Простая физика — EASY-PHYSIC

Эта статья поможет разобраться с источниками: что такое короткое замыкание, напряжение на зажимах, как найти внутреннее сопротивление источника.

Задача 1.

При подключении лампочки к источнику тока с В напряжение на лампочке В, а ток в ней А. Каково внутреннее сопротивление источника?

Падение напряжения на лампочке равно 4 В, следовательно, В  падает на внутреннем сопротивлении источника. Тогда, зная ток, можем найти это сопротивление:

Ответ: 2 Ом.

Задача 2.

Источник с ЭДС В и внутренним сопротивлением Ом замкнут никелиновой проволокой длиной м и площадью поперечного сечения мм. Каково напряжение на зажимах источника?

Определим сопротивление проволоки:

Таким образом, ток в цепи будет равен:

Тогда на внутреннем сопротивлении при таком токе упадет

И на зажимах источника будет

Можно было найти это напряжение иначе, как напряжение на проволоке:

Ответ: В.

Задача 3.

 Какого диаметра был выбран железный провод длиной м,
если после замыкания им источника тока с ЭДС В и внутренним сопротивлением Ом сила тока в нем А?

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно В, на проволоке, следовательно, падает В. При данном токе сопротивление проволоки равно:

Тогда ее сечение равно:

Сечение получено в мм! Поэтому диаметр получится в мм.

Так как , то

Ответ: мм

Задача 4.

В проводнике сопротивлением Ом, подключенном к элементу с В, сила тока А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента?
Падение напряжения на внешнем сопротивлении равно В. Следовательно, на внутреннем падает В. Значит, его сопротивление в 10 раз меньше и равно Ом. Тогда при коротком замыкании

Ответ: А.

Задача 5.

При сопротивлении внешней цепи Ом напряжение на зажимах источника В, а при сопротивлении Ом напряжение В. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление источника.

Запишем систему уравнений:

Тогда

Приравнивая, получим:

Откуда

Ответ: Ом.

Задача 6.

При подключении к источнику тока сопротивления Ом сила тока в цепи А, а при подключении сопротивления Ом -сила тока А. Найти внутреннее сопротивление и ЭДС батареи.

Ток в цепи:

Тогда запишем:

Разделив уравнения друг на друга, получим:

Ответ: Ом.

Задача 7.

В замкнутой цепи при уменьшении внешнего сопротивления на % ток увеличился на % . На сколько процентов  увеличился бы ток, если бы внешнее сопротивление уменьшили на % ?

До всевозможных изменений в цепи протекал ток, определяемый выражением:

Затем внешнее сопротивление уменьшили на 20 процентов, и оно стало равно . При этом ток равен :

Теперь запишем, каким будет ток, если внешнее сопротивление уменьшить на 40% ():

Пользуясь первыми двумя уравнениями, определим соотношением между и :

Приравняем правые части:

Или

Теперь разделим друг на друга второе и третье уравнения (третье будем делить на второе):

Подставляя , получим:

Ответ: ток увеличится на 50%.

№ 05 (v. 3) Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом

Лабораторная работа № 05

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом.

Цель работы: изучить измерения ЭДС, внутреннего сопротивления и тока короткого замыкания источника тока, основанный на анализе графика зависимости напряжения на выходе источника от силы тока в цепи.

Оборудование:

• гальванический элемент;
• амперметр;
• вольтметр;
• резистор R₁;
• переменный резистор;
• ключ;
• зажимы;
• металлический планшет;
• соединительные провода.

Теоретическая часть

Из закона Ома для полной цепи следует, что напряжение на выходе источника тока зависит прямо пропорционально от силы тока в цепи:
так как

I = E/(R + r), то IR + Ir = Е, но IR = U, откуда U + Iг = Е или U = Е — Iг.

Если построить график зависимости U от I, то по его точкам пересечения с осями координат можно определить Е, I_к.з. — силу тока короткого замыкания (ток, который потечет в цепи источника, когда внешнее сопротивление R станет равным нулю).

ЭДС определяют по точке пересечения графика с осью напряжений. Эта точка графика соответствует состоянию цепи, при котором ток в ней отсутствует и, следовательно,

U = Е.

Силу тока короткого замыкания определяют по точке пересечения графика с осью токов. В этом случае внешнее сопротивление R = 0 и, следовательно, напряжение на выходе источника U = 0.

Внутреннее сопротивление источника находят по тангенсу угла наклона графика относительно оси токов. (Сравните формулу U = Е — Iг с математической функцией вида y = ax + b и вспомните смысл коэффициента при x).  

Указания к работе

1. Исходя из перечня оборудования, рекомендованного для выполнения работы, составьте схему установки для исследования зависимости напряжения на выходе источника тока от силы тока в цепи.

2. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

U, В	знач	знач	знач	знач	знач
I, А

3. После проверки схемы преподавателем соберите электрическую цепь. Ползунок переменного резистора установите в положение, при котором сопротивление цепи, подключенной к источнику тока, будет максимальным.

4. Определите значение силы тока в цепи и напряжение на зажимах источника при максимальной величине сопротивления переменного резистора. Данные измерений занесите в таблицу.

5. Повторите несколько раз измерения силы тока и напряжения, уменьшая всякий раз величину переменного сопротивления так, чтобы напряжение на зажимах источника уменьшалось на 0,1В. Измерения прекратите, когда сила тока в цепи достигнет значения в 1А.

6. Нанесите полученные в эксперименте точки на график. Напряжение откладывайте по вертикальной оси, а силу тока — по горизонтальной. Проведите по точкам прямую линию.

7. Продолжите график до пересечения с осями координат и определите величины Е и I_к.з..

8. Измерьте ЭДС источника, подключив вольтметр к его выводам при разомкнутой внешней цепи. Сопоставьте значения ЭДС, полученные двумя способами, и укажите причину возможного расхождения результатов.

9. Определите внутреннее сопротивление источника тока. Для этого вычислите тангенс угла наклона построенного графика к оси токов. Так как тангенс угла в прямоугольном треугольнике равен отношению противолежащего катета к прилежащему, то практически это можно сделать, найдя отношение Е /I_к.з..

 

типов источников напряжения и тока: расширьте возможности своих проектов | Блог Advanced PCB Design

 

В детстве я ела пончики и любила сладкую и пикантную текстуру каждого кусочка. А когда в городе появились рогалики, мне было трудно их различить. На самом деле, я думал, что бублик — это просто другое название пончика, пока не вонзил в него зубы. Именно тогда я понял, что дырка посередине — это единственное, что их объединяет.

Ничего страшного, если вы не можете отличить пончики от рогаликов. Я бы не советовал принимать их, если вы на диете. Но вам придется нелегко, если вы не сможете отличить источник напряжения от источника тока. Хуже того, некоторые разработчики печатных плат думали, что источник тока — это миф, который существует только в учебнике.

На протяжении всей моей карьеры в области проектирования печатных плат я имел дело как с источниками напряжения, так и с источниками тока. Давайте посмотрим, что каждый из них означает, когда дело доходит до проектирования печатных плат.

Что такое источник напряжения

Источник напряжения можно определить как устройство, подающее постоянное напряжение на нагрузку. Теоретически источник напряжения идеален, если он будет поддерживать определенное напряжение независимо от потребляемого тока. Идеальный источник напряжения не имеет внутреннего сопротивления.

В действительности идеального источника напряжения не существует. У вас есть практические источники напряжения, внутреннее сопротивление которых влияет на уровень напряжения на нагрузке. Источник напряжения может вырабатывать переменное напряжение, например, источник питания переменного тока, или он может обеспечивать постоянное напряжение, например, аккумулятор.

 

Аккумулятор является типичным источником напряжения

 

При проектировании печатных плат использование источника напряжения является обязательным, поскольку для работы всех ИС требуется определенный уровень напряжения. Источники напряжения, такие как импульсные регуляторы, определяются их допустимым током, то есть максимальным током. нагрузка могла надежно работать без значительного падения ее выходного напряжения или повышения температуры из-за потери мощности на внутреннем сопротивлении.

Что такое источник тока

В отличие от источника напряжения, физически представить источник тока сложнее. Теоретически это определяется как устройство, которое может обеспечивать постоянный ток независимо от напряжения, необходимого для нагрузки. Теоретически идеальный источник тока может обеспечивать бесконечное напряжение.

Однако в физическом мире невозможно существование идеального источника тока. Практический источник тока имеет огромное значение сопротивления, но тем не менее оно конечно. Это означает, что практический источник тока не может поддерживать требуемый ток, если напряжение на нагрузке возрастает до определенного уровня.

 

Источник тока обычно состоит из транзисторов.

 

У вас нет ни одного компонента, который был бы конкретно источником тока. Источником тока в конструкции печатной платы обычно являются транзисторы.

Например, ток эмиттера биполярного транзистора определяется током, протекающим через базу. При обеспечении положительного напряжения на переходе база-эмиттер через эмиттер будет протекать постоянный ток, который является прямой функцией тока базы.

Проектирование с использованием источников напряжения и тока в печатной плате

Теперь, когда мы закончили с теориями, давайте приступим к работе с источниками напряжения и тока в печатной плате. Есть несколько рекомендаций, которые следует учитывать при проектировании с обоими типами компонентов.

Наиболее распространенными источниками напряжения являются стабилизаторы напряжения и аккумуляторы. При выборе источника напряжения необходимо убедиться, что он соответствует требованиям к мощности нагрузки. Для аккумуляторов критически важным параметром, который вы должны учитывать, является его емкость. Что касается регуляторов напряжения, максимальный номинальный ток важен для обеспечения надежной подачи требуемого напряжения.

Как уже упоминалось, источники напряжения не имеют нулевого сопротивления. Регулятор напряжения, являющийся источником напряжения, имеет внутреннее сопротивление. Это означает, что тепло будет отводиться от падения напряжения на внутреннем сопротивлении. Вы должны убедиться, что тепловыделение хорошо продумано при проектировании с регулятором напряжения.

Прекрасным примером источника тока в конструкции печатной платы является драйвер токовой петли. Драйвер токовой петли используется для передачи аналогового сигнала на большое расстояние. В промышленных приложениях обычно используются драйверы 4-20 мА для передачи рабочих параметров на централизованный контроллер.

При проектировании источника тока, такого как драйвер 4-20 мА, важно помнить, что сопротивление драйвера не бесконечно. Это означает, что ток разделяется на две части: одна проходит через внутреннее сопротивление, а другая — через нагрузку. Когда внутреннее сопротивление уменьшается, больший ток будет проходить внутри, а меньший — на нагрузку.

При проектировании источника тока также важно помнить, что он будет подавать только ток, который ограничен напряжением, которое драйвер может поддерживать. Драйвер 4-20 мА будет постоянно регулировать свой ток до указанного уровня. Однако, когда длина провода кабеля увеличивается до определенного порога, драйвер не сможет создать напряжение, необходимое для проталкивания требуемого тока.

Независимо от того, используете ли вы источник напряжения или тока, рассеивание тепла является важным фактором, и для этого вам понадобится передовое программное обеспечение для проектирования печатных плат. Опция PSpice SMOKE даст вам четкую перспективу тепловых горячих точек в дизайне.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

Практическая эквивалентная схема источников напряжения и тока

Практические источники напряжения и тока, эквивалентная принципиальная схема

Источник напряжения

Текущие источники

Характеристики реального источника напряжения

Источник напряжения

Источник идеального напряжения обеспечивает постоянное напряжение на своем выводе в цепи независимо от тока нагрузки.

Практические источники напряжения являются реальными и используются в повседневной жизни. Практический источник напряжения имеет внутреннее сопротивление, которое вызывает падение напряжения на клеммах из-за протекания тока.

Идеальный источник напряжения и практический источник напряжения – эквивалентная принципиальная схема

(индекс S обозначает источник, L обозначает нагрузку)

Примечание. Эквивалентная принципиальная схема представляет собой представление, которое можно использовать для расчета истинного напряжения на клеммах источника напряжения, когда от него поступает ток. Обратите внимание, что внутреннее сопротивление является неотъемлемым свойством источника, а не дискретной составляющей, которую можно измерить с помощью омметра.

Относительно практического источника напряжения:

• При отсутствии нагрузки напряжение на клеммах равно внутреннему напряжению В ₀ .
• С нагрузкой получается: V _из = V _S – R _S * I
• В случае короткого замыкания применяется: I _max = U _S / R _S

---

Источники тока

Источники тока — это активные сетевые элементы, которые должны обеспечивать одинаковый ток для любой подключенной к ним нагрузки.

Идеальные источники тока обеспечивают одинаковый ток для любого подключенного к нему сопротивления. Там, где на практике источники тока могут иметь разное сопротивление току.

Идеальный источник тока и практический источник тока и их эквивалентная принципиальная схема

Относительно практического источника тока:

• Без нагрузки вы получаете напряжение на клеммах: V = R _s * I
• В случае короткого замыкания применяется: I _max = I _q

---

---

Подробнее

Характеристики реального источника напряжения

Из-за внутреннего сопротивления Rs напряжение на клеммах уменьшается с увеличением тока:

Источник реального напряжения — зависимость напряжения на клеммах от нагрузки

Максимальное напряжение на клеммах может быть получено при отсутствии тока. По мере увеличения тока напряжение на клеммах уменьшается из-за падения напряжения на внутреннем резисторе Rs:

В _вых = В _с – В _Rs

В _вых = В _с – R с * I     … Ур.