электронный пассивный элемент который сохраняет энергию в своем магнитном поле

Элементы цепи.

Когда же существует зависимость параметров элементов электрической цепи от напряжения или тока, графики ВАХ этих элементов будут иметь криволинейный характер, то такие элементы цепи называются нелинейными.

Нелинейной электрической цепью является содержащая хотя бы один из нелинейных элементов электрическая цепь. Различаются в теории электрических цепей пассивные и активные элементы цепи. Пассивные элементы потребляют энергию в электрической цепи, которую в нее вносят активные элементы.

Пассивные элементы цепи.

Обладающий свойством необратимого рассеивания энергии идеализированный элемент электрической цепи называется резистивным сопротивлением.

Вольт-амперная характеристика и его графическое изображение данного элемента показаны на рисунке.

7221157a9f7c1a688a1.78829098

Связаны между собой ток и напряжение на резистивном сопротивлении следующими зависимостями: u = iR, i = Gu. В данных формулах коэффициенты пропорциональности R (сопротивление) и G (проводимость) измеряются в омах [Ом] и сименсах [См]:

Идеализированный элемент электрической цепи, который имеет свойство накапливать энергию магнитного поля называется индуктивным элементом.

66373557a9f7d967c7b0.57098994

Линейной зависимостью между током i и потокосцеплением ψ характеризуется линейная индуктивность, получившая название вебер-амперная характеристика ψ = Li.

Соотношением u = dψ/dt = L(di/dt), связываются между собой ток и напряжение.

В данной формуле коэффициент пропорциональности L и называется индуктивностью, единицей его измерения является генри (Гн).

Идеализированный элемент электрической цепи называется емкостным элементом (емкостью), если он обладает свойством накапливать энергию электрического поля.

2536357a9f7f8e58ec4.20575743

Кулон-вольтной характеристикой q = Cu называется линейная зависимость между зарядом и напряжением, характеризующаяся линейной емкостью. Связаны ток и напряжение емкости соотношениями:

Активные элементы цепи.

Элементы цепи, отдающие энергию в цепь, считающиеся источниками энергии называются активными элементами. Различаются зависимые и независимые источники энергии. К независимым относятся источник тока и источник напряжения.

Под источником напряжения подразумевается идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не имеет зависимости от протекающего через него тока.

54633957a9f81225c358.51848260

У идеального источника напряжения равно нулю внутреннее сопротивление.

Идеализированный элемент электрической цепи, от напряжения на его зажимах ток которого не зависит, называется источником тока.

6308857a9f82bdc81a6.83463016

В идеальном источнике тока внутренне сопротивление равно бесконечности.

Если величина тока (напряжения) зависит от тока или напряжения другого участка цепи, то такие источники тока (напряжения) называются зависимыми (управляемыми). Транзисторы, электронные лампы, работающие в линейном режиме усилители моделируются зависимыми источниками.

Существует четыре типа зависимых источников:

943357a9f83aa8e967.10888830

52158557a9f849736778.86231528

33044357a9f8727d04f3.07889671

Источник

Электронные компоненты

Электронные компоненты – это радиодетали, которые используются повсюду. Выпускаются новые устройства и вместе с ними расширяется разнообразие электронных составляющих. В последние годы за счет активного уменьшения энергопотребления начали чаще использоваться SMD-компоненты. Однако несмотря на это, в большинстве электронных устройств используются все те же конденсаторы, резисторы, диоды и транзисторы.

Электронные компоненты: что это такое

Электронные компоненты – технические изделия, обладающие регламентированными функциями. Они входят в состав радиотехнических или электронных устройств и отвечают за их работоспособность. Сегодня рынок радиодеталей стремительно развивается и каждый желающий может приобрести нужные электронные компоненты.

Такие технические изделия начали набирать популярность в начале прошлого столетия, когда радиопередающая техника бурно развивалась. Уже в те годы многие люди называли электронные компоненты радиодеталями. Появлению этого названия поспособствовало то, что в начале ХХ века первым сложным электронным устройством было радио. Сначала радиодеталями называли изделия для производства радиоприемников. Однако со временем так начали называть и другие компоненты, несвязанные с радио.

Пассивные электронные компоненты

Пассивные радиоэлементы – детали, параметры которых изменяются линейно. Они используются для перераспределения электроэнергии.

Резистор

Резистор – наиболее распространенный пассивный элемент, использующийся в электронике. Он нужен для деления напряжения, ограничения или измерения тока. В зависимости от конструкционных особенностей, резисторы делят на следующие группы:

Выбирая новый резистор, необходимо обращать внимание на его основные параметры:

Конденсатор

Конденсаторы – незаменимые пассивные радиокомпоненты, использующиеся в фильтрах питания и стабилизаторах. Основным предназначением конденсаторов можно считать передачу напряжения от лампового анода к управляющей сетке.

Конденсаторы отличаются друг от друга по материалу изготовления:

При выборе конденсатора обращают внимание на его основные технические характеристики:

Дроссель

Дроссели – электротехнические деталис малым сопротивлением. Используются такие радиоэлементы в цепях переменного, импульсивного и постоянного тока. Чаще всего дроссели устанавливаются в:

Трансформатор

Это электромагнитный компонент, который передает энергию при помощи магнитного поля. Состоит трансформатор из нескольких обмоток, расположенных на сердечнике. Количество обмоток напрямую зависит от числа фаз. Основная особенность трансформаторов заключается в том, что их первичная и вторичная цепи электрически не связаны между собой.

В электронике чаще всего используют следующие виды трансформаторов:

Активные электронные компоненты

Активные радиоэлементы – детали, которые изменяют свои параметры нелинейно. Их используют для преобразования и усиления поступающих электросигналов.

Диодный мост

Диодный мост – электронный компонент, использующийся в качестве выпрямителя переменного тока. Состоит мост из специальных выпрямительных диодов полупроводникового типа. Выделяют несколько разновидностей диодных мостов:

Стабилитрон

Этот компонент устанавливается в электрические цепи для стабилизации напряжения. В цепи стабилитрон подключается в обратном направлении. Когда входное напряжение превысит уровень стабилизации, начинается электрический пробой. Стабилитрон работает до тех пор, пока напряжение не начнет постепенно стабилизироваться и понижаться до номинала.

Читайте также:  вертикальное озеленение в квартире конструкции

При проектировке и создании электрических цепей необходимо использовать подходящие стабилизаторы. Чтобы правильно подобрать стабилитрон, нужно обращать внимание на его технические характеристики:

Тиристор

Тиристор – полупроводниковый прибор, который способен проводить ток в обе стороны. Он используется для коммутации в сетях с переменным током и для регулировки высоковольтного питания. Тиристоры отличаются низкой стоимостью и простотой использования. Поэтому их очень часто устанавливают в бытовую технику. Найти тиристоры можно в:

Транзистор

Транзисторы – полупроводниковые элементы, использующиеся для уменьшения сопротивления. В современных чипах количество транзисторов достигает нескольких сотен.

Транзисторы можно поделить на три группы:

Все вышеперечисленные радиоэлементы активно используются в электронике и остаются востребованными даже сегодня. Заказать электронные компоненты от надежных производителей можно на официальном сайте компании Моском. Благодаря широкому спектру доступных на сайте товаров, каждый покупатель сможет найти радиодеталь, которая его интересует.

Источник

Пассивные элементы электрической цепи

lfirmal 3

Пассивные элементы электрической цепи

В реальных пассивных элементах цепи (резистор, катушка индуктивности, конденсатор) одновременно происходит необратимое рассеяние электрической энергии (потери на тепло), создание магнитного поля и запасание в нем энергии, создание электрического поля и запасание в нем энергии.

Степень проявления этих эффектов в каждом из пассивных элементов различна и зависит от многих факторов. Например, в конденсаторе, помимо основного процесса накопления энергии в виде электрического поля, могут наблюдаться побочные (паразитные) процессы создания магнитного поля и выделения теплоты

Идеальные пассивные элементы. Используют три идеальных пассивных элемента: сопротивление, индуктивность и емкость. В каждом из этих элементов наблюдается только основной энергетический процесс.

Сопротивление (image 25399-элемент) — идеальный пассивный элемент, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется в тепловую энергию. Количественно способность image 25399-элемента преобразовывать электрическую энергию в тепловую характеризуется параметром, называемым сопротивлением image 25399. Величина image 25400называется проводимостью. Сопротивление измеряется в омах (Ом), а проводимость — в сименсах (См).

Условное графическое обозначение image 25399-элемента (сопротивления) приведено на рис. 1.2,а. Рассмотрим случай, когда к сопротивлению image 25399приложено внешнее постоянное напряжение image 25402, равное разности потенциалов точек 1 и 2, т.е. image 25403(рис.1.2,а).

Электрическое поле, возникающее в сопротивлении между точками 1 и 2, воздействует на свободные носители зарядов сопротивления и вызывает в нем электрический ток. Так как image 25404, ток направлен от точки 1 к точке 2. Для напряжения image 25402, как и для тока image 25405, выбирают условно положительное направление и указывают его стрелкой (рис. 1.2).

image 25408

Зависимость тока элемента от приложенного к этому элементу напряжения называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Связь тока сопротивления image 25405и приложенного к нему напряжения image 25402для сопротивления устанавливается законом Ома image 25409. Из приведенного выражения следует, что, если сопротивление image 25399-элемента постоянно и не зависит от приложенного к нему напряжения, то его ВАХ — прямая, проходящая через начало координат (рис. 1.2,б). Такой image 25399-элемент является линейным.

Мгновенная мощность электрического тока в image 25399-элементе image 25410image 25411. Она является квадратичной функцией тока или напряжения и не может принимать отрицательных значений, следовательно, энергия всегда поступает от источника в элемент.

В электрической цепи при прохождении тока происходит ряд превращений энергии. Во внешнем участке цепи работу по перемещению электрических зарядов совершают силы стационарного электрического поля. Энергия этого поля в общем случае может превращаться в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию электромагнитного излучения.

В сопротивлении (image 25399-элементе) работа электрического поля приводит только к его нагреванию. Количество выделившейся теплоты равно совершаемой током работе. Это следует из закона Джоуля-Ленца, в соответствии с которым количество теплоты image 25412, выделяемой током image 25413на участке цепи в течение времени image 25414, равно image 25415.

По своим свойствам к image 25399-элементу наиболее близок реальный пассивный элемент, называемый резистором.

Индуктивность (image 25417-элемент) — идеальный пассивный элемент, обладающий способностью создавать магнитное поле и накапливать в нем энергию. В индуктивности запасание энергии электрического ноля или преобразование электрической энергии в другие виды энергии не происходит. Условное графическое обозначение индуктивности показано на рис. 1.3.

image 25420

Количественно способность image 25417-элемента накапливать энергию магнитного поля характеризуется параметром, называемым индуктивностью. Индуктивность определяется по формуле image 25421, где image 25422— число витков катушки, image 25423— магнитный поток катушки, возбуждаемый током image 25424— потокосцепление. Магнитный поток и потокосцепление измеряют в веберах (Вб), индуктивность — в генри (Гн).

У линейной индуктивности индуктивность image 25417сеть величина постоянная, она не зависит от тока и, следовательно, характеристика image 25425линейна.

Если потокосцепление image 25426, т.е. изменяется во времени, то по закону электромагнитной индукции в индуктивности наводится ЭДС самоиндукции image 25427. Знак минус в этом выражении обусловлен тем, что ЭДС самоиндукции противодействует изменению потокосцепления image 25428и, следовательно, изменению тока image 25429.

Величину image 25437называют индуктивным напряжением. Для линейной индуктивности

image 25439

Близким по свойствам к индуктивности является реальный пассивный элемент электрической цепи — индуктивная катушка (катушка индуктивности). В катушке индуктивности происходит не только запасание энергии магнитного поля, но и преобразование электрической энергии в тепловую.

Емкостью (image 25440-элементом) называют идеальный элемент, способный создавать электрическое поле и накапливать в нем энергию. Параметром, характеризующим эту способность, является емкость image 25442. Здесь image 25443и image 25444заряд и напряжение на емкости. Единица измерения емкости — фарада (image 25445). Запасания энергии магнитного поля или преобразования электрической энергии в другие виды энергии в С-элементе не происходит. Условное графическое обозначения емкости приведены на рис. 1.4.

image 25455

В линейном image 25440-элементе емкость есть величина постоянная, не зависящая от приложенного к ней напряжения image 25456. Поэтому зависимость image 25457является линейной.

Читайте также:  магазин для взрослых на октябрьском поле

Для линейной емкости связь между током и напряжением

image 25459

По свойствам к емкости наиболее близок реальный пассивный элемент, называемый конденсатором.

Реальные пассивные элементы. В отличие от идеальных пассивных элементов в реальных пассивных элементах наряду основным энергетическим процессом происходят побочные (паразитные) процессы. Для их учета в реальных элементах строят их схемы замещения, которые являются определенной комбинацией отдельных идеальных элементов.

Конфигурация схемы замещения и значения параметров образующих ее идеальных элементов могут быть разными. Они определяются рабочей частотой, конструктивными и технологическими особенностями изготовления реального элемента, а также требуемой точностью анализа. В каждом из этих случаев схема замещения будет разной.

При работе на высоких частотах вследствие наличия магнитного и электрического полей резистор наряду с сопротивлением имеет некоторую индуктивность и емкость. В схеме замещения резистора (рис. 1.5,а) на высоких частотах image 25460-элемент основной, он учитывает сопротивление токопроводящего слоя резистора, а элементы image 25461и image 25462— паразитные, учитывающие соответственно магнитный поток и электрическое поле резистора.

Реальный пассивный элемент — катушка индуктивности представляет собой обмотку, состоящую из достаточно большого числа круговых витков, размещенных, например, на прямолинейном сердечнике. В схеме замещения катушки индуктивности (рис. 1.5, б), используемой при работе на высоких частотах, image 25464является основным параметром, a image 25465(сопротивление обмотки катушки) и image 25462(межвитковая емкость) — паразитные.

image 25467

В схеме замещения реального пассивного элемента, называемого конденсатором, (рис. 1.5, в), используемой при работе на высоких частотах, image 25440— основной элемент; image 25468— паразитные элементы, учитывающие соответственно потери в диэлектрике и индуктивность выводов.

Графическое изображение схем замещения реальных элементов, отображающее соединение реальных элементов электрической цепи и ее свойства, называют схемой замещения электрической цепи иногда просто схемой цепи.

Эта теория взята со страницы помощи с заданиями по электротехнике:

Возможно эти страницы вам будут полезны:

lfirmal 3

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Электронный пассивный элемент который сохраняет энергию в своем магнитном поле

Электромагнитные процессы, протекающие в электротехнических устройствах, как правило, достаточно сложны. Однако во многих случаях, их основные характеристики можно описать с помощью таких интегральных понятий, как: напряжение, ток, электродвижущая сила (ЭДС). При таком подходе совокупность электротехнических устройств, состоящую из соответствующим образом соединенных источников и приемников электрической энергии, предназначенных для генерации, передачи, распределения и преобразования электрической энергии и (или) информации, рассматривают как электрическую цепь. Электрическая цепь состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии, а устройства, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрической энергии.

У каждого элемента цепи можно выделить определенное число зажимов (полюсов), с помощью которых он соединяется с другими элементами. Различают двух –и многополюсные элементы. Двухполюсники имеют два зажима. К ним относятся источники энергии (за исключением управляемых и многофазных), резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы. Многополюсные элементы – это, например, триоды, трансформаторы, усилители и т.д.

Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. Активным называется элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии. К пассивным относятся элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями. Если элементы описываются линейными дифференциальными или алгебраическими уравнениями, то они называются линейными, в противном случае они относятся к классу нелинейных. Строго говоря, все элементы являются нелинейными. Возможность рассмотрения их как линейных, что существенно упрощает математическое описание и анализ процессов, определяется границами изменения характеризующих их переменных и их частот. Коэффициенты, связывающие переменные, их производные и интегралы в этих уравнениях, называются параметрами элемента.

Если параметры элемента не являются функциями пространственных координат, определяющих его геометрические размеры, то он называется элементом с сосредоточенными параметрами. Если элемент описывается уравнениями, в которые входят пространственные переменные, то он относится к классу элементов с распределенными параметрами. Классическим примером последних является линия передачи электроэнергии (длинная линия).

Цепи, содержащие только линейные элементы, называются линейными. Наличие в схеме хотя бы одного нелинейного элемента относит ее к классу нелинейных.

Рассмотрим пассивные элементы цепи, их основные характеристики и параметры.

1. Резистивный элемент (резистор)

Условное графическое изображение резистора приведено на рис. 1,а. Резистор – это пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным сопротивлением r (Ом ´ м) или обратной величиной – удельной проводимостью Image87(См/м).

В простейшем случае проводника длиной Image88и сечением S его сопротивление определяется выражением

Image89.

Image90

В общем случае определение сопротивления связано с расчетом поля в проводящей среде, разделяющей два электрода.

Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость Image91(или Image92), называемая вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Если зависимость Image91представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см.рис. 1,б), то резистор называется линейным и описывается соотношением

Читайте также:  7 этаж квартира какая будет

Image93

Image94,

где Image95— проводимость. При этом R=const.

Нелинейный резистивный элемент, ВАХ которого нелинейна (рис. 1,б), как будет показано в блоке лекций, посвященных нелинейным цепям, характеризуется несколькими параметрами. В частности безынерционному резистору ставятся в соответствие статическое Image96и дифференциальное Image97сопротивления.

2. Индуктивный элемент (катушка индуктивности)

Условное графическое изображение катушки индуктивности приведено на рис. 2,а. Катушка – это пассивный элемент, характеризующийся индуктивностью. Для расчета индуктивности катушки необходимо рассчитать созданное ею магнитное поле.

Image98

Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки,

Image99.

В свою очередь потокосцепление равно сумме произведений потока, пронизывающего витки, на число этих витков Image100, где Image101.

Основной характеристикой катушки индуктивности является зависимость Image102, называемая вебер-амперной характеристикой. Для линейных катушек индуктивности зависимость Image102представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см. рис. 2,б); при этом

Image103.

Нелинейные свойства катушки индуктивности (см. кривую Image102на рис. 2,б) определяет наличие у нее сердечника из ферромагнитного материала, для которого зависимость Image104магнитной индукции от напряженности поля нелинейна. Без учета явления магнитного гистерезиса нелинейная катушка характеризуется статической Image105и дифференциальной Image106индуктивностями.

3. Емкостный элемент (конденсатор)

Условное графическое изображение конденсатора приведено на рис. 3,а.

Image107

Конденсатор – это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета последней необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними

Image108

и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними. Большинство диэлектриков, используемых на практике, линейны, т.е. у них относительная диэлектрическая проницаемость epsilon=const. В этом случае зависимость Image109представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, (см. рис. 3,б) и

Image110.

У нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) диэлектрическая проницаемость является функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости Image109(рис. 3,б). В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный конденсатор характеризуется статической Image111и дифференциальной Image112емкостями.

Схемы замещения источников электрической энергии

Свойства источника электрической энергии описываются ВАХ Image113, называемой внешней характеристикой источника. Далее в этом разделе для упрощения анализа и математического описания будут рассматриваться источники постоянного напряжения (тока). Однако все полученные при этом закономерности, понятия и эквивалентные схемы в полной мере распространяются на источники переменного тока. ВАХ источника может быть определена экспериментально на основе схемы, представленной на рис. 4,а. Здесь вольтметр V измеряет напряжение на зажимах 1-2 источника И, а амперметр А – потребляемый от него ток I, величина которого может изменяться с помощью переменного нагрузочного резистора (реостата) RН.

Image114

В общем случае ВАХ источника является нелинейной (кривая 1 на рис. 4,б). Она имеет две характерные точки, которые соответствуют:

а – режиму холостого хода Image115;

б – режиму короткого замыкания Image116.

Для большинства источников режим короткого замыкания (иногда холостого хода) является недопустимым. Токи и напряжения источника обычно могут изменяться в определенных пределах, ограниченных сверху значениями, соответствующими номинальному режиму (режиму, при котором изготовитель гарантирует наилучшие условия его эксплуатации в отношении экономичности и долговечности срока службы). Это позволяет в ряде случаев для упрощения расчетов аппроксимировать нелинейную ВАХ на рабочем участке m-n (см. рис. 4,б) прямой, положение которой определяется рабочими интервалами изменения напряжения и тока. Следует отметить, что многие источники (гальванические элементы, аккумуляторы) имеют линейные ВАХ.

Прямая 2 на рис. 4,б описывается линейным уравнением

Image117, (1)

где Image118— напряжение на зажимах источника при отключенной нагрузке (разомкнутом ключе К в схеме на рис. 4,а); Image119внутреннее сопротивление источника.

Уравнение (1) позволяет составить последовательную схему замещения источника (см. рис. 5,а). На этой схеме символом Е обозначен элемент, называемый идеальным источником ЭДС. Напряжение на зажимах этого элемента Image120не зависит от тока источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 5,б. На основании (1) у такого источника Image121. Отметим, что направления ЭДС и напряжения на зажимах источника противоположны.

Image122

Если ВАХ источника линейна, то для определения параметров его схемы замещения необходимо провести замеры напряжения и тока для двух любых режимов его работы.

Существует также параллельная схема замещения источника. Для ее описания разделим левую и правую части соотношения (1) на Image123. В результате получим

Image124

Image125, (2)

где Image126; Image127внутренняя проводимость источника.

Уравнению (2) соответствует схема замещения источника на рис. 6,а.

Image128

На этой схеме символом J обозначен элемент, называемый идеальным источником тока. Ток в ветви с этим элементом равен Image126и не зависит от напряжения на зажимах источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 6,б. На этом основании с учетом (2) у такого источника Image129, т.е. его внутреннее сопротивление Image130.

Отметим, что в расчетном плане при выполнении условия Image131последовательная и параллельная схемы замещения источника являются эквивалентными. Однако в энергетическом отношении они различны, поскольку в режиме холостого хода для последовательной схемы замещения мощность равна нулю, а для параллельной – нет.

Кроме отмеченных режимов функционирования источника, на практике важное значение имеет согласованный режим работы, при котором нагрузкой RН от источника потребляется максимальная мощность

Image132, (3)

Условие такого режима

Image133, (4)

В заключение отметим, что в соответствии с ВАХ на рис. 5,б и 6,б идеальные источники ЭДС и тока являются источниками бесконечно большой мощности.

Контрольные вопросы и задачи

Ответ: L=0,1 Гн; WМ=40 Дж.

Ответ: С=0,5 мкФ; WЭ=0,04 Дж.

Ответ: Image134

Ответ: Image135

Источник

Оцените статью
Мой дом
Adblock
detector