Site Loader

Содержание

Закон Ома — Викизнание… Это Вам НЕ Википедия!

Закон Ома связывает величину напряжения (либо ЭДС) и силы тока в линейной электрической цепи с её сопротивлением. Открыт в 1826 году. Назван в честь Георга Ома.

Существует два варианта закона Ома в интегральной форме — для участка цепи и для всей цепи, дифференциальная форма и расширения его для случаев синусоидального переменного тока и переходных процессов.

Закон Ома для участка цепи[править]

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока в участке цепи помноженная на сопротивление участка равна напряжению между его концами.

В виде формулы:

либо

где

Закон можно выразить также через величину электрической проводимости :

Обе записи закона Ома эквивалентны.

Закон Ома для всей цепи[править]

Закон ома для всей цепи гласит, что сила тока циркулирующего по неразветвлённой замкнутой цепи, помноженная на суммарное сопротивление этой цепи равна суммарной ЭДС источников в ней.

В виде формулы:

где

Закон Ома в дифференциальной форме[править]

Дифференциальная форма позволяет рассматривать не целый участок цепи, а бесконечно малый элемент проводника с током посредством связи векторов напряжённости электрического поля и плотности тока через удельное сопротивление или удельную проводимость :

, или
.

То есть дифференциальная форма закона Ома полностью аналогична интегральной с учётом замены величин, описывающих макроскопические физические тела на величины, описывающие физические поля в конкретной точке пространства. При этом однако следует учитывать, что удельные сопротивление и проводимость являются вообще говоря тензорами, и, если среда проявляет анизотропию по отношению к электрическому току, то векторы напряжённости и плотности тока могут иметь разные направления (электрический ток отклоняется от линий электрического поля).

Закон Ома для переменного тока[править]

Закон Ома применим как к постоянному току, так и к мгновенным значениям напряжения и тока:

где

  • — напряжение между концами участка цепи в момент времени ,
  • — сила тока, протекающего через участок цепи в момент времени .

Более того, закон Ома применим и к таким величинам, как амплитудное, действующее, среднее, минимальное, максимальное значение, размах напряжения и тока, связывая соответствующие величины между собой. Так амплитуда напряжения будет связана с амплитудой тока выражением

среднее значение напряжения и тока — выражением:

и т. д. Любая линейная функция тока и напряжения будет подчиняться закону Ома, если закону Ома подчиняется мгновенное значение.

Применимость закона Ома[править]

Закон Ома носит эмпирический характер. Он с хорошей точностью применим к подавляющему большинству материалов. К таким материалам, например, относятся металлы и сплавы, электролиты, их растворы и расплавы и многие другие вещества. Неприменим закон, или применим в очень узких пределах к полупроводникам.

Применимость закона ограничена не только материалами. Закон не учитывает различные эффекты, которые могут приводить нелинейности или непостоянству коэффициента пропорциональности. К таким эффектам можно отнести влияние саморазогрева на сопротивление, скин-эффект, электрический и термический пробой.

Протекание электрического тока через неидеальный проводник приводит к преобразованию электрической энергии в тепло, а, следовательно к повышению температуры проводника. Электрическое сопротивление материалов зависит от температуры, а значит, прохождение тока будет влиять на сопротивление, таким образом зависимость тока от напряжения будет нелинейной. Наличие обратной связи между сопротивлением и разогревом это может приводить к сложному характеру зависимости, например, к лавинообразному. Также в силу инерционности тепловых процессов он также будет иметь зависимость от времени. Эффект сильно проявляет себя в нагревательных приборах и лампах накаливания, а также используется в самовосстанавливающихся предохранителях и бареттерах.

Скин-эффект вытесняет переменный электрический ток на поверхность проводника, что приводит к возрастанию сопротивления проводника от частоты тока.

Несмотря на то, что он не вносит нелинейность в зависимость тока от напряжения, возникает зависимость сопротивления от частоты. Это также приводит к искажению формы электрических сигналов с широким спектром.

Расширения закона Ома[править]

Закон Ома для реактивного сопротивления[править]

При протекании тока через такие элементы, как конденсаторы и катушки индуктивности закон Ома для мгновенных значений тока и напряжения не выполняется. Однако, если рассматривать действие на такие элементы напряжения, подчиняющемуся гармоническому закону:

в силу их линейности ток также будет гармоническим, но со сдвигом фазы :

При этом амплитудные значения напряжения и тока будут пропорциональны (при отрицательном сдвиге фаз её значение будет отрицательным), так что можно можно написать для них следующую формулу:

где коэффициент пропорциональности называется реактивным сопротивлением. Его можно вычислить по формулам:

для катушки с индуктивностью и
для конденсатора с ёмкостью ,

где — частота в герцах, — угловая частота гармонического сигнала.

Закон Ома для комплексных амплитуд[править]

метода комплексных амплитуд позволяет обобщить действие закона Ома на цепи обладающие как активным, так и реактивным сопротивлением. Для этого вводятся и — комплексные напряжение и ток, выражающие амплитуду и фазу, и комплексное сопротивление , где — активное сопротивление, — реактивное сопротивление, — мнимая единица, и сам закон принимает форму:

Ту же связь можно аналогично выразить через комплексную проводимость , где — активная проводимость и — реактивная проводимость:

Законы Ома для постоянного и переменного тока

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

Чтобы получить из обычного воздуха сжатый воздух, требуется энергия. Эта энергия поступает в виде электричества: переменного или постоянного тока.

В этой статье мы кратко рассмотрим законы Ома. Эти законы определяют сопротивление в виде отношения между током и напряжением.

Что такое закон Ома для постоянного тока?

Закон Ома утверждает, что ток, протекающий по проводнику между двумя точками, прямо пропорционален напряжению на этих двух точках. Вводя константу пропорциональности, сопротивление, получаем обычное математическое уравнение, которое описывает это соотношение:U = R x IГде I – ток в проводнике, выраженный в амперах, V – напряжение, измеренное на проводнике в вольтах, а R – сопротивление проводника в Омах. Если точнее, закон Ома утверждает, что R в этом соотношении является постоянной величиной и не зависит от тока.

Что такое закон Ома для переменного тока (и что такое самоиндукция)?

Переменный ток, проходящий через катушку, создает увеличение магнитного потока.

Этот поток изменяет величину и направление аналогично электрическому току. При изменении потока в катушке генерируется ЭДС (электродвижущая сила) в соответствии с законами индукции.ЭДС направлена против напряжения подключенного полюса. Это явление называется самоиндукцией. Самоиндукция в блоке переменного тока приводит к частичному смещению фазы между током и напряжением, а также частично к индуктивному падению напряжения. Полное сопротивление устройства переменному току становится больше, чем рассчитанное или измеренное при постоянном токе.Смещение фазы между током и напряжением представлено углом φ. Индуктивное сопротивление (так называемое реактивное сопротивление) обозначено X. Сопротивление обозначено R. Полное сопротивление блока или проводника обозначено Z.

Другие статьи по этой теме

Электромонтаж компрессорных систем

В этой статье мы рассмотрим электрическую систему, которая обеспечивает работу компрессора.

В нее входят электродвигатели, кабели, системы управления напряжением и защиты от короткого замыкания.

Введение в электричество

Узнайте об основах электричества и о той роли, которую оно играет в сжатии воздуха. Некоторые основные термины и определения.

Электродвигатель

Узнайте об основах электродвигателей и о том, как они используются в современных воздушных компрессорах.

Добра фізика: Цей відомий закон Ома

 Чотири формулювання закону Ома

Одним із найвідоміших законів фізики є, безперечно, закон Ома. Цей закон часто зустрічається як в народних прислів»ях так і в численних кросвордах. Напевне, у 1826 р. Г.Ом експериментально встановивши співвідношення між струмом та напругою навіть і не здогадувався про цю славу. Проте не всі пам»ятають про чотири різних формулювання цього закону для електричних кіл із постійним струмом.

  1. Закон Ома для однорідної ділянки кола.

Сила  струму І в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі, яку прикладено до ділянки і обернено пропорційна характеристиці ділянки, яку називають електричним опором провідника ( рис. 1 ).

Пам»ятаємо, що опір провідника R визначає його здатність обмежувати силу струму в колі і пов»язаний ( в металах ) з розсіюванням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки та структурних неоднорідностях.

  2. Закон Ома в диференціальній формі.

Вектор густини струму в довільній точці провідного середовища визначається вектором напруженості електричного поля в цій точці та провідністю цього середовища ( рис. 2 ).


 Зауважу, що диференціальна форма запису закону Ома, містить величини, котрі характеризують електричний стан середовища в одній і тій же точці.
  
3. Узагальнений закон Ома (закон Ома для неоднорідної ділянки кола).
Добуток сили струму на опір для неоднорідної ділянки кола дорівнює сумі різниці потенціалів на цій ділянці та Е.Р.С. всіх джерел електричної енергії, які ввімкнуто на даній ділянці кола ( рис.3.1 ).
рис.3.1

При записанні цього закону слід пам»ятати про правило знаків ( рис. 3.2 ).

Якщо струм у джерелі протікає від катода ( «-» електрод ) до анода («+» електрод ), тоді Е(12)>0, якщо навпаки, то Е(12)<0.

  4. Закон Ома для замкнутого кола.

Сила струму в замкнутому колі прямо пропорційна Е.Р.С. джерела і обернено пропорційна сумі зовнішнього і внутрішнього  опорів ( рис. 4 ).

 Зауважу, що електрорушійною силою джерела ( Е.Р.С. ) називається фізична величина, яка вимірюється роботою джерела струму при переміщенні одиничного додатнього заряду замкнутим колом.

Закон Ома не вичерпується цими чотирма формулюваннями. В недалекому майбутньому ми будемо говорити про цей закон для електролітів; змінного струму … 

Доцільно прочитати:

P.S.Ознайомся з викладеним матеріалом, занотуй його та вивчи.

       Бажаю успіху! 


 

Иоганн Кеплер — биография кратко, этапы жизни

Кеплер Иоганн (1571—1630), немецкий математик и астроном.

Родился 27 декабря 1571 г. в маленьком южногерманском городке Вейльдер-Штадт (герцогство Вюртемберг).

Предки Кеплера были дворянами, но к моменту рождения Иоганна оказались практически разорены. Ребёнок рос слабым и часто болел. Его воспитанием никто особо не занимался. Предполагалось, что он станет священником. Упорство, с каким Кеплер учился в различных монастырях, заставило пастырей направить его в Тюбингенскую семинарию, а потом и в Духовную академию, откуда он перешёл в университет.

После его окончания учёный преподавал математику и астрономию в Высшей школе в городе Грац (Австрия). Затем переехал в Прагу, где помогал астроному Т. Браге рассчитывать орбиты планет, в частности Марса.

На этом поприще Кеплер сделал одно из главных своих открытий: планеты движутся не по круговым, а по эллиптическим орбитам, и в одном из фокусов этих орбит расположено Солнце. Степень вытянутости орбиты (эксцентриситет) у планет различна. Кроме того, учёному удалось рассчитать, что в перигелии (точка, ближайшая к Солнцу) планета движется быстрее, чем в афелии (точка, наиболее удалённая от Солнца).

Второй закон Кеплера гласит: планеты движутся в плоскости, которая проходит через центр Солнца; площадь сектора орбиты, описанная радиусом-век-тором планеты, изменяется прямо пропорционально времени движения. Оба закона были опубликованы в книге «Новая астрономия» (1609 г.) без указания издателя.

Свой третий математический закон движения небесных тел, по которому квадраты времени обращения планет (периодов) пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца (больших полуосей орбит), Кеплер опубликовал спустя десять лет в трактате «Гармония мира».

Учёный был сторонником идей Н. Коперника и продолжил его учение, развив свои гипотезы в трактате «Сокращение Коперниковой астрономии». Кеплер считал Солнце только одной из многочисленных звёзд, рассеянных в пространстве и окружённых планетами.

Известен он и как автор телескопа (труба Кеплера).

Основоположник небесной механики, Кеплер, как и все его предшественники, постоянно занимался астрологией, считая её практической астрономией и пользуясь математическими и геометрическими вычислениями при сложных орбитальных расчетах.

Умер 15 ноября 1630 г. во время поездки в Регенсбург (курфуршество Бавария), когда тщетно пытался получить хотя бы часть жалованья, которое за много лет задолжала ему императорская казна.

После смерти Кеплера его жене и четырём малолетним детям причиталось почти 13 тыс. гульденов так и не выплаченного жалованья.

Близкая тема:
    Афоризмы и цитаты Иоганна Кеплера

    Иоганн Кеплер, (1571–1630), немецкий астроном, оптик и математик, первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы Тем, кто слишком ограничен, чтобы понимать астрономическую науку, или слишком малодушен, чтобы без ущерба для своей набожности верить Копернику, я могуЧитать дальше…

Связанные записи:

Популярно:

Комментарии:

Електрорушійна сила — ВікіпедіяУкраїнська Wiki 2022

Електрорушійна сила  — кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою E{\displaystyle {\mathcal {E}}}, вимірюється в системі SI у вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола

E=∮Cfdl{\displaystyle {\mathcal {E}}=\oint _{C}\mathbf {f} d\mathbf {l} },

де f{\displaystyle \mathbf {f} } — стороння сила.

Для протікання електричним колом струму необхідно, щоб у колі були елементи, які переміщують електричні заряди, збільшуючи їхню енергію. Сили, які виконують цю функцію, називаються сторонніми силами. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітні: хімічні, як у електричних батареях і акумуляторах, термоелектричні, як у термопарах, чи зумовлені явищем електромагнітної індукції, як у генераторах електричного струму. Кожне джерело живлення характеризується своєю електрорушійною силою й внутрішнім опором.

У результаті розділення всередині джерела позитивних і негативних зарядів джерело набуває запасу потенціальної енергії, яка витрачається на використання роботи з переміщення зарядів по всьому колу. Ту частину замкненого кола, в якій заряди рухаються під дією електростатичної різниці потенціалів називають зовнішньою, а ту, в якій носії заряду рухаються під дією сторонніх сил — внутрішньою. Полюси джерела струму розділяють внутрішню і зовнішню ділянки кола.

Сторонні сили забезпечують розділення різнойменно заряджених частинок в джерелі (у внутрішньому колі) та підтримують певну різницю потенціалів на полюсах, тим самим зумовлюючи рух зарядів у зовнішньому колі. Отже робота сторонніх сил дорівнює сумі робіт, що виконуються по переміщенню заряду на внутрішній і зовнішній ділянці кола.Аствнзовн.

Термоелектрорушійна сила ( Т. е. р. с. )

Детальніші відомості з цієї теми ви можете знайти в статті Ефект Зеєбека.

Термоелектрична електрорушійна сила виникає у колі, утвореному двома провідниками різної природи, якщо контакти між провідниками перебувають за різної температури.

Фотоелектрорушійна сила (Ф. е. р.

с.)

Фотоелектрорушійна сила — це електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає у матеріалі, наприклад, напівпровіднику, за його освітлення. Робота, потрібна для підтримання струму виконується за рахунок енергії фотонів, що поглинаються речовиною. Має місце у фотоелементах, сонячних батареях тощо.

Термін запровадив Вольта Алессандро, який у XVIII столітті винайшов електрохімічне джерело струму (вольтів стовп).

Теория сетей – введение и обзор

В электротехнике теория сетей изучает способы решения проблем со схемой. Анализируя схемы, инженер пытается определить, какие напряжения могут существовать в сети.

При решении любой схемы существует ряд методов и теорий, помогающих и упрощающих процесс. В этом посте кратко перечислены некоторые из наиболее распространенных сетевых теорий. Для более подробного анализа любой конкретной теории вы можете выполнить поиск на сайте myElectrical или найти дополнительную информацию в одном из многих других источников, доступных в Интернете.

Обычно в теории сетей мы имеем дело с линейными и пассивными элементами – чаще всего:

  • резисторы добавочное сопротивление, R, к цепи. Обратной величиной сопротивления (1/R) является проводимость, Г.
  • конденсаторы увеличивают емкость цепи, Кл.
  • катушки индуктивности добавляют в цепь индуктивность, L.
  • реактивное сопротивление , X является произведением емкости или индуктивности в цепи переменного тока.Инверсия реактивного сопротивления (1/X) — это реактивная проводимость, B.
  • импеданс , Z представляет собой комбинацию сопротивления и реактивного сопротивления в цепи переменного тока. Инверсия импеданса (1 / Z) — это проводимость, Y.
  • источник напряжения — источник напряжения в цепи. Идеальный источник напряжения не имеет внутреннего последовательного сопротивления.
  • источник тока — источник тока в цепи. Идеальный источник тока не содержит внутреннего параллельного сопротивления.

Сетевые теории

Серия

и параллельные цепи

Последовательное или параллельное соединение элементов, вероятно, является самым основным типом сети. В последовательной цепи общее сопротивление (или импеданс) представляет собой сумму сопротивлений (или импедансов). В параллели обратная величина полного сопротивления (или импеданса) представляет собой сумму обратных величин.

Напряжение в последовательной цепи равно некоторому из напряжений на каждом элементе, а ток через каждый элемент одинаков.В параллельной цепи напряжение одинаково на каждом элементе, а ток обратно пропорционален сопротивлению (или импедансу) каждой цепи.

Катушки индуктивности подчиняются тому же закону, что и резисторы. То есть при последовательном соединении полная индуктивность представляет собой сумму отдельных индуктивностей, а при параллельном обратное значение представляет собой сумму обратных значений.

Конденсаторы наоборот. В последовательной цепи инверсия полной емкости представляет собой сумму инверсий для каждого отдельного конденсатора.Для параллельной цепи общая емкость равна сумме отдельных емкостей.

Серийные и параллельные цепи — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Закон Ома

Закон Ома (разработанный в 1827 году Георгом Омом) гласит, что соотношение, определяемое напряжением в цепи, деленным на ток, является постоянным — сопротивлением (или импедансом в цепях переменного тока).

 

Назад к основам — Закон Ома — статья myElectrical, объясняющая закон Ома

Как работают электрические цепи — вводный пост myElectrical с некоторыми законами Ома

Законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа состоят из двух теорем – закона тока и закона напряжения:

Первый закон (ток) – сумма токов в узле цепи равна нулю

Второй закон (напряжение) – сумма напряжений вокруг контура равна нулю

Схематические законы Кирхгофа — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Теорема Теллегена

Теорема Теллегена просто утверждает, что сумма мощностей во всех ветвях сети равна нулю при условии, что сеть также подчиняется законам Кирхгофа. Для сети с б, ветками:

Эта теорема все еще относительно неизвестна, хотя ее можно применять к широкому кругу задач, она может служить основой для доказательства большинства других теорий сетей и применима к любому типу элементов (пассивным, активным, линейным и нелинейным).

Теорема Теллегена — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Теорема Тевенина

Теорема Тевенина утверждает, что любая комбинация элементов сети может быть представлена ​​одним источником напряжения и последовательным резистором.Эквивалентное напряжение рассчитывается при разомкнутой цепи ответвления; в то время как резистор рассчитывается при коротком замыкании любых источников напряжения;

Теорема Тевенина — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Теорема Нортона

Теорема Нортона утверждает, что любая комбинация элементов сети может быть представлена ​​одним источником тока и параллельным резистором. Эквивалентный ток рассчитывается при коротком замыкании ветви; в то время как резистор рассчитывается при коротком замыкании любых источников напряжения;

Теорема Нортона — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Исходные преобразования

Источник постоянного напряжения представляет собой идеальное напряжение, включенное последовательно с резистором.Источник постоянного тока — это идеальный ток, подключенный параллельно резистору. Чтобы преобразовать источник напряжения в источник тока или (наоборот):

Примечание: Теорему Нортона можно сформулировать как теорему Тевенина, но с эквивалентным источником тока

Теорема Миллмана

Теорема Миллмана применяется к сетям, которые содержат только параллельные ответвления, и используется для определения напряжения на всех ответвлениях. Если есть ветви b, и каждая ветвь содержит резистор R и необязательное напряжение E, то напряжение ветви V определяется как:

Теорема Миллмана – все о схемах. ком работал пример на теории

Трансформация Звезды Дельта

Преобразования «звезда-дельта» используются для преобразования конфигурации сети «звезда» (или PI) в «треугольник»:

 

Преобразование Y-Δ — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Узловой анализ

Узловой анализ — это метод напряжения, основанный на первом законе Кирхгофа для получения набора уравнений, которые затем можно решить.В качестве процедурного метода используются следующие этапы:

  1. произвольно назначить напряжение каждому узлу (V 1 , V 2 и т. д.)
  2. рассчитать ток в каждой ветви, например: от узла 1 до узла 2, сопротивление R 12
    дает, I 12 = (V 1 -V 2 ) / R 12
  3. в каждом узле применяется первый закон Кирхгофа (сумма токов равна нулю)
  4. решить полученные уравнения, чтобы найти напряжения в каждом узле (и, следовательно, токи)

Узловой анализ — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Анализ сетки

Анализ сетки — это современный метод, основанный на втором законе Кирхгофа для получения набора уравнений, которые затем можно решить. В качестве процедурного метода используются следующие этапы:

  1. назначить ток сетки (петли) каждому замкнутому контуру в сети
  2. для каждого контура применить второй закон Кирхгофа (сумма напряжений равна нулю)
  3. решить полученные уравнения, чтобы найти контурные токи (и, следовательно, напряжения в сети)

Анализ сетки — страница Википедии, если вам требуется более подробное объяснение

Теорема суперпозиции

Если сеть содержит более одного источника напряжения или тока, суперпозиция позволяет найти решение, рассматривая каждый источник напряжения или тока отдельно, а затем суммируя результаты.Чтобы рассмотреть каждый источник отдельно, все остальные источники напряжения замкнуты накоротко, а все другие источники тока разомкнуты.

Примечание: суперпозиция может быть особенно полезна при построении эквивалентных сетей Тевенина или Нортона.

Теорема о суперпозиции — рабочий пример allaboutcircuits. com по теории


Примечание автора:

Я составил этот пост, так как это было возможно, и включил ссылки на другие более подробные посты на сайте.Там, где на сайте нет подробного поста, я включил ссылки на статьи на внешних сайтах, чтобы наши читатели могли следить за новостями.

Хотя внешние сайты хороши, было бы лучше, если бы у нас был письменный контент myElectrical для отсутствующих сетевых теорий. Если вы можете написать пост об одной из этих теорем, чтобы заполнить пробелы, пожалуйста, сделайте это — это очень поможет.

Закон

Ом — формулировка и формула закона Ома

Закон Ома является одним из наиболее важных законов в изучении физики и электрических компонентов и их свойств.Джордж Ом опубликовал свою работу о сопротивлении в 1827 году. Вдохновленный предыдущими учеными, работавшими над сопротивлением и связанными с ним теориями, Ом сформулировал закон Ома. Закон в основном представляет собой количественное описание электричества и того, как оно работает. Чтобы сосредоточиться на своем эксперименте:

 

Ом использовал термопару, которая является стабильным источником напряжения, когда речь идет о внутреннем сопротивлении, и постоянным источником напряжения. Для измерения напряжения он использовал гальванометр.Ом знал о том, что температура перехода пропорциональна напряжению на двух выводах термопары. Чтобы завершить цепь или сделать ее замкнутой, он использовал различные провода разной длины, свойств и диаметра. Полученные им результаты можно было получить на основе уравнения:

X=a/(b+l), где x — показание гальванометра, a — постоянная, зависящая от температуры перехода соединения, b — константа, а l — длина используемого проводника.

 

В свете приведенного выше уравнения он вывел закон пропорциональности как на единицу длины.

 

Впечатленный его работой, которая привела к еще многим открытиям, работы Ома называли «паутиной голых фантазий».

 

Согласно закону Ома, величина тока, протекающего по проводнику, прямо пропорциональна величине разности потенциалов, приложенной к двум клеммам.Уравнение закона Ома: I = V/R, здесь константа пропорциональности — R, то есть сопротивление, V — напряжение, а I — ток, протекающий по проводу. В этом законе сопротивление считается постоянным и не зависит от протекающего через него тока. Единицей измерения R является ом, I — ампер, а V — вольт в стандартных единицах. Закон также определяет проводимость материала, через который протекает ток.

 

Закон Ома часто обобщается в физике для многих других приложений.

 

Эмпирический закон, который является законом Ома, в его обобщенной форме утверждает, что ток пропорционален электрическому полю. Но это обобщение применимо не ко всем материалам. Некоторые материалы могут разрушаться в присутствии очень сильного электрического поля, а некоторые материалы не подчиняются этому закону в присутствии слабых электрических полей. Такие материалы, которые не подчиняются закону Ома, известны как неомические материалы. Но когда этот закон соблюдается, он применим даже в очень малых масштабах, таких как атомный масштаб.

 

В электромагнетизме он используется в векторной форме, которая утверждает, что J = σE. Здесь j рассматривается как плотность тока в определенном месте материала, E представляет собой электрическое поле, а σ известна как проводимость, которая является свойством используемого материала.

 

Чтобы понять закон Ома, нам нужно понять три основных принципа, а именно напряжение, ток и сопротивление.

 

Напряжение: количество энергии, переданное на один кулон, называется напряжением.Его также можно описать как количество потенциальной энергии между двумя терминалами. 1 В определяется как разность потенциалов между двумя терминалами, которая дает нам 1 Джоуль энергии на кулон зарядов, проходящих через него.

 

Сопротивление: Свойство материала, благодаря которому он сопротивляется протеканию через него тока, называется сопротивлением. Таким образом, цепь, в которой значение сопротивления больше, позволит протекать через нее меньшему количеству зарядов, а цепь с меньшим значением сопротивления позволит протекать некоторому количеству электронов и, таким образом, поддерживать величину тока, протекающего через нее. .

 

В проводе с одинаковой площадью поперечного сечения значение сопротивления будет зависеть от значения площади поперечного сечения и длины провода. Он прямо пропорционален l/A.

 

R = ρ

Сопротивление также зависит от температуры проводника.

 

Ток. Скорость потока зарядов через определенную площадь поперечного сечения называется током. Другими словами, 1 А описывается как величина тока при заряде 1С или 6.24 x 10 -19 электронов проходят через площадь поперечного сечения в единицу времени.

 

Ниже приведены некоторые другие важные параметры:

 

Скорость дрейфа: в проводнике присутствующие ионы подвижны и постоянно движутся случайным образом. Для существования чистого потока заряда необходимо, чтобы частицы двигались вместе со средней скоростью. В металлических частицах электроны являются носителями заряда, движущимися в направлении, противоположном направлению электрического тока, протекающего по проводнику.Движение происходит в произвольном направлении. Эта скорость или дрейф известны как скорость дрейфа. Значение скорости дрейфа можно рассчитать по уравнению:

I=nAvQ, где n — число носителей заряда в единице объема, A — площадь поперечного сечения, через которое протекает ток, v — средняя скорость дрейфа, I — ток, Q — величина заряда на каждом носителе. Обычно скорость или скорость дрейфа электронов в проводнике очень меньше. Например, возьмем медный провод, площадь поперечного сечения которого равна 0. 5 мм2 и ток через него 5 А. Значит, дрейфовая скорость частиц тоже будет порядка миллиметра в секунду.

 

Удельное сопротивление: величина, обратная проводимости, называется удельным сопротивлением.

 

E=ρJ, где ρ — удельное сопротивление.

 

Ограничения закона Ома:

Закон Ома не лишен ограничений. Это:

 

В односторонних сетях или сетях, допускающих протекание тока только в одном направлении и содержащих другие электрические элементы, такие как диод, транзистор и т. д., закон Ома не работает и не может применяться в сети.

 

Нелинейные элементы или элементы, в которых ток не всегда пропорционален приложенному напряжению. В таких элементах сопротивление не является постоянной величиной и продолжает изменяться с изменением величины приложенного напряжения и тока. Следовательно, такие элементы не подчиняются закону Ома, который меняет значение сопротивления.

 

Применение закона Ома:

Закон Ома помогает нам определить значения сопротивления, тока, протекающего по цепи, и приложенного напряжения.Следовательно, с помощью этих значений мы можем найти значения других факторов, таких как скорость дрейфа, удельное сопротивление и многие другие. Это также позволяет нам рассчитать значение потребляемой мощности.

 

Использование в повседневной жизни:

Будучи фундаментальным законом, закон Ома имеет множество практических применений в электрических компонентах и, следовательно, в электроприборах. Давайте сосредоточимся на некоторых практических применениях закона Ома, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.

 

Используется для управления скоростью вращения вентиляторов. Все мы знаем, что такое потенциометр.Электрический компонент, сопротивление которого имеет переменное значение, известен как потенциометр. Для управления скоростью стандартного вентилятора можно использовать потенциометр. Это достигается за счет использования круглой ручки. Ручка закреплена на компоненте. Эта ручка вращается и используется для достижения нужного значения сопротивления на выходе компонента. Следовательно, для конкретного значения сопротивления входа мы можем рассчитать значение сопротивления, протекающего по нему. Таким образом, он дает нам знание силы.Эти значения рассчитываются с помощью закона Ома.

 

Требуемая мощность компонентов: Для работы любых электроприборов, таких как утюг, электрический чайник и многих других, используется огромное количество резисторов. Они необходимы для правильного функционирования этих приборов. Для обеспечения правильной работы требуется правильная мощность этих резисторов. Мощность рассчитывается по формуле P=VI.

 

Потребляемая мощность и мощность, выдаваемая электронным устройством: Катушка, используемая в нагревателе, и приложенное напряжение помогают нам найти мощность электрического нагревателя. Когда это рассчитано, мощность умножается на продолжительность времени, в течение которого она использовалась, а также на количество дней, после чего мы получаем сумму, которую нам нужно заплатить в соответствии со счетом за электроэнергию.

 

Предохранители: Закон Ома также полезен при выборе предохранителей. Для защиты цепи используются плавкие предохранители и автоматические выключатели. Они соединены последовательно с электрическими приборами. Закон Ома позволяет найти значение тока, который может протекать через предохранители.Если значение тока слишком велико, то это может повредить цепь и даже привести к взрыву электронного устройства. Есть два случая, когда закон Ома можно использовать для выбора предохранителей. В первом случае сопротивление известно, а во втором случае значение сопротивления неизвестно.

Для проверки чего можно использовать закон Ома?

Закон Ома можно использовать для проверки статических значений компонентов схемы, уровней тока, источников напряжения и провалов напряжения. Если испытательное оборудование обнаружит значение силы тока выше нормы, это может означать, что сопротивление уменьшилось или напряжение увеличилось, что привело к возникновению ситуации с высоким напряжением.Это может указывать на проблему с блоком питания или цепью.

Измерение силы тока ниже нормы в цепи постоянного тока может указывать на падение напряжения или увеличение сопротивления цепи. Плохие или ослабленные соединения, коррозия и/или сломанные компоненты — все это возможные причины более высокого сопротивления.

Нагрузки в цепи потребляют электрический ток. Нагрузками могут быть компоненты любого типа, такие как небольшое электрическое устройство, компьютер, бытовая техника или огромный двигатель.К большинству этих компонентов (нагрузок) прикреплена заводская табличка или информационная наклейка. Эти паспортные таблички содержат сертификаты безопасности, а также ряд каталожных номеров. Паспортные таблички на компонентах используются техническими специалистами для понимания стандартных значений напряжения и тока. Если кто-то обнаружит, что стандартные значения не регистрируются на его цифровых мультиметрах или токоизмерительных клещах во время тестирования, он может использовать закон Ома, чтобы установить, какой участок цепи выходит из строя и, таким образом, где может существовать проблема.

Светодиодная схема — Википедия, свободная энциклопедия

Из Википедии, свободной энциклопедии

Схема простого светодиода

В электронике основная схема светодиода представляет собой электрическую цепь, используемую для питания светоизлучающего диода (СИД). Он состоит из источника напряжения, питающего два последовательно соединенных компонента: токоограничивающий резистор и светодиод. Дополнительно может быть введен переключатель для размыкания и замыкания цепи. [1] Переключатель может быть заменен другим компонентом или схемой для формирования тестера непрерывности [2]


Используемый светодиод будет иметь падение напряжения, указанное при предполагаемом рабочем токе. Закон Ома и законы Кирхгофа используются для расчета резистора, который используется для получения правильного тока. [3] [4] Значение резистора вычисляется путем вычитания падения напряжения на светодиоде из напряжения питания и последующего деления на желаемый рабочий ток светодиода. [5]

Эта базовая схема используется в самых разных приложениях, в том числе во многих бытовых приборах. [6]

[править] Простая формула сопротивления для оптимальной яркости светодиода

Формула для расчета правильного сопротивления использованию:

где:

  • Напряжение источника питания ( В с ) напряжение источника питания e.грамм. батарея на 9 вольт.
  • Падение напряжения на светодиоде ( В f ) — это падение напряжения на светодиоде (обычно около 1,8–3,3 вольта; оно зависит от цвета светодиода) 1,8 В для КРАСНОГО и становится выше по мере увеличения спектра до 3,3 вольта для СИНЕГО. Сингмин, Эндрю (1997). Катсулис, Джон (2003). Проектирование встроенного оборудования . Севастополь, Калифорния: О’Рейли. ISBN 0-596-00362-5. «Эта простая светодиодная схема (или ее варианты) управляет светодиодами на передней панели вашего ПК, видеомагнитофоне и DVD-плеере, мобильном телефоне и множестве других устройств».  
  • История » О Vitrohm » Vitrohm

    1933 — Основание VITROHM Elektroteknisk Fabrik в Копенгаге, Дания

    С 1933 года у электрического резистора есть имя, когда промышленник Пол Кинго-Педерсен и инженер Алекс Хайнман основали компанию Vitrohm в Копенгагене.Хайнман считается отцом датской электротехники. Его изобретательный ум и гениальность Кинго-Педерсена в финансах и продажах создали идеальную комбинацию для быстрого расширения.

     

    1933 — Первый резистор Vitrohm

    При создании компании Vitrohm получила лицензию на производство изолированных резисторов из углеродного композита без спирали от IRC, Филадельфия. Этот резистор из-за его литья, небольшого размера и привлекательной цены в результате очень сложного производственного процесса произвел революцию в отрасли.

     

    1954 – Основание Deutsche Vitrohm в Германии

    В начале пятидесятых годов, вскоре после реформы денежной системы, по Германии прокатилось несколько волн потребительских расходов, которые так часто называют «немецким экономическим чудом». Благодаря этому был создан один из крупнейших рынков электроники в Европе, на котором изначально доминировала индустрия развлечений. Чтобы обслуживать этот рынок и зарекомендовать себя в будущем росте ЕЭС, Vitrohm открыла сбытовую компанию Deutsche Vitrohm GmbH во Франкфурте-на-Майне.Их было около дюжины сотрудников, и компания остается под управлением Дании.

     

    1960 – Открытие завода в Пиннеберге, Германия

    Стремительное развитие бизнеса в Германии создало потребность в местном производственном подразделении, и в 1957 году компания Vitrohm построила завод в Бармштедте. Но массовое производство началось только в 1960 году, когда в Пиннеберге/Гольштейне был построен завод. Гюнтер Кампен был назначен управляющим директором, а Асмунд Тиленс (ранее занимавшийся исследованиями и разработками в Philips) — техническим директором.Тем временем Гюнтер Кампен и Сорен Энгель, член семьи основателей Haymann, взяли на себя капитал и управление компанией.

     

    1966 г. – Серия продукции, выпущенная с момента открытия завода, а именно серия K

    В связи с быстрым ростом электронной промышленности компания Vitrohm разработала и изготовила несколько серий продуктов. Знаменитые прямоугольные керамические резисторы с проволочной обмоткой стали визитной карточкой 60-х годов, разработка которых имела успех во всем мире и стала синонимом имени Vitrohm.Речь идет о серии К.

     

    1970 – Ассортимент продукции Vitrohm увеличивается

    Vitrohm быстро развивается и выпускает все новые и новые серии продукции.

     

     

     

    1971 – Основание Vitrohm Portuguesa в Португалии

    Стремительное развитие электроники во всем мире находит свое отражение в постепенном расширении Vitrohm-Group с открытием производственного подразделения в Португалии, которым руководит г-н Дж.Ламберт Хилкс.

     

     

    1973 – Увеличена производственная мощность португальского завода

    Наличие все большего количества заказов позволило увеличить производственные мощности португальского производственного подразделения. Следовательно, появилась возможность нанимать новых сотрудников и развивать компанию.

     

     

    1975 – Начало производства серии PP

    Серия PP, в настоящее время известная как серия CR, разработана и произведена в Португалии.

     

     

     

    1977 – Расширение мощностей Vitrohm Portuguesa

    Vitrohm Portuguesa продолжает экспоненциально расти в соответствии с эволюцией рынка, насчитывая более 500 сотрудников.

     

     

     

    1980 – Deutsche Vitrohm в Германии действует как штаб-квартира группы

    Vitrohm Portuguesa начинает производство металлопленочных резисторов.

     

     

     

    1981 – 10-летие Vitrohm Portuguesa

     

     

     

    1982 – Vitrohm начинает производство новой серии продуктов

    Созданы модели PO, RGU и BWF, завершающие серии BW и RG. RG и RGU состоят из глазури из стеклянного порошка, смешанного с металлами и металлическими соединениями.При нанесении на керамические сердечники и обжиге при температуре 1000ºC получается стеклоподобная пленка, прочно связанная с керамической поверхностью. Резисторы, основанные на этом методе, чрезвычайно прочны и стабильны. Они проявляют исключительную нечувствительность к механическим воздействиям и воздействиям окружающей среды. Уникальной чертой профессионального качества серии RGU является внимание, уделяемое конструкции и конфигурации выводов, что обеспечивает идеальное паяное соединение, особенно на печатных платах со сквозными металлизированными отверстиями.

     

      1986 — Начало серийного производства BW по лицензии IRC, Филадельфия (США) в Европе.

      1990 – Vitrohm Portuguesa начинает производство проекта MELF в партнерстве с Universidade Nova

    Это производство прекратилось, когда Vitrohm Group была приобретена корпорацией Yageo в 1996 году.

     

     

    1994 – Vitrohm Portuguesa получает сертификат качества

    Vitrohm Portuguesa — компания, сертифицированная по качеству в соответствии со стандартом ISO 9001:2008.Основная цель – гарантировать высокое качество продукции и услуг для удовлетворения потребностей клиентов и их полного удовлетворения.

     

     

      1994 – Основание компании VITROHM China Far East Electronics, Ltd в Бенбу, КНР

    Производственные серии KWA, KWV и KWP, в которых задействовано больше рабочей силы, были переведены на этот завод в Китае из-за увеличения производственных затрат.

     

    1996 — Vitrohm приобретена Yageo Corporation, Тайвань

     

     

     

      1997 г. — Реструктуризация группы

    Vitrohm Holding GmbH владеет:
    — VITROHM Deutschland GmbH
    — VITROHM Portuguesa, Lda.
    — VITROHM China Far East Electronics Co., Ltd.
    Председатель и главный исполнительный директор группы Yageo посетил Vitrohm в ноябре.

     

      1999 – Закрытие производства Metal Film

     

      2000 – завод в Германии закрывается, и все производство сосредоточено в Португалии

    После закрытия производственного предприятия в Германии производство всей продукции было централизовано в Португалии на предприятии Vitrohm Portuguesa. Vitrohm Deutschland была переименована в Yageo Europe GmbH.

     

      2004 г. — VITROHM становится отдельным бизнес-подразделением в составе Yageo Group

    — Производство, обслуживание клиентов и логистика в Португалии
    — Продажи и маркетинг в Германии.

     

      2007 г. – Создание Департамента безопасности, охраны здоровья и окружающей среды

     

    2011 – 40-летие Vitrohm Portuguesa

     

     

     

      2013 г. – Создание Департамента технического и инновационного менеджмента

     

    Измерение тока в приложении PSLab для Android – Pocket Science Lab

    Android-приложение Pocket Science Lab имеет различные функции, такие как вольтметр, измерение сопротивления, измерение емкости, измерение частоты, а также измерение импульсов. Одной из отсутствующих функций среди них является амперметр, в настоящее время в PSLab нет прямого способа измерение тока.В этом блоге я буду обсуждать косвенный метод измерения тока в PSLab.

    Основы измерения тока

    Как правило, во всех мультиметрах ток измеряется с помощью амперметра, который использует свойство гальванометра для измерения тока в PSLab. Но поскольку в PSLab нет такого встроенного гальванометра, мы не можем иметь в нем отдельный амперметр, но есть другой метод измерения тока, который использует знаменитый закон Ома, т. е. V/I = R

    .

    В PSLab мы можем измерить напряжение на любых элементах, плюс мы также можем измерить сопротивление любого элемента цепи в PSLab, теория, используемая для измерения тока, сформулирована следующим образом.

    1. Мы подключаем источник тока к любому известному резистору (или любому сопротивлению), а затем измеряем напряжение на резисторе.
    2. Наконец, используя закон ома , ток будет напряжение / сопротивление . [2]

    Пошаговое руководство по измерению силы тока

    Вот пошаговое руководство по измерению тока в PSLab: —

    1. Возьмите любой резистор и измерьте его сопротивление. Чтобы измерить сопротивление, выполните следующие действия:
      1. Возьмите сопротивление и подключите его к любым двум контактам макетной платы
      2. Подключите один конец к контакту sen, а другой конец — к контакту GND устройства PSLab.
      3. Теперь перейдите в приложение Android и выберите мультиметр.
      4. Теперь в мультиметре установите ручку на сопротивление, в секции измерения
      5. Теперь нажмите на кнопку чтения, и тогда он покажет сопротивление резистора
    2. Теперь, когда вы измерили сопротивление резистора, подключите к резисторам источник тока.
    3. Теперь, наконец, измерьте напряжение на резисторе. Для измерения напряжения выполните следующие действия.
      1. Возьмите два провода «папа-папа» и соедините их два отдельных конца с двумя концами резистора.
      2. Теперь подключите один из двух других концов провода к любому из каналов Ch2, Ch3 или Ch4, а другой конец к GND соответственно.
      3. Теперь перейдите в приложение Android и выберите мультиметр.
      4. Теперь в мультиметре установите ручку на канал, который вы выбрали, т.е. Ch2, Ch3 или Ch4, в разделе напряжения.
      5. Теперь нажмите на кнопку считывания, после чего будет показано напряжение на резисторе.
    4. Теперь, используя закон Ома , ток будет напряжение/сопротивление .

    Таким образом, используя эти шаги, можно найти текущее приложение PSLab для Android.

    Изображения для эксперимента

    Рисунок (1): Отображение измерения сопротивления

    Рисунок (2) Показывает измерение напряжения

    Ресурсы

    1. Использование мультиметра, dengarden.com:
      https://dengarden.com/home-improvement/Использование мультиметра
    2. Википедия, Закон Ома:
      https://en. wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law

    Ускоренный курс по обратноходовому преобразователю | by Charing Chen

    Менее известная история о том, что питает устройства IoT

    Фото Homemade Media на Unsplash

    Возможно, вы задавались вопросом, что это за блочная коробка на проводе зарядки моего ноутбука или что внутри вилки зарядного устройства моего iPhone? Возможно, вы любопытный инженер-электрик, желающий узнать больше о обратноходовом преобразователе, но в основном в Интернете говорят о понижающем и повышающем преобразователях.

    Прежде чем мы приступим к изучению ответов на эти вопросы, я хотел бы поблагодарить вас за то, что вы вернулись ко второй части статьи. Если вы еще не читали мою предыдущую статью, я сам создаю устройство IoT с нуля, включая создание обратноходового преобразователя для питания моего микроконтроллера с поддержкой WiFi.

    В этой статье я расскажу о том, что такое трансформатор обратного хода, как работает преобразователь обратного хода, шаг за шагом, и почему преобразователь обратного хода широко используется в конструкции компактного преобразователя переменного тока в постоянный.

    АС? ОКРУГ КОЛУМБИЯ? AC/DC

    Переменный ток (AC) — это то, что питает все наши здания и проходит за стенами. Постоянный ток (DC) питает большую часть современной электроники, включая телефоны, ноутбуки, калькуляторы и холодильники.

    Что произойдет, если вы будете использовать переменный ток для питания устройств постоянного тока, таких как телефон или ноутбук? Ответ очевиден. После этого у вас больше не будет телефона.

    Ваше зарядное устройство предназначено для преобразования переменного тока в постоянный, защищая ваше устройство от курения.Как оно это делает? Две основные части: выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный и преобразователь мощности для обеспечения непрерывного питания при понижении уровня напряжения. В большинстве компактных преобразователей мощности используется обратноходовой преобразователь. О том, почему так, я расскажу позже в статье. А пока давайте сначала разберемся, как это работает!

    Трансформатор обратного хода

    По сравнению с понижающим и повышающим преобразователем, о которых мы говорили в моей предыдущей статье, преобразователь обратного хода использует аналогичный метод преобразования энергии. Мы временно храним энергию внутри компонента, подобного индуктору, и, как только он заряжается, высвобождаем его на выходной конденсатор.

    Однако в обратноходовом преобразователе индуктор заменяется трансформатором или иногда называется связанными индукторами.

    Этот трансформер не обычный трансформер из Кибертрона. Он имеет уникальную топологию обмотки, названную в честь обратноходового преобразователя, которая отличает его от обычного трансформатора. Обычный трансформатор имеет две обмотки с одинаковой полярностью, например:

    The Forward Transformer, original Из Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Transformer

    Трансформатор обратного хода имеет две обмотки, обращенные друг к другу, и воздушный зазор в сердечнике (представленный двумя линиями вместо одной), например:

    Трансформатор обратного хода показан в центре, изображение из здесь.

    Чтобы понять, насколько уникален обратноходовой трансформатор, давайте поговорим о том, как работает обычный трансформатор. Обычный трансформатор также называют прямым трансформатором. Когда на первичной стороне присутствуют напряжение и ток, создается магнитное поле, которое передается на вторичную обмотку через сердечник.Во вторичной обмотке магнитное поле индуцирует напряжение и ток. Если количество обмоток на первичной стороне больше, чем на вторичной, индуцированное напряжение меньше, чем на первичной. Наоборот. Этот процесс является мгновенным, как только напряжение появится на первичной обмотке, вторичная обмотка сразу же получит индуцируемое напряжение.

    Иллюстрация прямого трансформатора, автор BillC из англоязычной Википедии, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27407689

    Выше показано, как прямой трансформатор создает индуцированное напряжение. и текущий.Это происходит в соответствии с различными законами:

    Исходное напряжение «Vp», подаваемое на первичную обмотку → начинает течь ток «Ip» (закон Ома) → изменение магнитного поля (закон Ампера) → индуцированное напряжение «Vs» на вторичной обмотке. (Закон Фарадея) → «Vs» с нагрузкой ZL начинает течь ток Is (закон Ома).

    Для обратноходового трансформатора время этого процесса другое.

    Трансформатор обратного хода может временно «удерживать» всю энергию в виде магнитного потока. Как только первичная сторона отключается от источника входного напряжения, энергия высвобождается и преобразуется в электрический ток во вторичной обмотке.

    Однако этого «удержания» не произошло бы, если бы на вторичной обмотке не было диода D1. Без этого диода трансформатор обратного хода будет вести себя так же, как трансформатор прямого хода. Теперь давайте рассмотрим, как происходит это «удержание».

    Принцип работы обратноходового преобразователя

    Обратноходовой преобразователь Состояние ВКЛ, переключатель Q1 замкнут

    В этом упрощенном обратноходовом преобразователе Q1 замкнут, соединяя первичную обмотку трансформатора с источником напряжения. Ток начинает течь через первичную обмотку, а наведенное напряжение отображается на вторичной обмотке и обозначается как «Vs. Однако диод «D1» блокирует путь наведенного тока. Следовательно, энергия не передается по цепи, а «удерживает» в сердечнике в виде магнитных полей/потоков. Таким образом, во включенном состоянии обратноходового преобразователя полевой МОП-транзистор Q1 закрыт, и ток течет по первичной обмотке, но по вторичной обмотке ток не течет.

    Обратноходовой преобразователь выключен, переключатель Q1 разомкнут

    Когда наступает состояние ВЫКЛ, переключатель Q1 в это время разомкнут. Первичная обмотка больше не создает ЭДС на вторичной обмотке.Однако нарастание напряжения по сравнению с предыдущим состоянием «Vs» все еще присутствует. Теперь вы можете рассматривать вторичную обмотку как полностью заряженную катушку индуктивности. Этот индуктор теперь действует как источник напряжения, и ток течет от высокого потенциала к низкому. Пусковой ток поступает на конденсатор и нагрузочный резистор.

    Почему обратноходовой преобразователь широко используется в конструкции источников питания переменного тока в постоянный?

    Во-первых, он обеспечивает электрическую изоляцию (также известную как гальваническая изоляция) между переменным и постоянным током. Изоляция является обычной практикой при проектировании различных шин питания, и любая конструкция включает преобразование переменного тока в постоянный. Изоляция защищает нисходящую цепь постоянного тока от высокого напряжения переменного тока и потенциальной утечки тока. Он также отсекает проводящие пути между пользователями-людьми и смертельным источником переменного тока. Кроме того, изоляция помогает уменьшить шум переменного тока и шум переключения от чувствительного к шуму компонента на стороне постоянного тока.

    Во-вторых, и самое главное, дешево. По сравнению с понижающими и повышающими преобразователями обратноходовые преобразователи требуют меньше деталей и занимают меньше места.Это означает меньший размер печатной платы и меньшую стоимость спецификации (ведомостей материалов). Таким образом, большинство компактных преобразователей мощности, которые преобразовывают настенные 110 В переменного тока или 220 В переменного тока в 12 В или 5 В, обычно используют топологию обратноходового преобразователя.

    В настоящее время устройства IoT должны помещаться в небольшом пространстве и иметь более низкий механический профиль. Если вы каждый раз открываете зарядное устройство для телефона или ноутбука Apple, все они используют обратноходовой преобразователь.

    Однако реальный мир более жесток и суров, чем идеальный мир. Схема обратноходового преобразователя в реальном мире содержит гораздо больше компонентов, чем упрощенный «принцип работы» принципиальной схемы.

    Принципиальная схема конструкции моего обратноходового преобразователя

    Полностью функциональная, надежная и промышленная конструкция обратноходового преобразователя должна включать дополнительные цепи, такие как входной предохранитель переменного тока, варистор, входной пи-фильтр, демпфирующая цепь, выходной фильтр и фильтр электромагнитных помех. Если вы хотите узнать больше о том, как я строю обратноходовой преобразователь, пожалуйста, следите за обновлениями, и у меня будет еще одна статья, в которой будет рассказано обо всех этих частях и некоторых знаниях о сборке моего проекта.

    Блог Google AI: февраль 2022 г.

    Авторы: Даниэль Суо, инженер-программист, и Элад Хазан, научный сотрудник Google Research, от имени команды Google AI Princeton.

    Механические вентиляторы обеспечивают критически важную поддержку для пациентов, которые испытывают трудности с дыханием или не могут дышать самостоятельно.Они часто используются в различных сценариях, от обычной анестезии до интенсивной терапии новорожденных и жизнеобеспечения во время пандемии COVID-19. Типичный вентилятор состоит из источника сжатого воздуха, клапанов для управления потоком воздуха в легкие и из легких, а также «дыхательного контура», который соединяет вентилятор с пациентом. В некоторых случаях пациент, находящийся под седацией, может быть подключен к аппарату ИВЛ через трубку, вставленную через трахею в его легкие, процесс, называемый инвазивной вентиляцией .

    Аппарат искусственной вентиляции легких используется для пациентов, которые не в полной мере способны делать это самостоятельно. При инвазивной вентиляции контролируемый источник сжатого воздуха подключается к пациенту, находящемуся под седацией, через трубку, называемую дыхательным контуром.

    Как при инвазивной, так и при неинвазивной вентиляции аппарат ИВЛ следует предписанной врачом форме волны дыхания, основанной на дыхательном измерении пациента (т.г., давление в дыхательных путях, дыхательный объем). Чтобы предотвратить вред, эта сложная задача требует как устойчивости к различиям или изменениям в легких пациентов, так и соблюдения желаемой формы волны. Следовательно, аппараты ИВЛ требуют значительного внимания со стороны высококвалифицированных клиницистов, чтобы гарантировать, что их эффективность соответствует потребностям пациентов и что они не вызывают повреждения легких.

    Пример кривой дыхания, предписанной врачом (оранжевый) в единицах давления в дыхательных путях и фактического давления (синий), с учетом некоторого алгоритма контроллера.

    В разделе «Машинное обучение для управления механической вентиляцией» мы представляем предварительное исследование разработки алгоритма на основе глубокого обучения для улучшения управления аппаратом искусственной вентиляции легких для инвазивной вентиляции. Используя сигналы от искусственного легкого, мы разрабатываем алгоритм управления, который измеряет давление в дыхательных путях и вычисляет необходимые корректировки воздушного потока, чтобы лучше и более последовательно соответствовать заданным значениям. По сравнению с другими подходами мы демонстрируем повышенную надежность и лучшую производительность при меньшем ручном вмешательстве со стороны клиницистов, что позволяет предположить, что этот подход может снизить вероятность повреждения легких пациента.

    Текущие методы
    В настоящее время вентиляторы контролируются с помощью методов, принадлежащих к семейству ПИД-регуляторов (т. е. пропорциональный, интегральный, дифференциальный), которые управляют системой на основе истории ошибок между наблюдаемым и желаемым состояниями. ПИД-регулятор использует три характеристики для управления вентилятором: пропорция («P») — сравнение измеренного и целевого давления; интеграл («I») — сумма предыдущих измерений; и дифференциал («D») — разница между двумя предыдущими измерениями.Варианты PID использовались с 17 века и сегодня составляют основу многих контроллеров как в промышленных (например, управление теплом или жидкостями), так и в бытовых (например, управление давлением эспрессо) приложениях.

    ПИД-контроль формирует твердую базовую линию, полагаясь на резкую реактивность Р-контроля для быстрого увеличения давления в легких при вдохе и стабильность I-контроля для задержки дыхания перед выдохом. Тем не менее, операторы должны настраивать вентилятор для конкретных пациентов, часто неоднократно, чтобы сбалансировать «звон» чрезмерно усердного контроля P против неэффективно медленного роста давления в легких доминирующего контроля I.

    Существующие методы PID склонны к завышению, а затем занижению цели (звон). Поскольку пациенты различаются по своей физиологии и могут даже измениться во время лечения, высококвалифицированные клиницисты должны постоянно контролировать и корректировать существующие методы, чтобы избежать такого сильного звона, как в приведенном выше примере.

    Чтобы более эффективно сбалансировать эти характеристики, мы предлагаем контроллер на основе нейронной сети для создания набора управляющих сигналов, которые являются более широкими и адаптируемыми, чем элементы управления, генерируемые ПИД-регулятором.

    Контроллер вентилятора с машинным обучением
    Хотя можно настроить коэффициенты ПИД-регулятора (либо вручную, либо с помощью исчерпывающего поиска по сетке) посредством ограниченного числа повторных испытаний, невозможно применить такой прямой подход к глубокий контроллер, так как глубокие нейронные сети (DNN) часто имеют множество параметров и требуют значительных данных для обучения. Точно так же популярные подходы без моделей, такие как Q-Learning или Policy Gradient, требуют больших объемов данных и поэтому не подходят для имеющейся физической системы.Кроме того, эти подходы не учитывают внутреннюю дифференцируемость динамической системы вентилятора, которая является детерминированной, непрерывной и бесконтактной.

    Поэтому мы используем подход, основанный на модели, где мы сначала изучаем симулятор динамической системы вентилятор-пациент на основе DNN. Преимущество изучения такого симулятора заключается в том, что он обеспечивает более точную управляемую данными альтернативу моделям, основанным на физике, и может быть более широко распространен для исследования контроллеров.

    Чтобы обучить точный симулятор, мы создали набор данных, исследуя пространство элементов управления и возникающие в результате давления, при этом балансируя с физической безопасностью, например, не допуская чрезмерного надувания тестового легкого и причинения ущерба. Несмотря на то, что ПИД-регулятор может демонстрировать звон, он работает достаточно хорошо, чтобы его можно было использовать в качестве основы для создания обучающих данных. Чтобы безопасно исследовать и точно зафиксировать поведение системы, мы используем ПИД-регуляторы с различными коэффициентами управления для создания данных траектории управляющего давления для обучения на симуляторе.Кроме того, мы добавляем случайные отклонения в ПИД-регуляторы для более надежного захвата динамики.

    Мы собираем данные для обучения, выполняя задачи механической вентиляции на физическом тестовом легком с использованием аппарата ИВЛ с открытым исходным кодом, разработанного в рамках проекта People’s Ventilator Project Принстонского университета. Мы построили ферму вентиляторов, вмещающую десять систем ИВЛ на серверной стойке, которая фиксирует различные параметры сопротивления и растяжимости дыхательных путей, которые охватывают спектр состояний легких пациента, как это требуется для практического применения систем ИВЛ.

    Мы используем стационарную ферму аппаратов ИВЛ (10 аппаратов ИВЛ/искусственные легкие) для сбора тренировочных данных для симулятора ИВЛ. С помощью этого симулятора мы обучаем контроллер DNN, который затем проверяем на физической ферме вентиляторов.

    Истинное базовое состояние динамической системы недоступно модели напрямую, а только через наблюдения за давлением в дыхательных путях в системе. В симуляторе мы моделируем состояние системы в любое время как набор предыдущих наблюдений за давлением и управляющих воздействий, примененных к системе (вплоть до ограниченного окна ретроспективного анализа).Эти входные данные подаются в DNN, которая прогнозирует последующее давление в системе. Мы тренируем этот тренажер на данных траектории контрольного давления, собранных посредством взаимодействия с тестовым легким.

    Производительность симулятора измеряется как сумма отклонений прогнозов симулятора (при самомоделировании) от истинного.

    Хотя невозможно сравнить реальную динамику с их смоделированными аналогами по всем возможным траекториям и управляющим воздействиям, мы измеряем расстояние между симуляцией и известными безопасными траекториями.Мы вводим некоторые случайные исследования вокруг этих безопасных траекторий для надежности.

    Изучив точный симулятор, мы затем используем его для обучения контроллера на основе DNN полностью в автономном режиме. Такой подход позволяет нам быстро применять обновления во время обучения контроллера. Кроме того, дифференцируемый характер симулятора позволяет стабильно использовать градиент прямой политики, где мы аналитически вычисляем градиент потерь по отношению к параметрам DNN.Мы считаем, что этот метод значительно более эффективен, чем безмодельные подходы.

    Результаты
    Чтобы установить базовый уровень, мы запускаем исчерпывающую сетку ПИД-регуляторов для нескольких настроек легких и выбираем ПИД-регулятор с наилучшей производительностью, измеренный по среднему абсолютному отклонению между желаемой формой волны давления и фактической формой волны давления. Мы сравниваем их с нашими контроллерами и предоставляем доказательства того, что наши контроллеры DNN лучше работают и более надежны.

    1. Характеристики отслеживания формы дыхания:

      Мы сравниваем лучший ПИД-регулятор для данной настройки легких с нашим контроллером, обученным на обученном симуляторе для той же настройки. Наш обученный контроллер показывает на 22% меньшую среднюю абсолютную ошибку (MAE) между целевым и фактическим сигналами давления.

      Сравнение MAE между целевым и фактическим сигналами давления (чем меньше, тем лучше) для лучшего ПИД-регулятора (оранжевый) для данной настройки легких (показано для двух настроек, R=5 и R=20) против нашего контроллера (синий), обученного на обученном симуляторе для тех же настроек.Обученный контроллер работает до 22% лучше.
    2. Надежность:

      Далее мы сравниваем производительность единственного лучшего ПИД-регулятора по всему набору настроек легких с нашим контроллером, обученным на наборе обученных симуляторов с теми же настройками. Наш контроллер работает до 32% лучше в MAE между целевыми и фактическими кривыми давления, что позволяет предположить, что он может требовать меньше ручного вмешательства между пациентами или даже при изменении состояния пациента.

      То же, что и выше, но сравнение одного лучшего ПИД-регулятора по всему набору настроек легких с нашим контроллером, обученным с теми же настройками. Обученный контроллер работает на 32% лучше, что позволяет предположить, что он может требовать меньше ручного вмешательства.

    Наконец, мы исследовали возможность использования немодальных и других популярных алгоритмов RL (PPO, DQN) по сравнению с прямым градиентом политики, обученным на симуляторе.Мы обнаружили, что градиент прямой политики, обученный на симуляторе, дает немного лучшие результаты и делает это с более стабильным процессом обучения, который использует на несколько порядков меньшее количество обучающих выборок и значительно меньшее пространство поиска гиперпараметров.

    В симуляторе мы обнаружили, что безмодельные и другие популярные алгоритмы (PPO, DQN) работают примерно так же хорошо, как наш метод.
    Однако эти другие методы требуют на порядок больше эпизодов для тренировки до аналогичных уровней.

    Выводы и путь вперед
    Мы описали метод глубокого обучения искусственной вентиляции легких, основанный на смоделированной динамике, полученной при физическом тестировании легкого. Однако это только начало. Чтобы оказать влияние на реальные вентиляторы, необходимо учитывать множество других соображений и вопросов. Наиболее важными среди них являются неинвазивные вентиляторы, которые значительно сложнее из-за сложности определения давления в легких и давления в маске.Другие направления — как справиться со спонтанным дыханием и кашлем. Чтобы узнать больше и принять участие в этом важном пересечении машинного обучения и здоровья, ознакомьтесь с учебным пособием ICML по теории управления и обучению и рассмотрите возможность участия в одном из наших конкурсов kaggle для создания лучших симуляторов вентилятора!

    Благодарности
    Основная работа проводилась в лаборатории искусственного интеллекта Google в Принстоне в сотрудничестве с лабораторией Коэна на факультете механики и аэрокосмической техники Принстонского университета.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.