ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК • Большая российская энциклопедия

ПЕРЕМЕ́ННЫЙ ТО́К, элек­три­че­ский ток, из­ме­няю­щий­ся во вре­ме­ни. В об­щем по­ни­ма­нии к П. т. от­но­сят разл. ви­ды им­пульс­ных, пуль­си­рую­щих, пе­рио­дич. и ква­зи­пе­рио­дич. то­ков. В тех­ни­ке под П. т. обыч­но под­ра­зу­ме­ва­ют пе­рио­ди­че­ский (или близ­кий к пе­рио­ди­че­ско­му) ток пе­ре­мен­но­го на­прав­ле­ния. В про­стей­шем слу­чае мгно­вен­ное зна­че­ние си­лы П. т. из­ме­ня­ет­ся во вре­ме­ни по гар­мо­нич. за­ко­ну (гар­мо­ни­че­ский, или си­ну­сои­даль­ный, П. т.): $i=I_m\sin (ωt+α)$, где $I_m$ – ам­пли­ту­да то­ка, $ω=2πf$ – кру­го­вая час­то­та, $α$ – на­чаль­ная фа­за. Гар­мо­нич. ток соз­да­ёт­ся си­ну­сои­даль­ным на­пря­же­ни­ем той же час­то­ты: $u=U_m\sin (ωt+β)$, $U_m$ – ам­пли­ту­да на­пря­же­ния, $β$ – на­чаль­ная фа­за. Для ха­рак­те­ри­сти­ки си­лы П. т. за ос­но­ву при­ня­то со­пос­тав­ле­ние сред­не­го те­п­ло­во­го дей­ст­вия П. т. с те­п­ло­вым дей­ст­ви­ем по­сто­ян­но­го то­ка со­от­вет­ст­вую­щей си­лы; по­лу­чен­ное зна­че­ние си­лы П.  т. $I$ на­зы­ва­ет­ся дей­ст­вую­щим (или эф­фек­тив­ным) зна­че­ни­ем, ма­те­ма­ти­че­ски пред­став­ляю­щим сред­не­квад­ра­тич­ное (за пе­ри­од) зна­че­ние си­лы то­ка. Для си­ну­сои­даль­ных то­ков дей­ст­вую­щие зна­че­ния П. т. рав­ны: $I=I_m/\sqrt{2}$, $U=U_m/\sqrt{2}$. Важ­ной ха­рак­те­ри­сти­кой П. т. яв­ля­ет­ся его час­то­та $f$. В элек­тро­энер­ге­тич. сис­темах РФ и боль­шин­ст­ва стран ми­ра приня­та стан­дарт­ная час­то­та $f$=50 Гц, в США – 60 Гц. В тех­ни­ке свя­зи при­ме­ня­ют­ся П. т. вы­со­кой час­то­ты (от 100 кГц до 30 ГГц). Для спец. це­лей в пром-сти, ме­ди­ци­не и др. от­рас­лях нау­ки и тех­ни­ки ис­поль­зу­ют П. т. са­мых разл. час­тот, а так­же им­пульс­ные то­ки (см. Им­пульс элек­три­че­ский).

В элек­тро­тех­ни­ке (и час­тич­но в ра­дио­тех­ни­ке) обыч­но реа­ли­зу­ют­ся элек­трич. це­пи ква­зи­ста­цио­нар­ных то­ков. При этом в мно­го­про­вод­ных сис­те­мах, пред­на­зна­чен­ных для пе­ре­да­чи энер­гии, час­то ис­поль­зу­ют мно­го­фаз­ные П. т. – те­ку­щие по раз­ным про­во­дам то­ки с оди­на­ко­вы­ми ам­пли­ту­да­ми, но раз­ны­ми фа­за­ми (см. Трёх­фаз­ная цепь). Боль­шин­ст­во пас­сив­ных элек­трич. це­пей ра­бо­та­ет в ли­ней­ном ре­жи­ме, ко­гда спра­вед­лив су­пер­по­зи­ции прин­цип. При про­хо­ж­де­нии че­рез та­кие це­пи гар­мо­нич. П. т. не ис­ка­жа­ют сво­ей фор­мы, то­гда как при на­ли­чии не­ли­ней­ных эле­мен­тов (напр., сер­деч­ни­ков в транс­фор­ма­то­рах, не­ли­ней­ных пре­об­ра­зо­ва­те­лей, элек­трон­ных ламп и т. п.) си­ну­сои­даль­ные сиг­на­лы ис­ка­жа­ют­ся, обо­га­ща­ясь выс­ши­ми гар­мо­ни­ка­ми. Ква­зи­ста­цио­нар­ные це­пи с со­сре­до­то­чен­ны­ми па­ра­мет­ра­ми мо­гут быть со­став­ле­ны в ви­де оп­ре­де­лён­ной ком­бина­ции ин­дук­тив­но­стей $L$, ём­ко­стей $C$ и со­про­тив­ле­ний $R$. Связь ме­ж­ду на­пря­же­ни­ем и си­лой П. т. в этих эле­мен­тах за­да­ёт­ся фор­му­ла­ми $$u=L(di/dt), u=Ri, C(du/dt)=i.$$ В не­ли­ней­ных ре­жи­мах ве­ли­чи­ны $L$, $C$ и $R$ яв­ля­ют­ся функ­ция­ми про­те­каю­ще­го то­ка $i$; в ли­ней­ных ре­жи­мах они ли­бо по­сто­ян­ны, ли­бо за­ви­сят в яв­ном ви­де от вре­ме­ни (па­ра­мет­рич. {–1}$ и $Z_R=R$ (здесь $j$ – мни­мая еди­ни­ца). То­гда ква­зи­ста­цио­нар­ная ли­ней­ная цепь (мно­го­по­люс­ник) мо­жет быть рас­счи­та­на по Кирх­го­фа пра­ви­лам, т. е. в этом слу­чае при­ме­ни­мы ме­то­ды рас­чё­тов це­пей по­сто­ян­но­го то­ка.

С рос­том час­то­ты ква­зи­ста­цио­нар­ное при­бли­же­ние пе­ре­ста­ёт быть спра­вед­ли­вым, и для по­лу­че­ния рас­пре­де­ле­ния П. т. не­об­хо­ди­мо при­ме­нять Мак­свел­ла урав­не­ния. В этом слу­чае ино­гда то­ки на­зы­ва­ют быс­тро­пе­ре­мен­ны­ми (БПТ) и опе­ри­ру­ют не с сум­мар­ны­ми (ин­те­граль­ны­ми) си­ла­ми то­ка, а с их объ­ёмны­ми плот­но­стя­ми. Плот­ность БПТ вклю­ча­ет по­тен­ци­аль­ную и вих­ре­вую ком­по­нен­ты. По­след­няя от­вет­ст­вен­на за воз­бу­ж­де­ние вих­ре­вых элек­тро­маг­нит­ных по­лей. В от­кры­тых (не­эк­ра­ни­ро­ван­ных) сис­те­мах имен­но с вих­ре­вы­ми П. т. свя­за­но из­лу­че­ние элек­тро­маг­нит­ной энер­гии, что ис­поль­зу­ет­ся, напр., в из­лу­ча­те­лях (ан­тен­нах), где пу­тём под­бо­ра рас­пре­де­ле­ний БПТ соз­да­ют­ся тре­буе­мые уг­ло­вые рас­пре­де­ле­ния по­лей из­лу­че­ния (диа­грам­мы на­прав­лен­но­сти).

31. Однофазный переменный ток. Основные характеристики.

Переменным электрическим током называется ток, периодически меняющийся по величине и направлению.

Основное достоинство переменного тока заключается в возможности трансформировать напряжение. Кроме того, электрические машины переменного тока надежней в работе, проще по устройству и эксплуатации.

Говоря о переменном токе, обычно имеют в виду синусоидальный переменный ток, т. е. ток, изменяющийся по синусоидальному закону. При синусоидальном токе ЭДС электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимоиндукции изменяются по синусоидальному закону. Синусоидальный переменный ток проходит в замкнутой линейной электрической цепи под действием синусоидальной ЭДС.

Амплитуда – это максимальное значение периодически изменяющейся величины.

Период – это время, в течение которого переменная величина делает полный цикл своих изменений, после чего изменения повторяются в то же последовательности.

Обозначается период буквой Ти измеряется в секундах

Частота – это число периодов за единицу времени.

Обозначается частота буквойf, f= 1/T, и измеряется в герцах.

Угловая скорость – характеризуется углом поворотом рамки в единицу времени.

Обозначается ω (омега), .

Мгновенное значение – значение в данный момент времени.

Действующее значение переменного тока – значение переменного тока эквивалентное постоянному току по тепловому действию.

Действующее значение переменного тока в раза меньше его амплитудного значения.

32. Электрические цепи синусоидального тока с активным сопротивлением.

В общем случае цепь переменного тока характеризуется тремя параметрами: активным сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью С. В технике часто применяются цепи переменного тока, в которых преобладает один или два из этих параметров.

При анализе работы и расчетах цепей исходят из того, что для мгновенных значений переменного тока можно использовать все правила и законы постоянного тока.

Активным сопротивлением R обладают элементы, которые нагреваются при прохождении через них тока (проводники, лампы накаливания, нагревательные приборы и т.д.).

Е сли к активному сопротивлению R приложено синусоидальное напряжение , то и ток в этой цепи изменяется по синусоидальному закону:

Ток в цепи с активным сопротивлением совпадает по фазе с напряжением, так как начальные их фазы равны.

33. Электрические цепи синусоидального тока с индуктивностью.

Идеальной называют индуктивность L такой катушки, активным сопротивлением R и емкостью С которой можно пренебречь, т.е. R = 0 и С=0.

Если в цепи идеальной катушки индуктивностью Lпроходит синусоидальный ток ,то этот ток создает в катушке синусоидальный магнитный поток , который индуктирует в катушке ЭДС самоиндукции.

Тогда

Т аким образом, ЭДС самоиндукции в цепи с идеальной индуктивностью L, как и ток, вызвавший эту ЭДС, изменяется по синусоидальному закону, но отстает от тока по фазе на угол .

Следовательно

Для существования тока в цепи с идеальной индуктивностью необходимо приложить к цепи напряжение, которое в любой момент времени равно по величине, но находится в противофазе с ЭДС, вызванной этим током. I=U/ωL.

Закон Ома для этой цепи можно записать так:

Индуктивное сопротивление Х_L– это противодействие, которое ЭДС самоиндукции е_Lоказывает изменению тока.

Характеристики переменного и постоянного тока | Наука

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Автор Kim Lewis

Токи переменного и постоянного тока имеют некоторые общие характеристики. Оба они состоят из движущихся зарядов и жизненно важны для цепей и электронных устройств. Однако они генерируются по-разному и ведут себя по-разному. Переменный ток имеет синусоидальную форму и исходит от генераторов переменного тока. Постоянные токи постоянны во времени и исходят из таких источников, как батареи или генераторы постоянного тока. Эти различия между ними влияют на роли, которые они играют в цепях.

Постоянные токи

Постоянные токи текут только в одном направлении и неизменны во времени. Их внешний вид представляет собой прямую линию, которая не меняется. Они производятся из источников питания, таких как батареи, блоки питания и генераторы постоянного тока. Фотоэлектрические устройства, такие как солнечные элементы, также генерируют энергию постоянного тока.

Переменные токи

Переменные токи меняют направление, текут сначала в одну сторону, затем в другую. Это синусоидальные волны, поэтому они меняются во времени. Они производятся из таких источников, как источники питания и генераторы переменного тока. В Северной Америке переменный ток составляет 120 вольт и 60 герц или циклов в секунду. Это означает, что он меняет направление 60 раз в секунду. В Европе это обычно 50 герц при напряжении от 220 до 240 вольт.

Электрические генераторы

Генераторы переменного тока производят электричество путем преобразования механической энергии в электрическую. Механическая энергия пара используется для вращения петель в магнитном поле, а генерируемая ЭДС представляет собой синусоидальную волну, изменяющуюся во времени. Генераторы постоянного тока очень похожи на свои аналоги переменного тока, но у них генерируемая ЭДС представляет собой постоянный ток.

Необычные источники электроэнергии

Сбор энергии, также известный как сбор энергии или сбор энергии, — это место, где энергия окружающей среды хранится и улавливается. Окружающие источники энергии являются естественными, неэлектрическими по своей природе и самовосстанавливающимися, такими как ветер или солнце. Сбор энергии человека использует человеческое тело для производства энергии. Человеческая походка благодаря своим колебательным движениям является естественным источником энергии переменного тока. Для изучения этого явления были созданы наколенники и человеческие рюкзаки.

Органы электрических угрей состоят из дисковидных клеток, которые ведут себя как батареи и располагаются рядами, поэтому по своей природе они имеют постоянный ток. Они могут производить от 100 до 650 вольт, в зависимости от их размера. Угри используют свое электричество, чтобы поражать добычу током, а также для самообороны.

Функции

Переменный ток используется для питания двигателей холодильников, поездов, компьютеров, жестких дисков, промышленного оборудования, бытовой техники и многих других электронных устройств. Они используются для питания зданий, как и электричество, поступающее из розеток в домохозяйствах. Постоянный ток, создаваемый батареями, используется в электроинструментах, портативных радиоприемниках и телевизорах, игрушках и многих других устройствах. Есть некоторые устройства, в которых можно использовать питание переменного или постоянного тока, например, в сотовых телефонах. В этом случае, если батарея не работает в устройстве, диод в качестве выпрямителя помещается внутри, например, в блоке питания. Диод преобразует переменное напряжение в постоянное.

Характеристики переменного тока операционных усилителей

Для синусоидальных (переменного) сигналов с малым сигналом необходимо знать характеристики переменного тока, такие как частотная характеристика и скорость нарастания.

АС Характеристики:

 

Для Применение с синусоидальным (переменным) сигналом с малым сигналом необходимо знать характеристики переменного тока такие как частотная характеристика и скорость нарастания.

 

1. Частотная характеристика:

 

изменение рабочей частоты приведет к изменению величины усиления и его фазовый угол. Способ, которым усиление операционного усилителя реагирует на различных частот называется частотной характеристикой. Операционный усилитель должен иметь бесконечная полоса пропускания BW = ∞ (т.е.), если его коэффициент усиления разомкнутого контура составляет 90 дБ с сигналом постоянного тока его усиление должно оставаться тем же 90 дБ на аудио и на высоких частотах. частота. Коэффициент усиления операционного усилителя уменьшается (спад) на более высокой частоте, что причины для уменьшения усиления после достижения определенной частоты. Должен быть емкостная составляющая в эквивалентной схеме ОУ. Для операционного усилителя только с одной изломной (угловой) частотой все эффекты конденсаторов могут быть представлен одним конденсатором C. На рис. ниже показан модифицированный вариант конденсатора C. низкочастотная модель с конденсатором С на выходе.

Есть является одним полюсом из-за R ₀ C и одним -20 дБ/декада. Напряжение разомкнутого контура усиление операционного усилителя только с одной угловой частотой получено сверху рис.

ф1 угловая частота или верхние 3 дБ частоты операционного усилителя.

величина и фазовый угол коэффициента усиления по напряжению разомкнутого контура f1 частоты могут быть записывается как, Амплитудная и фазовая угловые характеристики:

1. За частота f<< f ₁ величина усиления составляет 20 log AOL в дБ.

2. В частота f = f ₁ усиление на 3 дБ ниже постоянного значения AOL в дБ. Эта частота f1 называется угловой частотой.

3. За f>> f ₁ слабый спад со скоростью -20 дБ/декада или -6 дБ/декада.

Откуда фазовые характеристики, что фазовый угол равен нулю на частоте f = 0. При угловая частота f1 фазовый угол равен -45º (отставание и бесконечная частота фазового угол -90 . Он показывает, что в операционном усилителе с один конденсатор C. Нулевая частота принимается за декаду ниже угла частота и бесконечная частота на одну декаду выше угловой частоты.

 

2. Стабильность цепи:

 

А Цепь или группа цепей, соединенных вместе в систему, называется устойчивым, если его o/p достигает фиксированного значения за конечное время. Говорят, что система быть неустойчивым, если его o/p увеличивается со временем, а не достигает фиксированного значения. На самом деле o/p нестабильной системы продолжает увеличиваться до тех пор, пока система не сломается. вниз. Нестабильная система непрактична, и ее необходимо сделать стабильной. Критерий gn для стабильности используется, когда система должна быть протестирована на практике. В теоретически всегда используется для проверки стабильности системы, например: графики Боде.

Боде графики сравниваются по амплитуде и частоте и фазовому углу относительно частоты. Любой система, устойчивость которой необходимо определить, может быть представлена ​​блоком диаграмма.

блок между выходом и входом называется прямым блоком, а блок между выходным сигналом и сигналом f/b называется обратной связью блокировать. Содержимое каждого блока называется частотой передачи. Из рис. мы представили его AOL (f), который задается

А _ПР (f) = V ₀ /V _в , если V _f = 0 —— (1)

, где A _OL (f) = коэффициент усиления по напряжению без обратной связи.

коэффициент усиления замкнутого контура A _f определяется выражением A _F = V ₀ /V _in

= A _OL / (1+(A _OL ) (B) —-(2)

Б = усиление цепи обратной связи.

Б является константой, если в цепи обратной связи используются только резистивные компоненты.

Один раз построены графики зависимости амплитуды от частоты и фазового угла от частоты, система стабильность можно определить следующим образом:

1. Метод 1:

Определить фазовый угол, когда величина (AOL) (B) равна 0 дБ (или) 1.

Если фазовый угол >-180, система устойчива. Однако некоторые систем величина никогда не может быть равна 0, в этом случае необходимо использовать метод 2.

2. Метод 2:

Определить фазовый угол, когда величина (AOL) (B) равна 0 дБ (или) 1,

Если фазовый угол > — 180, Если магнитуда -5 децибел, то система стабильна. Однако в некоторых системах фазовый угол системы может достигать -1800, в таких условиях необходимо использовать метод 1 для определения стабильность системы.

 

3. Характеристики постоянного тока операционного усилителя:

 

Ток берется из источника во входы ОУ по-разному реагируют на ток и

напряжение из-за несовпадения транзисторов.

ДЦ выходные напряжения,

· Вход ток смещения

· Вход ток смещения

· Вход напряжение смещения

· Термальный дрейф

 

Входной ток смещения:

Вход операционного усилителя представляет собой дифференциальный усилитель, который может быть выполнен на биполярных транзисторах или полевых транзисторах.

В идеальный операционный усилитель, мы предположили, что ток не поступает с входных клемм базовые токи, поступающие на инвертирующие и неинвертирующие клеммы (I _Б — & I _B + соответственно).

Четный хотя оба транзистора идентичны, I _B — и I _B + не совсем равны из-за внутреннего дисбаланса между двумя входами. Производители указывают входной ток смещения I _B

Если входное напряжение V _i = 0В. Выходное напряжение Vo также должно быть (V _o = 0), но для I _B = 500 нА. Мы обнаруживаем, что выходное напряжение компенсируется операционным усилителем с резистором обратной связи 1 МОм.

Vo = 500 нА X 1M = 500 мВ

Выход доведен до 500 мВ с нулем вход из-за токов смещения.

В приложениях, где уровни сигнала измеряются в мВ, это совершенно неприемлемо. Это может быть компенсировано за счет компенсационный резистор R _comp добавлен между неинвертирующим входной разъем и заземление, как показано на рисунке ниже.

Текущий I _B ⁺ протекающий через компенсирующий резистор R _комп , тогда по КВЛ получаем,

— V ₁ +0+V ₂ -V _o = 0 (или)

V _o = V ₂ –  V ₁         ——— (1)

Путем выбора правильного значения R _comp , V ₂ можно отменить с помощью V ₁ и V _o = 0. Значение Rcomp получается как

V ₁ = I _B ⁺ R _comp          (или)

I _B ⁺ = V ₁ /R _комп. ———————— (2)

Узел «a» находится под напряжением (-V ₁ ). Потому что напряжение на неинвертирующем входе равно (-V ₁ ). Так с V _i = 0 получаем,

I ₁ = V ₁ /R ₁ ———————— (3)

I ₂ = V ₂ /R _f ———————— (4)

Для компенсация, V _o должна быть равна нулю (V _o = 0, V _i = 0). то есть из уравнения (3) V ₂ = V ₁ . Итак,

I ₂ = V ₁ /R _f ——> (5)

KCL в узле «а» дает,

I _B ^— = I ₂ + I ₁ =( V ₁ /R _f ) +(V ₁ /R ₁ ) = В ₁ (Р ₁ +R _f )/R ₁ R _f   ———————— (5)

Предположим I _B ^— = I _B ⁺ и используя уравнение (2) & (5) получаем

В ₁ (R ₁ +R _f )/R ₁ R _f   = V ₁ /R _компл.

R _компл. = R ₁ || R _f                         ———————— (6)

т.е. для компенсации тока смещения компенсирующий резистор Rcomp должен быть равна параллельной комбинации резисторов R ₁ и R _f .

 

Входной ток смещения:

ü Предвзятость Компенсация тока будет работать, если оба тока смещения I _B ⁺ и I _B ^— равны.

ü С входной транзистор нельзя сделать одинаковым. Всегда будет какая-то маленькая

разница между I _B ⁺ и I _B ^— . Этот разница называется текущим смещением

|Ios| = I _B ⁺ -I _B ^— ———————— (7)

Смещение ток I _os для операционного усилителя BJT составляет 200 нА, а для операционного усилителя FET — 10 пА. Даже с компенсацией тока смещения ток смещения создаст выходное напряжение когда V _i = 0,

Снова V ₀ = I ₂ R _f – V ₁

Vo = I ₂ R _f — I _B ⁺ R _комп

Vo = 1 МОм X 200 нА

Vo = 200 мВ с V _i = 0

Уравнение (16) ток смещения может быть сводится к минимуму, сохраняя малым сопротивление обратной связи.

· К сожалению, чтобы получить высокий вход импеданс, R1 должен быть большим.

· R1 большой, резистор обратной связи Rf должен также быть высоким. Чтобы получить разумную прибыль.

Сеть T-обратной связи хороша решение. Это позволит получить большое сопротивление обратной связи, сохраняя при этом сопротивление заземлению низкое (пунктирная линия).

· T-сеть обеспечивает сигнал обратной связи как если бы сеть была одним резистором обратной связи.

Путем преобразования T в Π,   

Для проектирования первого выбора Т-сети Rt<

 

Входное напряжение смещения:

In Несмотря на использование вышеперечисленных компенсационных приемов, установлено, что выходное напряжение может все еще не быть нулевым при нулевом входе напряжение [Vo ≠ 0 при Vi= 0]. Это связано с неизбежным дисбалансом внутри операционный усилитель, и, возможно, придется подать небольшое напряжение на входной терминал, чтобы сделать выход (Vo) = 0.

Это напряжение называется входным смещением напряжение Вос. Это напряжение, которое необходимо подать на вход, чтобы выходное напряжение до нуля (Vo = 0).

Пусть Определим Вос на выходе инвертирующего и неинвертирующего усилителя. Если V _i = 0 (фиг. (б) и (в)) становятся такими же, как на рис. (г).

 

Суммарное выходное напряжение смещения:

общее выходное напряжение смещения V _OT может быть как больше, так и меньше напряжение смещения, возникающее на выходе из-за входного тока смещения (I _B ) или только входное напряжение смещения (V _или ). Это потому, что ИБ и Вос могли быть либо положительным, либо отрицательным по отношению к земле. Поэтому максимум напряжение смещения на выходе инвертирующего и неинвертирующего усилителя (рисунок б, в) без использования какой-либо техники компенсации дается многими операционными усилителями обеспечить штифты компенсации смещения, чтобы обнулить напряжение смещения.