕ:

Активное сопротивление цепи не зависит от частоты переменного тока

На векторной диаграмме напряжений в цепи переменного тока вектор амплитуды напряжения на резисторе совпадает по направлению с осью тока

На векторной диаграмме напряжений цепи переменного тока вектор амплитуды напряжения на конденсаторе направлен перпендикулярно оси тока

При увеличении частоты переменного тока индуктивное сопротивление увеличивается (да, зависимость прямопропорциональная)

Угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи переменного тока, содержащий конденсатор, имеет отрицательное значение

При прохождении переменного тока на активном сопротивлении происходит выделение теплоты

Переменный ток в цепи с конденсатором опережает напряжение по фазе на π/2

Реактивное сопротивление цепи переменного тока обусловлено наличием в ней конденсаторов и катушек индуктивности

Единицей СИ индуктивного сопротивления является Ом

Переменный ток — ток, изменяющийся во времени

Импеданс — полное сопротивление цепи переменного тока

Емкостное сопротивление уменьшается с увеличением частоты переменного тока

При увеличении частоты переменного тока индуктивное сопротивление увеличивается

Угол сдвига фаз между током и напряжением в цепи переменного тока, содержащий конденсатор, имеет отрицательное значение

НЕПРАВИЛЬНЫЕ:

В цепи переменного тока всегда происходит сдвиг фаз между силой тока и напряжением (не всегда, например, когда индуктивное и емкостное сопротивление равны, не происходит)

Величина (модуль) реактивного сопротивления равна сумме сопротивлений конденсатора и резистора (равна разности)

Ток в цепи переменного тока, содержащей катушку индуктивности, по фазе совпадает с напряжением

При прохождении переменного тока в реактивном сопротивлении происходит выделение теплоты (нет, не происходит, теплота выделяется в активном)

Единицей СИ индуктивного сопротивления является фарад (Ф) (Ом на самом деле, Ф – единица емкости)

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-20; Нарушение авторского права страницы

Активное сопротивление — проводник

Активное сопротивление проводника зависит от его размеров и формы. [1]

Активное сопротивление проводника для токов высокой частоты определяется удельным сопротивлением его поверхностного слоя. Для уменьшения этого сопротивления поверхность проводников, работающих в цепях высокой частоты, часто покрывают слоем серебра. [2]

Активное сопротивление проводника зависит от его размеров и формы. [3]

Активное сопротивление проводника различно при постоянном и переменном токе из-за поверхностного эффекта и эффекта близости. [4]

Активное сопротивление проводника увеличивается с увеличением частоты протекающего по нему переменного тока. Для частоты 50 гц, применяющейся в промышленной электротехнике, это увеличение незначительно, а для частот более высоких активное сопротивление проводника может весьма заметно превышать омическое. Кроме того, неравномерное распределение тока обусловливает уменьшение магнитного потока внутри самого провода, вследствие чего уменьшается его индуктивность тем резче, чем выше частота переменного тока, передаваемого по проводу. [6]

Активное сопротивление проводника увеличивается по мере возрастания частоты переменного тока. Например, стальной провод диаметром 5 мм и длиной 1 км имеет при постоянном токе сопротивление, равное 20 омам, а при переменном токе с частотой 20 000 герц — 75 омам. Для частоты переменного тока в 50 герц, применяемого обычно в электрических установках, увеличение сопротивления незначительно. [7]

Активное сопротивление проводников тока определяют измерительными мостами или методом амперметра-вольтметра. Когда нужно знать действительное значение сопротивления проводников, пользуются мостами постоянного тока или методом амперметра-вольтметра. Чтобы установить, находится ли измеряемое сопротивление в допустимых пределах, используют одинарные или двойные автоматические мосты. Для определения процента отклонения измеряемого сопротивления от номинального его значения применяют одинарные или двойные процентные измерительные мосты. [8]

Активное сопротивление проводников токопроводящих частей измеряют методом сопротивления. [9]

Зная активное сопротивление проводника , нетрудно определить и мощность, которая в нем выделяется. [10]

Поскольку активное сопротивление проводника зависит от величины поперечного сечения того поверхностного слоя проводника, в котором течет ток, то для токов СВЧ активное сопротивление тонкостенной трубки не отличается от активного сопротивления проводника в виде сплошного стержня, сделанного из того же металла и имеющего тот же диаметр, что и сплошная трубка. Для уменьшения сопротивления поверхность проводников, применяемых в цепях высокой частоты, часто покрывают слоем металла, обладающего малым удельным сопротивлением, например серебра. [11]

Поскольку активное сопротивление проводника зависит от величины поперечного сечения того поверхностного слоя проводника, в котором течет ток, то для токов сверхвысокой частоты активное сопротивление тонкостенной трубки не отличается от активного сопротивления проводника в виде сплошного стержня, сделанного из того же металла и имеющего тот же диаметр, что и сплошная трубка. [12]

Увеличение активного сопротивления проводников тока якоря и катушек полюсов происходит из-за надрыва и трещин в проводниках или повреждения контактных соединений — распайки концов обмотки в петушках коллектора якоря, ослабления крепления или распайки наконечников. [13]

Под активным сопротивлением проводника понимают такое сопротивление, в котором энергия выделяется в виде теплоты. Электрическая цепь обладает активным сопротивлением К, индуктивностью L и емкостью С, которые являются ее параметрами. [14]

Яэ — активное сопротивление проводника при температуре 9; с8 — удельная теплоемкость проводника при температуре 9; G — масса проводника; а — температурный коэффициент изменения удельного сопротивления; j — сечение проводника; / — длина проводника; с0 — удельная теплоем — кость материала проводника; Р — температурный коэффициент изменения удельной теплоемкости; X — плотность материала проводника; 9Н — начальная температура проводника до КЗ; 9КН — конечная температура проводника во время КЗ; Акн — значение интеграла при верхнем пределе; Аи — значение интеграла при нижнем пределе. [15]

Разделы: Физика

Проведению общественного смотра знаний предшествовало серьезная подготовка.
Учащиеся 11”Б” класса предложили провести открытое мероприятие в виде игры “Слабое звено”, выбрали ведущую, “счетчиков” баллов.
Каждое звено получило за 10 дней игры задание: составить 15–20 вопросов к одной из шести глав учебника “Физика 11”.
Я выбрала из огромного числа 86 вопросов, скорректировала ответы. С ведущей подобрали оптимальный режим озвучивания вопросов, чтобы игроки успели дать блиц-ответы на максимальное число вопросов.
Ребята показали хорошие знания, им не хотелось быть самым слабым звеном в классе, они не желали услышать в свой адрес “колючие” замечания ведущей.
Урок достиг своей цели.
Большинство ребят этого класса поступили в технические вузы на бюджетной основе. Победитель игры – самое “сильное звено” класса, Смирнов Андрей, ныне учится в МФТИ.

Литература:

1) Приложение ПС “Физика”, 1998–2006 год.
2) Учебник “Физика 11” под редакцией А.А. Пинского, М. Просвещение, 1995 г.
3) “Внеклассная работа по физике ” И. Я. Ланина М. Просвещение, 1977 г.

Цель: обобщить полученные знания, повысить творческую активность учащихся, расширить кругозор, развивать умение учащихся кратко выражать мысли, развивать внимание, память, умение сопереживать одноклассникам и адекватно реагировать на поражение и успех.

Оборудование: карточки с вопросами и ответами у «счетчиков» баллов и ведущей.

Учитель: Ребята, мы закончили изучение основного курса физики, и я предлагаю провести урок по проверке знаний в форме игры «Слабое звено». Напоминаю правила игры. Игра состоит из 6 раундов, длительностью 8–10 минут каждый. Конкретный и краткий ответ на вопрос должен быть озвучен в течение 10 секунд. Участники, давшие минимальное количество верных ответов, выбывают из игры. Представляю вам экспертную команду «счетчиков» баллов и ведущую. Приступаем к игре и желаем, чтобы никто из вас не оказался слабым звеном.

1-й раунд

Глава 1. Электромагнитные колебания и основы электротехники

Ведущая:

1. Из чего состоит колебательный контур? (Конденсатор и катушка.)
2. Какие колебания называются гармоническими? (Изменение физических величин с течением по синусоидальному закону.)
3. Что происходит с энергией в колебательном контуре? (Перераспределение энергии.)
4. Назовите формулу циклической частоты. ()
5. Назовите формулу Томсона. ()
6. Назовите Формулу циклической частоты для пружинного маятника. ()
7. Назовите формулу циклической частоты для математического маятника. ()
8. Назовите формулу магнитного потока. ()
9. Назовите условие резонанса. (Совпадение частоты переменного тока с частотой свободных колебаний.)
10. Скажите определение активного сопротивления. (Сопротивление элемента электрической цепи в котором происходит превращение электрической. энергии во внутреннюю.)
11. Изменится ли активное сопротивление проводника при увеличении частоты переменного тока с 20–40 Гц? (Нет.)
12. Кем изобретен трансформатор? (Яблочковым.)
13. Когда был изобретен трансформатор? (В XIX веке.)
14. В каких 2-х режимах работает трансформатор? (Холостой ход и режим нагрузки.)
15. Как обозначается и в чем измеряется индуктивность? (Генри)
16. Какой буквой обозначается добротность? (Q)
17. Назовите формулу закона электромагнитной индукции? ()
18. Назовите единицу измерения мощности? (Ватт.)
19. Назовите формулу мощности в цепи переменного тока. ()
20. Назовите электростанции Татарстана. (Нижнекамская ГЭС, Заинская ГРЭС, Челнинская.)
21. Чему равно полное сопротивление в цепи переменного тока? ()
22. Как найти ? (; )

Ведущая:

– Кто плохо соображает?
– Кто напрасно надеется, что остальные скажут за него все?

(Из игры выбывает учащиеся с меньшим числом верных ответов)

2-й раунд

Глава 2. Электромагнитные волны и основы радиопередачи

1. Назовите свойства радиоволн. (Интерференция, поляризация, дифракция.)
2. Кто изобрел радио? (Попов.)
3. Что явилось основной деталью радиоприемника Попова? (Когерер.)
4. Какое явление называют модуляцией? (Процесс, с помощью которого амплитуда, частота или фаза медленно изменяются.)
5. Что такое детектирование? (Преобразование модулированных колебаний в систему кратковременных импульсов.)
6. В каком устройстве возникают незатухающие электромагнитные волны? (Генератор незатухающих колебаний на транзисторе.)
7. Кто в 1864 году высказал гипотезу о существовании электромагнитных волн, способных распространятся в вакууме? (Максвелл.)
8. Кем в 1887 году экспериментально были обнаружены электромагнитные волны? (Герцем.)
9. Назовите формулу поверхностной плотности потока излучения? ()
10. При отражении каких волн мы слышим эхо? (Звуковых.)
11. Как называется явление изменения направления распространения волн на границе двух сред? (Преломление.)
12. Что называется интерференцией? (Явление увеличения или уменьшения амплитуды результирующей волны при сложении двух или нескольких волн с одинаковыми частотами колебаний.)
13. Выполняется ли закон сохранения энергии при интерференции? (Да.)
14. Как называется отклонение направления распространения света от прямолинейного у края преграды? (Дифракция.)

Ведущая:

– Кто не стоит ломаного гроша?
– Кто мчится к пропасти на всех парах?

(Из игры выбывает учащиеся с меньшим числом верных ответов)

3-й раунд

Глава 3. Световые волны

1. Когда и кем измерена скорость света? (Рёмер; в конце XVII века.)
2. Чему равна скорость света? ()
3. Назовите немецкого физика, лауреата Нобелевской премии, открывшего лучи, которые носят его имя? (Рентген.)
4. Назовите явление, присущее световым волнам? (Интерференция, преломление, дифракция, поляризация, отражение.)
5. Какие волны называют когерентными? (Световые волны одинаковой частоты, у которых разность фаз равна нулю.)
6. Какое явление называется дифракцией? (Явление огибания светом контуров непрозрачных предметов и проникновения света в область геометрической тени.)
7. Какое явление называется дисперсией, и кем оно было открыто? ( Это зависимость скорости света от частоты волны; Ньютон.)
8. Монохромотичен или нет белый свет? (Нет.)
9. Является ли интерференция света доказательством, что свет обладает волновыми свойствами? (Да.)
10. Как называются две волны, фазы которых меняются случайно и независимо друг от друга? (Некогерентные.)

Ведущая:

– Кто сломал зубы об гранит науки?
– Кто завышает уровень своего IQ?

(Из игры выбывает учащиеся с меньшим числом верных ответов)

4-й раунд

Глава 4. Оптические приборы

1. Назовите закон преломления света? ()
2. В каком разделе оптики изучается формирование изображений при распространении света по световодам? ( Волоконная оптика.)
3. Как называется изображение, которое получается за счет пересечения не самих лучей, а их продолжений? (Мнимое.)
4. Назовите прозрачное стеклянное тело ограниченное двумя сферическими поверхностями с радиусами кривизны и ? (Линза)
5. Как называется прямая, на которой лежат центры обеих сферических поверхностей линзы? (Главная оптическая ось.)
6. Единица измерения оптической силы линзы? (Диоптрия)
7. Назовите формулу тонкой линзы? ()
8. С помощью, каких рецепторных клеток глаза осуществляется цветное зрение: колбочек или палочек? (Колбочек.)
9. Как называется дефект глаза, при котором ближняя точка удалена: близорукость или дальнозоркость? (Дальнозоркость.)
10. Как называется линзовый телескоп: рефлектор или рефрактор? (Рефрактор.)
11. Каково расстояние наилучшего зрения? (25 см.)
12. Какое оптическое тело используется в фотоаппарате для получения четкого изображения? (Линза.)
13. Как называется спектр, который имеет вид четких узких линий на черном фоне? (Линейчатый.)
14. Из скольких цветов состоит сплошной спектр? (7 цветов.)
15. Назовите прибор, с помощью которого исследуется спектральный состав света? (Спектроскоп.)
16. Какие устройства дают спектральное разложение света? (Призма и дифракционная решетка.)
17. Когда мы смотрим телевизор, то видим непрерывное движение предметов, сколько раз происходит смена кадров за одну секунду? (25 раз.)

Ведущая:

– Кто пришел сюда ради веселья?
– Кого вы считаете не достойным играть с вами?

(Из игры выбывает учащиеся с меньшим числом верных ответов)

5-й раунд

Глава 5. Световые кванты

1. Кем созданы основы квантовой теории света? (Планком.)
2. Чему равна энергия кванта света? ()
3. Чему равна постоянная планка? ()
4. Назовите уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. ()
5. Проводимость, обусловленная дополнительными свободными зарядами под действием света? (Фотопроводимость.)
6. Назовите явление наблюдаемое при свечении некоторых твердых тел, например сульфида цинка? (Фосфоресценция.)
7. Назовите вещество способное светится под действием ультрафиолетовых лучей применяемое для создания света близкого по составу к дневному? (Люминофор.)
8. Какой русский, ученый в XIX веке сумел обнаружить и измерить давление света? (Лебедев.)
9. Какими свойствами обладает фотон? (Частица, движущаяся со скоростью света, у которой масса покоя равна нулю.)
10. Назовите формулу давления света? ()
11. В чем заключается эффект Комптона? (В рассеянии длины волны рентгеновского излучения в веществе.)

Ведущая:

– Кто тянет команду ко дну?
– Чей путь победы окончится прямо сейчас?

(Из игры выбывает учащиеся с меньшим числом верных ответов)

6-й раунд

Глава 6. Физика атома

1. Как назвали минимальный электрический заряд? (Элементарный электронный заряд.)
2. Кто открыл электроны? ( Томсон.)
3. Кто впервые измерил заряд электрона? (Милликен.)
4. Кто открыл периодический закон химических элементов? (Менделеев.)
5. Как называют явления испускания атомами невидимых проникающих излучений? (Радиоактивность.)
6. В чем заключается планетарная модель строения атома? Кем она создана? (Положительный заряд находится в центре, вокруг ядра обращаются электроны. Резерфорд.)
7. Для спектра какого элемента Бальмером была получена эмпирическая формула? (Водород.)
8. Кто сформулировал принцип соответствия? (Нильс Бор.)
9. Опыты, каких ученных явились экспериментальным подтверждением правильности основных положений теории Бора? (Франк и Герц.)
10. В каком веке была сделана открытие физических явлений послуживших основой для создания лазера? (XX век.)
11. Чему равна постоянная Ридберга? ()
12. В каком году были сформулированы постулаты Бора? (1913)
13. В каком году Томсон предложил свою модель атома? (1903)
14. Чему равен заряд электрона? ()
15. Чему равна масса электрона? ()

Ведущая: Игра завершена. Всем спасибо!

Учитель: Поздравляем лучшего знатока физики. Спасибо за участие в игре.

Что такое активное сопротивление переменного тока?

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь.

В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсаторикатушкав цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Содержание

• 1 Активное сопротивление
• 2 Реактивное сопротивление
• 3 Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.
• 4 Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности
• 5 Треугольник сопротивлений
• 6 Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений. По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.
• 7 Похожие темы:
• 8 Активное сопротивление
• 9 Реактивное сопротивление
• 10 Конденсатор обладает реактивным сопротивлением благодаря своей ёмкости. Его сопротивление с увеличением частоты тока уменьшается, что позволяет его активно использовать в электронике в качестве шунта переменной составляющей тока. Сопротивление конденсатора можно рассчитать по формуле
• 11 Треугольник сопротивлений

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, равно активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло.Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию.

Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т. д.Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:R = U/I, где R– сопротивление элемента,U– напряжение на нем, I– сила тока, протекающего через элемент цепи.На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное.

Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока.

В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Похожие темы:

[ads-pc-1]

Ток и напряжение.

При включении в цепь переменного тока активного сопротивления R (рис. 175, а) напряжение и источника создает в цепи ток i. Если напряжение и изменяется по синусоидальному закону u = Uтsin ?t, то ток i также изменяется синусоидально:

i = Iтsin ?t

При этом

Iт= Uт/ R

Таким образом, ток и напряжение изменяются по одному и тому же закону; они одновременно достигают своих максимальных значений и одновременно проходят через нуль (рис.

175,б). Следовательно,при включении в цепь переменного тока активного сопротивления ток и напряжение совпадают по фазе (рис. 175, в).

Если обе части равенства Iт= Uт/ Rразделить на ?2, то получим выражение закона Ома для рассматриваемой цепи для действующих значений напряжения и тока:

I = U / R

Следовательно, для цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление, этот закон имеет такую же математическую форму, как и для цепи постоянного тока.

Электрическая мощность.Электрическая мощность р в цепи с активным сопротивлением в любой момент времени равна произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения и. Следовательно, мгновенная мощность р не является постоянной величиной, как при постоянном токе, а изменяется по кривой (см.

рис. 175,б). Эту кривую можно также получить графически, перемножая ординаты кривых силы тока i и напряжения и при различных углах ?t.

Изменение мощности происходит с двойной частотой ?t по отношению к изменению тока и напряжения, т. е. один период изменения мощности соответствует половине периода изменения тока и напряжения.

Все значения мощности являются положительными. Физически положительное значение мощности означает, что энергия передается от источника электрической энергии к приемнику. Максимальное значение мощности при ?t = 90° и ?t = 270°

Pmax= UтIт= 2UI

Рис. 175. Схема включения в цепь переменного тока активного сопротивления (а), кривые тока i, напряжения и, мощности р (б) и векторная диаграмма (в)

Практически об энергии W, создаваемой электрическим током, судят не по максимальной мощности, а по средней мощности Рср= Р, так как эта энергия может быть выражена как произведение среднего значения мощности Р на время протекания тока:

W = Pt.

Кривая мгновенной мощности симметрична относительно линии АБ, которая соответствует среднему значению мощности Р. Поэтому

P = Pmax/ 2 = UI

Используя формулу (67) закона Ома, активную мощность можно выразить также в виде P = I2R или P=U2/R.

В электротехнике среднюю мощность, потребляемую активным сопротивлением, обычно называют активной мощностью, или просто мощностью, и обозначают буквой Р.

Поверхностный эффект. Следует отметить, что активное сопротивление проводников в цепи переменного тока всегда больше их сопротивления в цепи постоянного тока.

Переменный ток i не протекает равномерно по всему поперечному сечению проводника, как постоянный ток i, а вытесняется на его поверхность (рис. 176, а). Поэтому полезное сечение проводника как бы уменьшается и сопротивление его при переменном токе возрастает.

Это явление носит название поверхностного эффекта. Неравномерное распределение переменного тока по поперечному сечению проводника объясняется действием э. д.

с. самоиндукции, индуцированной в проводнике магнитным полем, которое создается проходящим по проводнику током I. Это магнитное поле действует не только в пространстве, окружающем проводник (внешний поток Ф2), но и внутри самого проводника (внутренний поток Ф2) (рис.

176,б). Поэтому слои проводника, расположенные ближе к его центру, будут охватываться большим магнитным потоком, чем слои, расположенные ближе к его поверхности, и э. д.

с. самоиндукции, индуцированная во внутренних слоях, будет большей, чем во внешних. Поскольку э.

д. с. самоиндукции препятствует изменению

Рис. 176. Схема протекания постоянного I и переменного i токов по проводнику (а) и возникновение поверхностного эффекта (б)

Рис. 177. Схема термообработки деталей токами высокой частоты: 1 — высокочастотный индуктор; 2 — закаливаемая деталь; 3 — разогретый слой

тока, последний будет стремиться пройти там, где э. д.

с. самоиндукции имеет наименьшее значение, т. е.

пройдет преимущественно по поверхностным слоям проводника. В результате этого плотность тока У в поверхностных слоях будет больше, чем во внутренних. Чем больше частота тока, тем больше э.

д. с. самоиндукции индуцируется во внутренних слоях проводника и тем в большей степени ток вытесняется на поверхность.

При частоте 50 Гц увеличение сопротивления медных и алюминиевых проводников при малом их диаметре практически ничтожно, и сопротивление таких проводников в цепях переменного и постоянного тока можно считать одинаковым. Но для медных и алюминиевых проводников диаметром свыше 10 мм, а для стальных проводников при еще меньших диаметрах необходимо при расчетах учитывать влияние поверхностного эффекта на их активное сопротивление.

При токах высокой частоты, принятых в радиотехнике, телевидении и различных высокочастотных установках, с целью лучшего использования металла проводников их обычно изготовляют полыми.

На свойстве переменного тока высокой частоты протекать, главным образом, по поверхности проводников основаны различные методы высокочастотной закалки и термообработки.

Например, при высокочастотной термообработке деталей вихревыми токами (рис. 177) эти токи индуцируются в основном в поверхностном слое металла. Они быстро разогревают поверхностные слои обрабатываемой детали, раньше, чем ее внутренняя часть успеет заметно нагреться за счет теплопроводности металла.

[ads-pc-2]

В электрической цепи переменного токасуществует два вида сопротивлений:активноеи реактивное. Это является существенным отличием от цепей постоянного тока.

Активное сопротивление

При прохождении тока через элементы, имеющие активное сопротивление, потери выделяющейся мощности необратимы. Примером может служить резистор, выделяющееся на нем тепло, обратно в электрическую энергию не превращается. Кроме резистора активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя.

Отличительной чертой элементов имеющих чисто активное сопротивление – это совпадение по фазе тока и напряжения, поэтому вычислить его можно по формуле

Активное сопротивление зависит от физических параметров проводника, таких как материал, площадь сечения, длина, температура.

Реактивное сопротивление

При прохождении переменного тока через реактивные элементы возникает реактивноесопротивление. Оно обусловлено в первую очередь ёмкостями и индуктивностями.

Индуктивностью в цепи переменного тока обладает катушка индуктивности, причём в идеальном случае, активным сопротивлением её обмотки пренебрегают. Реактивное сопротивление катушки переменному току создаётся благодаря её ЭДС самоиндукции. Причем с ростом частоты тока, сопротивление также растёт.

Реактивное сопротивление катушки зависит от частоты тока и индуктивности катушки

Конденсатор обладает реактивным сопротивлением благодаря своей ёмкости. Его сопротивление с увеличением частоты тока уменьшается, что позволяет его активно использовать в электронике в качестве шунта переменной составляющей тока.

Сопротивление конденсатора можно рассчитать по формуле

Треугольник сопротивлений

Цепи переменного тока обладают полным сопротивлением. Полное сопротивление цепи определяется как сумма квадратов активного и реактивного сопротивлений

Графическим изображением этого выражения служит треугольник сопротивлений, который можно получить в результате расчёта последовательной RLC-цепи. Выглядит он следующим образом:На треугольнике видно, что катетами являются активное и реактивное сопротивление, а полной сопротивление гипотенуза.Величина и начальная фаза переменного тока, создаваемого переменным напряжением, зависят не только от величины сопротивлений, образующих электрическую цепь, но и от индуктивности и емкости этой цепи.Активное сопротивление в цепи переменного тока.Строго говоря, любая электрическая цепь обладает, кроме сопротивления, также индуктивностью и емкостью. Если по проводнику проходит ток, то вокруг него возбуждается магнитное поле, т.

е. имеют место явления индуктивности. Ток возникает под действием электрического поля на заряды, следовательно, проводник должен обладать емкостью, так как в диэлектрической среде вокруг него возникает поток смещения.Однако в ряде случаев относительная роль двух из трех параметров  R, L, С в электрической цепи практически незначительна.

Это позволяет рассматривать подобную цепь как обладающую только сопротивлением, или только индуктивностью, или только емкостью.Мы рассмотрим поочередно условия в трех таких простейших цепях переменного тока.В цепи, содержащей только сопротивление г, синусоидальное напряжени u = Um sin ?t источника электроэнергии создает ток:i = u : r = (Um: r ) sin ?tТак как сопротивление r от времени не зависит, то в этой цепи ток совпадает по фазе с напряжением (рис. 1) и изменяется также синусоидально:i = Imsin ?tздесь:Im= Um: rРисунок 1 Кривые мгновенных значений напряжения и тока в цепи,содержащей только сопротивление r.Разделив последнее выражение на , получим формулу закона Омадля действующих значений напряжения и тока:I = U : rКак видно из формулы, этот закон для цепей переменного тока, содержащих только сопротивление r, имеет такой же вид, как и закон Ома для цепи постоянного тока.В цепи переменного тока сопротивление r называется активным сопротивлением. Это сопротивление, в котором электроэнергия преобразуется в другую форму (в теплоту и др.).Оно может существенно отличаться от сопротивления rпри постоянном токе.

Сопротивление для постоянного тока называют омическим, чтобы отличить его от активного сопротивления для переменного тока.Различие между активным и омическим сопротивлениями обуславливается рядом причин. Одна из них – поверхностный эффект, частичное вытеснение переменного тока в поверхностные слои проводника.Чем больше частота переменного тока, тем это вытеснение значительнее. Из-за поверхностного эффекта сопротивлениеrоказывается уже существенно большим, чем вычисленное по формуле:r = ?

(l : S)Поверхностный эффект создается тем, что переменное магнитное поле индуктирует во внешних слоях проводника меньшую ЭДС самоиндукции, чем во внутренней его части.Особенно сильно поверхностный эффект увеличивает активное сопротивление стальных проводов. На активное сопротивление медных и алюминиевых проводов при промышленной частоте поверхностный эффект существенно влияет только при больших сечениях проводов (свыше 25 кв. мм).Кроме поверхностного эффекта, большое увеличение активного сопротивления электрической цепи могут вызывать потери энергии в переменном электромагнитном поле цепи от гистерезиса и вихревых токов.Поделитесь полезной статьей:

Источники:

• electrosam.ru
• electrono.ru
• electroandi.ru
• fazaa.ru

домашних заданий и упражнений — резонансная частота высокого сопротивления RLC

Обновление: После небольшого моделирования кажется, что Дрю Ноэль все-таки имел правильную догадку: вставив конденсатор 100 пФ параллельно резисторам 110 Ом и 11 кОм, мы можем сместить резонансные частоты с 11,25 кГц до 12,11. кГц, что дает нам правильный результат. 150 пФ даст 12,71 кГц для верхней частоты, а 200 пФ даст 13,49 кГц.

Хотя 200 пФ намного больше, чем практическая паразитная емкость любого обычного маломощного резистора (который, как я полагаю, использовался), она соизмерима с 1-2 м кабеля, подключаемого ко входу осциллографа! Поскольку обычно измеряют ток в цепи RLC по падению напряжения на последовательном резисторе, этот эффект вполне может быть вызван входной емкостью измерительного устройства.Может быть, ОП может подтвердить, был ли Дрю прав относительно параллельной емкости резистора, вызывающей эффект?

Исходный пост с изменениями, предложенными пользователем 3814483 (вы также можете проигнорировать его, так как моя первоначальная идея бесполезна!):

Резонансная частота цепи RLC зависит от добротности, то есть сопротивления в цепи, которое не только зависит от явного резистора в цепи, но также и от элементов крепления в реальной катушке индуктивности. Катушка индуктивности 100 мГн имеет сопротивление прибл.7 кОм на частоте резонанса, что дает добротность примерно 70 для резистора 110 Ом. Это примерно столько, сколько вы можете ожидать от типичной катушки индуктивности, поэтому она должна влиять на резонанс в случае резистора 110 Ом.

Если вы хотите понять это численно, вы можете загрузить себе версию симулятора схем LTSpice от Linear Technology. Это красивая программа для моделирования электронных схем, и она действительно проста в использовании. Это позволит вам перепроверить ваши измерения, и вы можете поиграть со значениями компонентов, чтобы увидеть, что произойдет, если элементы схемы изменятся.Именно так профессиональные инженеры анализируют многие из своих проектов.

К сожалению, симулятор не совпадает с моей догадкой: резонансная частота при 110 Ом составляет прибл. 11,2545 кГц. Если я добавлю типичную параллельную емкость катушки индуктивности 100 пФ, она значительно смещает и расширяет пик, и теперь он составляет 10,982 кГц. Это не такой большой сдвиг, как вы видите. Я предлагаю измерить собственный резонанс катушки индуктивности. Увеличьте частоту генератора сигналов и посмотрите, где возникает второй (параллельный) резонанс.Это должно быть где-то в диапазоне 100 кГц. Исходя из этого, мы можем вычислить эффективную параллельную емкость. Я бы также посоветовал измерить последовательное сопротивление катушки индуктивности с помощью мультиметра. Это тоже можно использовать в модели. Если ничего из этого не получится, вы сами оказались настоящей загадкой.

Я провел еще несколько симуляций и не могу воспроизвести ваш результат. Даже с неидеальными катушками индуктивности я могу воспроизвести только небольшой сдвиг на более низкую резонансную частоту, а не на гораздо более высокую, поэтому неясно, что вызывает эффект.Вернемся к основам: как вы измеряете резонанс? Какая нагрузка на LRC-цепь? Вы используете осциллограф или измеряете ток в цепи с помощью измерителя переменного тока? Как вы генерируете переменное напряжение? Вы используете генератор сигналов? Какое напряжение на выходе этого генератора? Какой выходной импеданс? Вы убедились, что генератор не перегружен? Выходное напряжение остается прежним? Напряжение переменного тока всегда выглядит синусоидальным?

электрического тока — Будет ли мощность, рассеиваемая на резисторе в цепи переменного тока, меняться в зависимости от частоты?

Как мощность зависит от частоты?

Для идеального источника и идеального резистора он не меняется.

Для реального источника и реального резистора, соединенных настоящими проводами, он будет варьироваться сложным образом, который зависит только от того, что неидеально в этих компонентах.

Правильный ответ заключался в том, что он будет меняться с увеличением частоты и яркости.

Я могу придумать несколько причин, по которым яркость будет уменьшаться с увеличением частоты:

• При высокой частоте индуктивность соединительных проводов имеет более высокий импеданс, что снижает напряжение, подаваемое на лампочку.2 / R $.

• При еще более высокой частоте скин-эффект увеличивает эффективное сопротивление соединительных проводов, уменьшая напряжение, подаваемое на лампочку.

Возможно, в зависимости от точной геометрии компонентов, порядок, в котором эти эффекты становятся значимыми, отличается от того, что я предлагал. Также возможно возникновение резонансного эффекта между проводом и лампой в некоторой полосе частот, в результате чего на лампу подается большая мощность.Но это будет зависеть от знания точных размеров проводов, лампы и т. Д., И в целом нельзя рассчитывать на увеличение яркости лампы с увеличением частоты.

Я не могу придумать какой-либо механизм, который привел бы к тому, что лампочка стала бы ярче при увеличении частоты для произвольной геометрии, но я полагаю, что есть что-то, что ваш инструктор имел в виду, когда писал вопрос. На механизм можно намекнуть в конкретной формулировке вопроса, если вы внимательно ее прочитаете.

электромагнетизм — Почему диэлектрик имеет частотно-зависимое удельное сопротивление?

Что ж, я не решаюсь даже вдаваться в этот вопрос, потому что технические термины используются неправильно, создавая проблему.

Сопротивление и удельное сопротивление — это то, что вытекает из закона Ома.

А именно, для определенного класса материалов (в основном металлических проводников), если все другие физические параметры поддерживаются постоянными (что трудно сделать), отношение протекающего тока к приложенному напряжению остается постоянным.

Итак, закон Ома просто гласит: R ПОСТОЯННО.

И R тоже не меняется с частотой. с переменными токами закон Ома применяется ко всем моментам времени, поэтому с переменным напряжением и током они ВСЕГДА находятся в фазе.

Практическая проблема возникает, когда у вас есть ток, протекающий в резистивной среде; скажем, провод, существует магнитное поле, которое окружает поток тока, и это магнитное поле также находится внутри провода, и величина поля зависит от ЗАКРЫТОГО тока.Таким образом, центр провода имеет более низкий ток, поэтому он генерирует меньшее магнитное поле.

Если ток меняется, то движение или изменение магнитного поля ограничивается скоростью распространения электромагнитной волны (c).

Вследствие этого запаздывания по времени токопроводящий проводник теперь демонстрирует эффект индуктивности, поэтому эквивалентная схема больше не является простым резистором с постоянным омическим сопротивлением; это последовательная цепь резистора, включенного последовательно с катушкой индуктивности; примерно 3 нано-Генри на сантиметр прямого провода.

Итак, теперь у вас есть импеданс переменного тока, равный Z = R + j.2.pi.f.L

Итак, теперь ток будет меньше, и по мере увеличения частоты индуктивное реактивное сопротивление будет линейно увеличиваться с частотой, поэтому ток будет падать.

Сопротивление ни на йоту не изменилось; импеданс. В конце концов, вы закончите тем, что ток в центре провода будет полностью обратным по сравнению с внешними слоями. Этот обратный ток дополнительно уменьшает ток для данного напряжения, поэтому центр провода теперь больше мешает, чем полезный проводник.Так что вы можете избавиться от него и использовать полую трубку.

Это суть «скин-эффекта», он не имеет никакого отношения к сопротивлению или удельному сопротивлению проводника, которое остается полностью независимым от частоты. УВЕЛИЧИВАЕТСЯ импеданс переменного тока, а не СОПРОТИВЛЕНИЕ.

Если он частотно-зависимый, это НЕ РЕЗИСТОР, соответствующий закону Ома; это сложная цепь переменного тока, включающая в себя индуктивность, а также емкость, когда вы в нее попадаете.

Слова имеют значение, и когда ученые используют неправильные слова; особенно те, которые также имеют общеупотребительное значение; он создает хаос для всех; этот вопрос например.

Общие сведения о поведении резисторов на высоких частотах

Основные выводы

• При постоянном токе и низкой частоте поведение резистора зависит от физических параметров и удельного сопротивления.

• Резисторы действуют как комбинация сопротивления, индуктивности и емкости на высокой частоте.

Инженеры могут бесконечно изучать поведение электроники и при этом иногда удивляться их непредсказуемому поведению. В электронике изменения поведения, такие как наблюдаемые в сосредоточенных элементах, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и активные элементы, являются обычным явлением. Например, поведение резистора на высоких частотах отличается от того, как он ведет себя на низких частотах.

Чтобы избежать сюрпризов, важно проанализировать поведение пассивных и активных элементов на высоких частотах при проектировании ВЧ- и СВЧ-схем.В этой статье мы сосредоточим обсуждение на поведении резистора на высокой частоте.

Поведение резистора на высоких частотах

Самыми распространенными элементами в электронных схемах являются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Свойство сопротивления резисторов ограничивает свободное протекание тока через цепь. Сопротивление можно математически выразить с помощью следующего уравнения, где — удельное сопротивление материала, l — длина материала, а — площадь поперечного сечения материала.

При постоянном токе и низкой частоте поведение резистора зависит от физических параметров и удельного сопротивления, которое является свойством материала и не зависит от частоты.

На высоких частотах резисторы — это частотно-зависимые элементы, которые демонстрируют разное поведение на разных частотах. Вышеприведенное уравнение устаревает, поскольку паразитная емкость и индуктивность резистора активны на высокой частоте. Фактически, каждый резистор связан с индуктивностью и емкостью из-за неидеальности материалов, формы и размера резистора.

Следующие качества ответственны за изменение поведения резисторов на высокой частоте:

Паразитные элементы и резисторы

Резисторы действуют как комбинация сопротивления, индуктивности и емкости на высокой частоте. Паразитная индуктивность связана с длиной резистора. Паразитная емкость возникает из-за концевых соединительных клемм, которые действуют как пластины. Резонансная частота связана с паразитной емкостью и индуктивностью.

Это паразитная индуктивность (L) и емкость (C), которые делают резистор зависимым от частоты.Если L и C — паразитная индуктивность и емкость резистора, то уравнение 2 дает резонансную частоту, а уравнение 3 дает эффективное сопротивление резистора на частоте f.

Паразитная индуктивность и емкость

Резисторы показывают паразитную индуктивность, обусловленную проводимостью материала, из которого они сделаны. Влияние индуктивного сопротивления будет меньше при постоянном и низкочастотном переменном токе. Эффект паразитной емкости также наблюдается на высоких частотах.Паразитные эффекты становятся активными в приложениях с высокочастотным переменным током. На резонансной частоте паразитные эффекты отсутствуют. Когда рабочая частота меньше резонансной, паразитная емкость является доминирующей. Когда рабочая частота пересекает резонансную частоту, паразитный эффект становится более индуктивным.

На высокой частоте паразитная индуктивность и емкость резисторов вызывают нежелательные связи между различными блоками схемы и задержку отклика схемы.Паразитная индуктивность может быть самоиндуктивностью или взаимной индуктивностью, в зависимости от компонентов, находящихся рядом с резистором. Самоиндуктивность способна искажать сигналы, тогда как взаимная индуктивность вносит шумы в цепь. В зависимости от паразитов, присутствующих в резисторе, постоянные времени L / R и RC определяют время отклика.

Скин-эффект

Скин-эффект проявляется резисторами на высокой частоте. На низкой частоте ток по резистору распределяется равномерно.По мере увеличения частоты распределение тока становится неравномерным. На высокой частоте ток в резисторах концентрируется на поверхности резистора. Ток ограничен только поверхностью на частоте RF.

При проектировании ВЧ-схем инженеры всегда должны учитывать поведение резистора на высоких частотах. Программное обеспечение Cadence может помочь смоделировать радиочастотные схемы с паразитными эффектами и скин-эффектами в резисторах и других сосредоточенных пассивных элементах.

Подпишитесь на нашу рассылку для получения последних обновлений.Если вы хотите узнать больше о том, как Cadence предлагает вам решение, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Разница между сопротивлением и реактивностью (со сравнительной таблицей)

Сопротивление и реактивное сопротивление — два основных термина, которые вместе образуют полное сопротивление электрической цепи. Решающее различие между сопротивлением и реактивным сопротивлением состоит в том, что сопротивление препятствует прохождению электрического тока только через резистор. В отличие от реактивного сопротивления, это сопротивление изменению тока катушкой индуктивности или конденсатора.

В основном, препятствие для прохождения электрического тока в любой цепи определяется как импеданс . Импеданс — это сложный термин, представляющий собой комбинацию реальных и мнимых значений. В этом разделе мы обсудим различные факторы, различающие сопротивление и реактивное сопротивление, используя сравнительную таблицу.

Содержание: сопротивление против реактивного сопротивления

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Заключение

Сравнительная таблица

Параметр	Сопротивление	Реактивное сопротивление
Basic	Это препятствие, препятствующее прохождению тока резистором.	Это противодействие изменяющемуся току в цепи с помощью катушки индуктивности или конденсатора.
Символическое представление
Обозначается	R	X
Выдается
Тип цепи	Цепь постоянного и переменного тока.	Конкретно цепь переменного тока.
Элемент схемы	Чистый резистор	Идеальный индуктор или конденсатор.
Характер значения	Действительная часть импеданса.	Мнимая часть импеданса.
Зависит от	Размеры, удельное сопротивление и температура проводника.	Частота переменного тока.
Разность фаз между V и I	V и I находятся в одной фазе. Таким образом, разность фаз составляет 0 градусов.	Существует разность фаз в 90 градусов между V и I.
Электроэнергия	Общая мощность рассеивается в виде тепла.	Часть потребляемой мощности сохраняется.

Определение сопротивления

Препятствие на пути тока, протекающего по цепи, называется сопротивлением. Мы знаем, что когда к электрической цепи прикладывается определенный потенциал, через цепь течет ток, пропорциональный приложенному напряжению. Однако на пути протекающего тока также существует определенное препятствие. Это свойство противодействия протекающему току известно как сопротивление .

Сопротивление — это свойство резисторов в электрических цепях. Другими словами, мы можем сказать, что соотношение подаваемого напряжения и протекающего тока в электрической цепи, имеющей резистор в качестве нагрузки, называется сопротивлением. Таким образом, сопротивление цепи определяется как:

.

Сопротивление любой электрической цепи измеряется в омах и показывает зависимость от удельного сопротивления и размеров соответствующих проводников. Предлагаемое сопротивление указано как:

Здесь следует отметить, что сопротивление проводников одинаково для постоянного или переменного тока.В резистивных цепях потребляемая мощность определяется как:

.

Поскольку оба термина в продукте являются действительными значениями, потребляемая мощность также будет действительным термином. Тем самым указывается, что подаваемая мощность полностью используется в резистивной цепи.

Определение реактивного сопротивления

Препятствие для прохождения переменного или изменяющегося тока в электрических цепях известно как реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление цепи — это противодействие протеканию переменного тока.

Причина, по которой реактивное сопротивление цепи таково, что его значение является фактором наличия конденсатора или индуктора в качестве нагрузки. Таким образом, можно сказать, что отношение приложенного напряжения к изменяющемуся току в электрической цепи с емкостной или индуктивной нагрузкой называется реактивным сопротивлением этой цепи.

Для индуктивной нагрузки реактивное сопротивление определяется как:

.

В случае емкостной нагрузки реактивное сопротивление определяется как:

Таким образом, в индуктивной цепи реактивное сопротивление прямо пропорционально частоте.Пока он обратно пропорционален емкостной схеме.

Когда переменный ток протекает через цепь с индуктивной или емкостной нагрузкой, изменяющаяся энергия сохраняется либо в электрическом поле, либо в магнитном поле. В случае индуктивной нагрузки возникает изменяющееся магнитное поле. А для емкостной нагрузки есть электрическое поле.

Как мы уже обсуждали, сопротивление и реактивное сопротивление вместе образуют комплексное значение, называемое импедансом, где реактивное сопротивление действует как мнимая часть комплексного значения.Индуктивное реактивное сопротивление обычно является положительным мнимым значением, поэтому с увеличением индуктивной нагрузки реактивное сопротивление также увеличивается.

Ключевые различия между сопротивлением и реактивным сопротивлением

1. Сопротивление — это препятствие для прохождения тока в электрической цепи из-за резистора. В то время как реактивное сопротивление — это противодействие зарядному току из-за индуктивности или конденсатора.
2. Сопротивление — это свойство , связанное с цепью как переменного, так и постоянного тока.Однако реактивное сопротивление собственности связано только с цепями переменного тока.
3. Чистые резисторы создают сопротивление. В отличие от идеальных катушек индуктивности или конденсаторов возникает реактивное сопротивление в цепи.
4. Сопротивление связано с действительной частью импеданса. В то время как реактивное сопротивление вносит вклад в мнимую часть значения импеданса.
5. Разница по фазе между напряжением и током в чисто резистивной цепи равна 0⁰. В то время как разность фаз между напряжением и током в идеальной емкостной или индуктивной цепи составляет 90⁰.В случае индуктивной нагрузки ток отстает от напряжения на 90⁰, а для чисто емкостной нагрузки напряжение отстает от тока на 90⁰.
6. Сопротивление, предлагаемое схемой , зависит от размера, удельного сопротивления и температурных условий проводника. Однако реактивное сопротивление зависит от частотной составляющей переменного тока в цепи. Он показывает пропорциональность с частотой в случае индуктивной нагрузки, тогда как в случае емкостной нагрузки это соотношение является обратным.
7. В резистивной цепи общая мощность , подаваемая на цепь, рассеивается в виде тепла. В то время как в емкостной или индуктивной цепи устройство не полностью потребляет всю подаваемую мощность.

Заключение

Итак, из этого обсуждения можно сделать вывод, что и сопротивление, и реактивное сопротивление несут ответственность за противодействие потоку тока и, таким образом, действуют как импеданс для любой электрической цепи, когда они вместе присутствуют в ней.

Разница между эквивалентным сопротивлением и эффективным сопротивлением

19 ноября 2011 г. Автор: Admin

Эквивалентное сопротивление и эффективное сопротивление

Сопротивление — очень важное свойство электрических и электронных цепей. Концепция сопротивления играет жизненно важную роль в таких областях, как электротехника, электронная инженерия и физика. Жизненно важно иметь четкое представление о сопротивлении и связанных с ним темах, чтобы добиться успеха в таких областях.В этой статье мы собираемся обсудить, что такое эквивалентное сопротивление и эффективное сопротивление, их определения, применения эквивалентного сопротивления и эффективного сопротивления, сходства между этими двумя и, наконец, разницу между эквивалентным сопротивлением и эффективным сопротивлением.

Что такое эквивалентное сопротивление?

Чтобы понять концепцию эквивалентного сопротивления, нужно сначала понять концепцию сопротивления. Сопротивление в качественном определении говорит нам, насколько трудно протекать электрическому току.В количественном отношении сопротивление между двумя точками может быть определено как разность напряжений, необходимая для протекания единичного тока через определенные две точки. Электрическое сопротивление обратно пропорционально электрической проводимости. Сопротивление объекта определяется как отношение напряжения на объекте к току, протекающему через него. Сопротивление проводника зависит от количества свободных электронов в среде. Сопротивление полупроводника в основном зависит от количества используемых легирующих атомов (концентрации примеси).Сопротивление, которое система показывает переменному току, отличается от сопротивления постоянному току. Поэтому термин импеданс введен для того, чтобы значительно упростить расчет сопротивления переменному току. . Закон Ома — самый важный закон при обсуждении тематического сопротивления. В нем говорится, что для данной температуры отношение напряжения в двух точках к току, проходящему через эти точки, является постоянным. Эта константа известна как сопротивление между этими двумя точками. Сопротивление измеряется в Ом.Эквивалентное сопротивление системы — это величина одного резистора, который можно использовать вместо комбинации резисторов. Для последовательного соединения резисторов эквивалентное сопротивление — это просто добавление резисторов. Для параллельной конфигурации эквивалентное сопротивление R может быть получено из 1 / R = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ ……

Что такое эффективное сопротивление?

Эффективное сопротивление — это еще одно название, данное термину импеданс.Эффективное сопротивление определяется как сопротивление переменному току, выраженное как отношение рассеиваемой мощности к квадрату эффективного тока. Эффективное сопротивление зависит от частоты сигнала. Для пассивных устройств, таких как резисторы, эффективное сопротивление всегда постоянно. Для активных устройств, таких как катушки индуктивности и конденсаторы, эффективное сопротивление зависит от частоты.

В чем разница между эквивалентным сопротивлением и эффективным сопротивлением? • Эквивалентное сопротивление — это чисто резистивное свойство, которое не меняется ни с какой другой переменной.Эффективное сопротивление — это еще одно название импеданса. • Импеданс — это свойство, которое изменяется в зависимости от частоты сигнала. Эквивалентное сопротивление определяется для набора резисторов или компонентов, имеющих только сопротивление. • Эффективное сопротивление можно определить для каждого компонента цепи.

Патент США на контролируемое активное сопротивление (Патент № 10,862,480, выданный 8 декабря 2020 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Настоящая заявка может быть связана с U.Заявка на патент S. Сер. № 16 / 276,494, поданный в четную дату настоящим документом, озаглавленный «Детектор мощности с широким динамическим диапазоном», содержание которого полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники (1) Область техники

Настоящие идеи в основном относятся к электронным схемам, а более конкретно к схеме активного резистора, которая создает сопротивление, пропорциональное тепловому напряжению.

(2) Предпосылки

Обычно схема определения мощности используется в радиочастотных (RF) схемах для измерения мощности.Радиочастотные схемы обычно включают в себя схемы передатчика и приемника, требования к мощности которых меняются в зависимости от использования. Например, мощность, необходимая для передачи сигнала через антенну, может варьироваться, и обычно важно контролировать выходной сигнал передатчика во время использования.

Каскады логарифмического преобразователя в схемах определения мощности выдают линейное выходное напряжение в экспоненциальное входное напряжение, которое само пропорционально входной мощности детектора мощности. Логарифмические детекторы мощности обеспечивают линейное выходное напряжение в дБ и могут использоваться в ряде приложений, таких как приложения для измерения мощности передачи и приема.Детекторы логарифмической мощности могут включать в себя: i) преобразователь напряжения в ток, который генерирует логарифмические напряжения на диодах, и ii) блок усилителя для усиления разности напряжений на диодах. Блок усилителя можно назвать дифференциальным усилителем.

В приведенном выше примере логарифмического детектора мощности дифференциальный усилитель должен усиливать разницу между напряжениями на диодах в преобразователе логарифмического напряжения в ток. Однако постоянный коэффициент усиления разностного усилителя приводит к изменению его выходного напряжения примерно на 60% в диапазоне температур от -40 ° C до 100 ° C.Причина такого большого разброса выхода разностного усилителя заключается в том, что входное напряжение разностного усилителя является функцией теплового напряжения (V _T ), члена, генерируемого в каскаде логарифмического преобразователя. Тепловое напряжение — это напряжение, возникающее в p-n переходе под действием температуры. Тепловое напряжение зависит от абсолютной температуры. Следовательно, входное напряжение дифференциального усилителя напрямую зависит от абсолютной температуры, и при постоянном коэффициенте усиления дифференциального усилителя выходное напряжение дифференциального усилителя напрямую зависит от абсолютной температуры.

Температурная компенсация, выполняемая на дифференциальном усилителе, является предпочтительной, поскольку входное напряжение и коэффициент усиления дифференциального усилителя линейны. Было бы желательно, чтобы коэффициент усиления дифференциального усилителя уменьшался с повышением температуры, чтобы нейтрализовать увеличение входного напряжения с температурой.

Соответственно, необходимо активное сопротивление, которое напрямую зависит от теплового напряжения. Такое активное сопротивление будет иметь значение, которое увеличивается с увеличением теплового напряжения.Этот тип активного сопротивления может использоваться в различных схемах, например, для смягчения изменения выходного напряжения разностного усилителя в зависимости от температуры и минимизации изменения выходного напряжения разностного усилителя в зависимости от температуры. .

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрыты различные варианты осуществления активного сопротивления. Кроме того, раскрыты различные варианты реализации резистора, зависящего от V _T . Кроме того, также раскрыты различные варианты осуществления, показывающие использование резисторов, зависящих от V _T , в схемных приложениях.

В одном из раскрытых вариантов осуществления резистор, зависящий от V _T , реализован в интегральной схеме (IC). В резисторе, зависящем от V _T , есть резистор R 2 , включенный последовательно с полевым МОП-транзистором, и операционный усилитель (ОУ), управляющий затвором полевого МОП-транзистора. Резистор, зависящий от V _T , также включает в себя два источника тока: i) один источник тока, производящий ток, который пропорционален абсолютной температуре (I _PTAT ), и ii) другой источник тока (I _REF ), производимый отношение опорного напряжения запрещенной зоны к резистору R 1 .I _PTAT увеличивается с повышением температуры, потому что I _PTAT зависит от V _T . Ток I _REF остается постоянным в зависимости от температуры, пока не учитывается температурный коэффициент всех резисторов одного типа. I _PTAT управляет входом в операционный усилитель и генерирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (V _PTAT ). I _REF подключается к узлу обратной связи операционного усилителя.Контур обратной связи вынуждает увеличивать напряжение (V _PTAT ) через постоянный ток I _REF , тем самым создавая эффективное сопротивление, которое также увеличивается. Эффективное последовательное сопротивление (R _SUM ) R 2 и MOSFET становится функцией I _PTAT , что означает, что R _SUM изменяется в зависимости от V _T .

В другом варианте осуществления два источника тока в резисторе, зависящем от V _T , можно поменять местами, так что постоянный ток I _REF подается на вход операционного усилителя, генерируя напряжение V _REF .I _PTAT подключен к узлу обратной связи операционного усилителя. Следовательно, R _SUM теперь меняется с 1 / V _T .

В некоторых вариантах реализации могут использоваться источники тока с различными зависимостями, которые зависят не только от температуры. Например, источники тока могут зависеть от напряжения или от параметра устройства, такого как пороговое напряжение этого устройства, или от любой другой переменной, которая может создать зависимый источник тока.

В еще одном варианте осуществления различные источники тока могут быть суммированы вместе в узле.Например, различные величины эталонного тока запрещенной зоны (который постоянен как функция температуры) и тока, который пропорционален абсолютной температуре (которая изменяется в зависимости от температуры), могут быть суммированы, чтобы создать любой произвольный наклон для R _{. СУММ} как функция температуры. Специалистам в данной области техники будет понятно, что можно создать активный резистор, который зависит от любой переменной или комбинации переменных, если переменные выражены в форме тока.

В еще одном альтернативном варианте осуществления представлено управляемое активное сопротивление, при этом управляемое активное сопротивление содержит первый резистивный элемент, первый активный элемент, операционный усилитель, первый вход которого подключен к первому резистивному элементу, второй вход подключен к первый активный элемент и выход, подключенный к первому активному элементу, и первый источник тока, подключенный к первому активному элементу, и второй источник тока, подключенный к первому резистивному элементу, причем первый резистивный элемент, операционный усилитель, первый источник тока и второй источник тока сконфигурированы в комбинации для управления первым активным элементом и заставляют первый активный элемент действовать как активное сопротивление.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Раскрытое устройство в соответствии с одним или несколькими различными вариантами осуществления описано со ссылкой на следующие фигуры. Чертежи предоставлены только в целях иллюстрации и просто изображают примеры некоторых вариантов осуществления раскрытых способа и устройства. Эти чертежи предназначены для облегчения понимания читателем раскрытых способа и устройства. Их не следует рассматривать как ограничивающие широту, объем или применимость заявленного изобретения.Следует отметить, что для ясности и простоты иллюстрации эти чертежи не обязательно выполнены в масштабе.

РИС. 1 показана электрическая схема резистора, зависящего от V _T , в соответствии с одним вариантом осуществления раскрытого устройства.

РИС. 2 показана электрическая схема заземляющего резистора, зависимого от V _T , в соответствии с другим вариантом осуществления раскрытого устройства.

РИС. 3 показывает электрическую схему цепи смещения для резистора, зависящего от V _T , соединенного с дифференциальным усилителем в соответствии с еще одним вариантом осуществления раскрытого устройства.

РИС. 4А показана электрическая схема преобразователя напряжения в ток в напряжение.

РИС. 4B показана электрическая схема разностного усилителя.

РИС. 5 показывает электрическую схему разностного усилителя в соответствии с альтернативным вариантом раскрытого устройства.

Одинаковые номера позиций и обозначения на различных чертежах указывают на одинаковые элементы.

Определения

Термин тепловое напряжение, используемый в настоящем раскрытии, будет использоваться для обозначения напряжения, возникающего в p-n-переходе из-за действия температуры.Тепловое напряжение зависит от абсолютной температуры и может быть выражено следующим образом:
В _T = ( k · T ) / q
где:

• • В _T = Тепловое напряжение
  • k = Постоянная Больцмана
  • T = Температура в Кельвинах
  • q = элементарный заряд (1,602 × 10 ⁻¹⁹ Кулон)
    Термины резистор, сопротивление и резистивный элемент будут использоваться взаимозаменяемо во всем настоящем описании для обозначения двухконтактного электрического компонента. который реализует электрическое сопротивление как элемент схемы.
    Термины активное сопротивление и активный резистор будут использоваться в настоящем раскрытии для обозначения составных элементов в электрической цепи, которые ведут себя как резистор, но поведение которых контролируется другим активным элементом, таким как операционный усилитель, в отличие от пассивного резистора. , который является элементом, поведение которого основано исключительно на его собственных характеристиках и не контролируется другим элементом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

РИС.1 показана электрическая схема резистора, зависящего от V _T , в соответствии с одним вариантом осуществления раскрытого устройства. Работа схемы 100 более подробно описана ниже.

Как показано на фиг. 1, резистор, зависящий от V _T , включает в себя резистор 110 , соединенный последовательно с полевым МОП-транзистором 108 , и операционный усилитель (операционный усилитель) 106 , управляющий затвором полевого МОП-транзистора 108 . Резистор, зависящий от V _T , также включает в себя два источника тока: i) источник тока 104 , производящий ток, который пропорционален абсолютной температуре (I _PTAT ), и ii) источник тока (I _REF ) 112 , который получается путем взятия отношения опорного напряжения запрещенной зоны к резистору R 1 (не показан на фиг.1). I _PTAT 104 увеличивается с увеличением температуры, поскольку I _PTAT зависит от V _T . Ток I _REF 112 остается постоянным в зависимости от температуры, пока игнорируются температурные коэффициенты R 1 и все пассивные резисторы. I _PTAT 104 подключен к резистору 102 , который имеет значение R _T . Результирующее напряжение управляет инвертирующим входом операционного усилителя 106 и генерирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (V _PTAT ).T _REF 112 вводится в узел обратной связи операционного усилителя. Контур обратной связи вынуждает увеличивать напряжение (V _PTAT ) через постоянный ток I _REF , создавая таким образом эффективное сопротивление, которое также увеличивается пропорционально температуре. Эффективное последовательное сопротивление блока 114 , также называемое R _SUM , становится функцией I _PTAT 104 , поэтому R _SUM изменяется с V _T .R _SUM определяется по формуле:

Rsum = RT.IPTATIrefEq.⁢1
После замены терминов для I _PTAT и I _REF :

RSUM = R1⁢RT · kVT⁢⁢ln⁢⁢NRBG · vbgEq .⁢2
где k — скаляр тока вне эталонного генератора с запрещенной зоной, N — коэффициент плотности тока диодов в генераторе эталонной запрещенной зоны, R _BG — внутреннее сопротивление на V _PTAT в генераторе эталонной запрещенной зоны. , V _bg — это напряжение, генерируемое опорным генератором запрещенной зоны, а Vbg / R 1 — это ток I _REF .
Как видно из уравнения. 2, R _SUM напрямую зависит от V _T . I _PTAT и I _REF могут быть выбраны так, чтобы коэффициент усиления единицы мог быть достигнут при любой температуре. В некоторых примерах коэффициент усиления изменяется от 1,0 до 1,6 при температурах от -40 ° C до 100 ° C. Не требуется, чтобы R _SUM 114 содержал пассивный резистор 110 ; скорее, R _SUM 114 может содержать только активное устройство. В примере, показанном на фиг.1 показано устройство NMOS 108 ; однако специалистам в данной области техники будет понятно, что используемое устройство может быть PMOS или любым другим типом устройства.

В другом варианте реализации резистора, зависящего от V _T , два источника тока в схеме резистора, зависящего от V _T , можно поменять местами, так что постоянный ток I _REF подается на вход операционного усилителя. 106 , генерирующее напряжение V _REF . I _PTAT подключен к узлу обратной связи операционного усилителя.Следовательно, R _SUM будет изменяться с 1 / V _T .

В некоторых вариантах реализации резистора, зависящего от V _T , можно использовать источники тока с различными зависимостями, которые зависят не только от температуры. Например, источники тока могут зависеть от напряжения или от параметра устройства, такого как пороговое напряжение этого устройства, или от любой другой переменной, которая может создать зависимый источник тока.

В еще одном варианте реализации резистора, зависящего от V _T , различные источники тока могут быть суммированы вместе в узле.Например, различные величины эталонного тока запрещенной зоны (который постоянен как функция температуры) и тока, который пропорционален абсолютной температуре (которая изменяется в зависимости от температуры), могут быть суммированы, чтобы создать любой произвольный наклон для R _{. СУММ} как функция температуры. Специалистам в данной области техники будет понятно, что можно создать активный резистор, который зависит от любой переменной или комбинации переменных, если переменные выражены в форме тока.Не требуется, чтобы активный резистор Rsum ( 114 ) содержал пассивный резистор. Rsum может включать в себя активное устройство и резистор или просто активное устройство.

РИС. 2 показана электрическая схема заземляющего резистора, зависимого от V _T , в соответствии с другим вариантом осуществления раскрытого устройства. Резистор, зависящий от V _T , является активным резистором и может использоваться в схеме с заземлением или в плавающей схеме. ИНЖИР. 2 изображен активный резистор, привязанный к земле.На фиг. 2, резистор, зависящий от V _T , показанный на фиг. 1 подключен к внешней цепи. На фиг. 2 схема активного резистора по фиг. 1 объединен с аналогичной схемой 216 , которая использует свойства активного резистора. Схема на фиг. 1 требуется для создания управляющего сигнала (напряжения затвора) для активного резистора, в то время как схема на фиг. 2 далее использует это для управления отдельным активным резистором 216 . Как обычно в конструкции ИС, полевой МОП-транзистор и резисторы в блоках 214 и 216 могут быть идентичными или масштабированными копиями.В предельном случае это могут быть устройства разных типов, но желаемая функция активного резистора наиболее точно отражается от 214 до 216 , если типы устройств и напряжения максимально схожи. Согласование устройств является неотъемлемой чертой интегральных схем и делает эту схему возможной.

Эта внешняя схема включает в себя активный резистор 216 и блок 218 . Операционный усилитель 206 , который управляет активным резистором 214 , также управляет устройством в реплике резистора 216 .Блок 218 представляет собой схему, в которой используется дублирующий резистор 216 . При таком использовании внешняя схема может обнаруживать изменение в активном резисторе 214 , поскольку оно изменяется в зависимости от V _T (или изменяется в зависимости от любого параметра, содержащегося в профиле входного тока, генерирующего активный резистор).

На ФИГ. 2, напряжение, которое чрезмерно изменяется на активном устройстве 222 , по сравнению с напряжением на его реплике устройства 208 , вызовет ошибки, которыми может управлять человек, разрабатывающий схему.

РИС. 3 показывает электрическую схему цепи смещения для резистора, зависящего от V _T , соединенного с дифференциальным усилителем в соответствии с еще одним вариантом осуществления раскрытого устройства. Здесь активный резистор используется в плавающей конфигурации. ИНЖИР. 3 показано, как блоки активных резисторов 320 и 324 используются в схеме дифференциального усилителя. Можно также увидеть схему управления активным резистором на фиг. 1, как содержится в элементах 304 , 312 , 314 , 306 и 302 .Однако общий узел на фиг. 1 (Vcm или GND) теперь подключен к стоку 316 . MOSFET 316 и OpAmp 314 используются для подзарядки схемы управления активным резистором до опорного напряжения, которое используется с реализованными активными резисторами 320 и 324 . Источники полевых МОП-транзисторов активных резисторов 320 и 324 подключены к OAM и OAP соответственно. Исходя из работы OpAmp 330 , OAM должен быть равен OAP.Мы видим, что OAP был выбран в качестве эталона для OpAmp 374 . OpAmp 374 работает, чтобы сделать OAPBUF, или общий узел схемы управления активным резистором, равным OAP и, следовательно, OAM. Следовательно, схема управления активным резистором и реализованные активные резисторы , 320, и , 324, имеют общее опорное напряжение.

Активные резисторы 320 и 324 являются копиями активного резистора 314 . Кроме того, согласованы активные резисторы 320 и 324 , которые образуют вход для операционного усилителя 330 .Входное напряжение активного резистора 320 составляет _M В, а входное напряжение активного резистора 324 составляет _В . V _M и V _P — напряжения на диодах , 416, и , 410, , соответственно, на представленных позже фиг. 4А.

На ФИГ. На схеме 3 номиналы резисторов 326 и 328 равны. Также номиналы резисторов 340 и 342 равны.Коэффициент усиления операционного усилителя 330 определяется отношением номиналов резисторов 326 к 324 (или 328 к 320 ). Таким образом, выходное напряжение на выходе ОУ 330 (V _OUT ) определяется выражением:

VOUT = (VT · ln⁢⁢IINIREF) · (vbg · RBOT · RBGR1 · RT · kVT⁢⁢ln⁢ ⁢N) Eq.⁢3
Член Vt * ln (Iin / Iref) является выходным сигналом преобразователя напряжение-ток-напряжение и входным сигналом (vp-vm) для дифференциального усилителя. Фактор идеальности диода не учитывается, так как он тоже постоянный.Это видно из уравнения. 3 видно, что тепловое напряжение указано в числителе и знаменателе, поэтому оно выпадет из уравнения. Используя только один тип резистора (например, поликремния) для резисторов в формуле. 3, можно минимизировать отклонения из-за производственных процессов и колебаний температуры. Теперь можно предположить, что температурные коэффициенты резистора присутствуют, поскольку в предыдущем разделе они были временно проигнорированы. Наибольшие оставшиеся ошибки будут вызваны случайным рассогласованием добавленных схем, с которым можно справиться, разработав операционные усилители с низким смещением и зеркала с низким смещением.Также следует отметить, что напряжение в узле 354 является буферизованной версией напряжения в узле 356 . Кроме того, OAP буферизуется вместо OAM, чтобы избежать взаимодействия с дифференциальным усилителем 330 петли обратной связи.

РИС. 4A показана электрическая схема преобразователя напряжения в ток в напряжение (V-I-V). Преобразование тока в напряжение в преобразователе напряжения в ток в напряжение выполняется логарифмически. ИНЖИР. 4B показана электрическая схема разностного усилителя.Комбинация схем на фиг. 4A и 4B построены каскады линеаризации и усиления детектора мощности. В детекторе мощности разность напряжений на диодах , 410, и , 416, на фиг. 4A усиливается схемой разностного усилителя 450 на фиг. 4Б.

Принцип работы схемы преобразователя V-I-V на фиг. 4A подробно объясняется здесь. Контур обратной связи подает напряжение в узле 430 (Vin) на резистор 404 , генерируя ток 432 (Iin).Опорное напряжение (Vref) прикладывается к узлу 440 , которое затем прикладывается к резистору 406 , генерируя ток 446 (Iref). Iin управляет диодом 410 , а Iref — диодом 416 . Диод 410 вырабатывает напряжение V _P , а диод 416 развивает напряжение V _M . Следовательно, разница напряжений на диодах 410 и 416 определяется по формуле:

VP-VM≈VT · ln⁡ (IinIref) Eq.⁢4
, где снова игнорируется коэффициент идеальности диода, поскольку он является константой. Эта разница в напряжении вводится в разностный усилитель 450 на фиг. 4Б. Разностный усилитель 450 увеличивает эту разницу на коэффициент усиления дифференциального усилителя, который определяется отношением номиналов резисторов R 2 / R 1 . Член Vgs на фиг. 4B представляет функцию сдвига уровня и является необязательной для специалистов в данной области техники. Таким образом, выходное напряжение дифференциального усилителя 450 определяется по формуле:
V _OUT = R 2/ R 1 · ( VP − VM ) Eq.5

Постоянный коэффициент усиления дифференциального усилителя 450 вызывает изменение его выходного напряжения более чем на 60% в диапазоне температур от -40 C до 100 C. Причина такого большого разброса на выходе дифференциального усилителя 450 состоит в том, что входное напряжение дифференциального усилителя является функцией V _T , как можно увидеть в уравнении. 4. V _T зависит от абсолютной температуры, таким образом, входное напряжение дифференциального усилителя 450 напрямую зависит от абсолютной температуры, а при постоянном коэффициенте усиления дифференциального усилителя выходное напряжение дифференциального усилителя напрямую зависит от абсолютного значения. температура.

Разница в температурных коэффициентах резисторов между разными типами резисторов, используемых с дифференциальным усилителем 450 , может использоваться для поддержания постоянного напряжения на выходе дифференциального усилителя. Резисторы 452 и 454 имеют равные значения R 1 и изготовлены из одного и того же полупроводникового материала, тогда как резисторы 456 и 458 имеют равные значения R 2 и изготовлены из другого полупроводникового материала.Эти полупроводниковые материалы могут быть, например, поликремнием или активной диффузией. R 1 и R 2 имеют разные температурные коэффициенты. Отношение R 2 к R 1 может быть использовано для минимизации температурной зависимости отношения; однако изменения в обработке полупроводников могут привести к значительному изменению номинальных значений или разницы в скорости изменения сопротивлений R 1 и R 2 в зависимости от температуры из-за того, что разные типы резисторов, такие как резисторы, изготовленные из поликремния или активной диффузии, некоррелированы и колеблются по-разному в зависимости от технологического процесса.

С другой стороны, фиг. 5 показана электрическая схема схемы 500 разностного усилителя, в которой используется заявленный в настоящее время активный резистор для минимизации колебаний его выходного напряжения. В то время как схема на фиг. 4B используются пассивные резисторы 452 и 454 , а схема дифференциального усилителя 450 страдает от больших колебаний выходного напряжения, схема на фиг. 5 заменяет эти пассивные резисторы активными резисторами 560 и 564 , что позволяет схеме дифференциального усилителя 500 иметь минимальное изменение выходного напряжения в зависимости от температуры.

Путем замены пассивных резисторов активными, уравнения 2, 4 и 5 могут быть объединены для получения выходного напряжения дифференциального усилителя 500 , которое теперь определяется следующим образом:

VOUT = (VT · ln⁢⁢IINIREF) · (vbg · RBOT · RBGR1 · RT · kVT⁢⁢ln⁢⁢N) Уравнение 6
Из уравнения 6 видно, что V _T находится в числителе и знаменателе, поэтому он выпадет из уравнения 6 • Используя только один тип резистора для резисторов в уравнении 6, можно свести к минимуму производственный процесс и колебания температуры.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что принцип активного резистора может использоваться в любой схеме операционного усилителя с резисторами, используемыми для установки усиления и / или установки компенсации стабильности полюса / нуля. Этот принцип может использоваться, среди прочего, в активных фильтрах или датчиках температуры.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что различные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы для удовлетворения широкого разнообразия технических требований. Если выше не указано иное, выбор подходящих значений компонентов является вопросом выбора конструкции, и различные варианты осуществления изобретения могут быть реализованы в любой подходящей технологии IC (включая, но не ограничиваясь ими, структуры MOSFET) или в гибридных или дискретных схемах.Варианты реализации интегральной схемы могут быть изготовлены с использованием любых подходящих подложек и процессов, включая, помимо прочего, стандартный объемный кремний, кремний на изоляторе (SOI) и кремний на сапфире (SOS). Если не указано иное, изобретение может быть реализовано в других транзисторных технологиях, таких как биполярные технологии, технологии GaAs HBT, GaN HEMT, GaAs pHEMT и MESFET. Изготовление в КМОП-технологии на основе процессов SOI или SOS позволяет создавать схемы с низким энергопотреблением, способностью выдерживать сигналы высокой мощности во время работы благодаря наложению полевых транзисторов, хорошей линейностью и высокочастотной работой (т.например, радиочастоты до и выше 50 ГГц). Монолитная реализация ИС особенно полезна, поскольку паразитные емкости обычно можно поддерживать на низком уровне (или, как минимум, поддерживать одинаковыми для всех блоков, что позволяет их компенсировать) за счет тщательного проектирования.

Уровни напряжения могут быть отрегулированы или полярности напряжения и / или логического сигнала могут быть изменены в зависимости от конкретной спецификации и / или технологии реализации (например, NMOS, PMOS или CMOS, а также транзисторные устройства с режимом улучшения или режимом истощения).Возможности управления напряжением, током и мощностью компонентов могут быть адаптированы по мере необходимости, например, путем регулировки размеров устройства, последовательного «наложения» компонентов (в частности, полевых транзисторов), чтобы выдерживать более высокие напряжения, и / или использования нескольких компонентов параллельно для обработки больших токов. Дополнительные компоненты схемы могут быть добавлены для расширения возможностей раскрытых схем и / или для обеспечения дополнительных функций без значительного изменения функциональности раскрытых схем.

Термин «MOSFET», используемый в этом раскрытии, означает любой полевой транзистор (FET) с изолированным затвором и содержащий металлическую или подобную металлу, изолятор и полупроводниковую структуру.Термины «металл» или «металлоподобный» включают по меньшей мере один электропроводящий материал (например, алюминий, медь или другой металл или высоколегированный поликремний, графен или другой электрический проводник), «изолятор» включает по меньшей мере один изолирующий материал (такой как оксид кремния или другой диэлектрический материал), а «полупроводник» включает по меньшей мере один полупроводниковый материал.

Был описан ряд вариантов осуществления изобретения. Следует понимать, что различные модификации могут быть выполнены без отклонения от сущности и объема изобретения.Например, некоторые из описанных выше этапов могут быть независимыми от порядка и, таким образом, могут выполняться в порядке, отличном от описанного. Кроме того, некоторые из описанных выше шагов могут быть необязательными. Различные действия, описанные в отношении указанных выше методов, могут выполняться повторно, последовательно или параллельно.

Следует понимать, что вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения объема изобретения, который определяется объемом следующей формулы изобретения, и что другие варианты осуществления находятся в пределах объема формулы изобретения.(Обратите внимание, что метки в скобках для элементов формулы предназначены для простоты ссылки на такие элементы и сами по себе не указывают на конкретный требуемый порядок или перечисление элементов; кроме того, такие метки могут быть повторно использованы в зависимых пунктах формулы как ссылки на дополнительные элементы, не будучи рассматривается как начало противоречивой последовательности маркировки).