Jak zjistit vnitřní odpor zdroje napětí. Rádiová komunikace

Cíl práce: studovat metodu měření EMF a vnitřního odporu zdroje proudu pomocí ampérmetru a voltmetru.

Zařízení: kovová tabulka, zdroj proudu, ampérmetr, voltmetr, rezistor, klíč, svorky, propojovací vodiče.

Pro měření EMF a vnitřního odporu zdroje proudu je sestaven elektrický obvod, jehož obvod je znázorněn na obrázku 1.

Ke zdroji proudu je připojen ampérmetr, odpor a klíč zapojené v sérii. Navíc je přímo do výstupních zdířek zdroje připojen i voltmetr.

EMF se měří odečtením voltmetru s otevřeným klíčem. Tato technika pro stanovení EMF je založena na důsledku Ohmova zákona pro kompletní řetěz, podle kterého se při nekonečně velkém odporu vnějšího obvodu napětí na svorkách zdroje rovná jeho EMF. (Viz odstavec "Ohmův zákon pro úplný obvod" učebnice "Fyzika 10").

Pro určení vnitřního odporu zdroje je sepnut klíč K. V tomto případě lze v obvodu podmíněně rozlišit dvě sekce: vnější (ta, která je připojena ke zdroji) a vnitřní (ta, která je uvnitř proudu zdroj). Protože EMF zdroje se rovná součtu poklesu napětí ve vnitřní a vnější části obvodu:

ε = Ur+UR, ŽeUr = ε -UR (1)

Podle Ohmova zákona pro úsek řetězu U r = I · r(2). Dosazením rovnosti (2) do (1) dostaneme:

já· r = ε - Ur , odkud r = (ε - UR)/ J

Proto, abychom věděli vnitřní odpor zdroj proudu, musíte nejprve určit jeho EMF, poté zavřít klíč a změřit úbytek napětí na vnějším odporu a také proud v něm.

Pokrok

1. Připravte si tabulku pro zaznamenání výsledků měření a výpočtů:

ε ,PROTI	U r , B	IA	r Ohm

Nakreslete si do sešitu schéma pro měření EMF a vnitřního odporu zdroje.

Po kontrole obvodu sestavte elektrický obvod. Otevřete klíč.

Změřte hodnotu EMF zdroje.

Zavřete spínač a odečtěte hodnoty ampérmetru a voltmetru.

Vypočítejte vnitřní odpor zdroje.

Stanovení emf a vnitřního odporu zdroje proudu grafickou metodou

Cíl práce: studovat měření EMF, vnitřního odporu a zkratového proudu zdroje proudu na základě analýzy grafu závislosti napětí na výstupu zdroje na síle proudu v obvodu.

Zařízení: galvanický článek, ampérmetr, voltmetr, rezistor R 1 , variabilní rezistor, klíč, svorky, kovová deska, propojovací vodiče.

Z Ohmova zákona pro úplný obvod vyplývá, že napětí na výstupu zdroje proudu závisí přímo úměrně na síle proudu v obvodu:

protože I \u003d E / (R + r), pak IR + Ir \u003d E, ale IR \u003d U, odkud U + Ir \u003d E nebo U \u003d E - Ir (1).

Pokud sestavíte graf závislosti U na I, pak podle jeho průsečíků se souřadnicovými osami můžete určit E, I K.Z. - síla proudu zkrat(proud, který poteče obvodem zdroje, když se vnější odpor R stane nulovým).

EMF je určeno průsečíkem grafu s osou napětí. Tento bod grafu odpovídá stavu obvodu, ve kterém v něm není žádný proud, a proto U = E.

Síla zkratového proudu je určena průsečíkem grafu s osou proudu. V tomto případě je vnější odpor R = 0 a následně napětí na výstupu zdroje U = 0.

Vnitřní odpor zdroje se zjistí pomocí tečny sklonu grafu vůči aktuální ose. (Porovnejte vzorec (1) s matematickou funkcí tvaru Y = AX + B a zapamatujte si význam koeficientu v X).

Pokrok

Chcete-li zaznamenat výsledky měření, připravte si tabulku:

Po kontrole obvodu učitelem sestavte elektrický obvod. Posuvník proměnného odporu nastavte do polohy, při které bude odpor obvodu připojeného ke zdroji proudu maximální.

Určete hodnotu proudu v obvodu a napětí na svorkách zdroje při maximální hodnotě odporu proměnného rezistoru. Zadejte naměřená data do tabulky.

Opakujte měření proudu a napětí několikrát, pokaždé snižte hodnotu proměnlivý odpor aby se napětí na svorkách zdroje snížilo o 0,1V. Přestaňte měřit, když proud v obvodu dosáhne 1A.

Body získané v experimentu vyneste do grafu. Na svislou osu vykreslete napětí a na vodorovnou osu proud. Přes tečky nakreslete rovnou čáru.

Pokračujte v grafu k průsečíku souřadnicových os a určete hodnoty E a I K.Z.

Změřte EMF zdroje připojením voltmetru k jeho svorkám s otevřeným vnějším obvodem. Porovnejte hodnoty EMF získané těmito dvěma metodami a uveďte důvod možného rozporu mezi výsledky.

Určete vnitřní odpor zdroje proudu. K tomu vypočítejte tečnu sklonu sestrojeného grafu k aktuální ose. Vzhledem k tomu, že tečna úhlu v pravoúhlém trojúhelníku je rovna poměru protilehlé větve k sousední, lze to prakticky provést zjištěním poměru E / I K.Z

Předpokládejme, že existuje jednoduchá elektrika uzavřený obvod, jehož součástí je zdroj proudu, např. generátor, galvanický článek nebo baterie, a rezistor s odporem R. Protože proud v obvodu není nikde přerušován, protéká i uvnitř zdroje.

V takové situaci můžeme říci, že jakýkoli zdroj má nějaký vnitřní odpor, který brání proudu. Tento vnitřní odpor charakterizuje zdroj proudu a označuje se písmenem r. U baterie je vnitřním odporem odpor roztoku elektrolytu a elektrod, u generátoru odpor vinutí statoru atd.

Proudový zdroj je tedy charakterizován jak hodnotou EMF, tak hodnotou vlastního vnitřního odporu r - obě tyto charakteristiky udávají kvalitu zdroje.

Elektrostatické vysokonapěťové generátory (jako například Van de Graaffův generátor nebo Wimshurstův generátor) mají obrovské EMF měřené v milionech voltů, zatímco jejich vnitřní odpor se měří ve stovkách megaohmů, a proto nejsou vhodné pro generování velké proudy.

Galvanické články (např. baterie) - naopak - mají EMF řádově 1 volt, ačkoli jejich vnitřní odpor je řádově zlomky nebo maximálně deset ohmů, a proto mohou proudy jednotek i desítek ampérů získat z galvanických článků.

Toto schéma ukazuje skutečný zdroj s připojenou zátěží. Zde je uveden jeho vnitřní odpor a také zátěžový odpor. Podle toho bude proud v tomto obvodu roven:

Protože část vnějšího obvodu je homogenní, pak z Ohmova zákona můžete najít napětí na zátěži:

Po vyjádření zatěžovacího odporu z první rovnice a dosazením jeho hodnoty do druhé rovnice získáme závislost napětí na zátěži na proudu v uzavřeném obvodu:

V uzavřeném obvodu se EMF rovná součtu úbytků napětí na prvcích vnějšího obvodu a na vnitřním odporu samotného zdroje. Závislost napětí zátěže na proudu zátěže je ideálně lineární.

Graf to ukazuje, ale experimentální data na skutečném odporu (křížky v blízkosti grafu) se vždy liší od ideálního:

Experimenty a logika ukazují, že při nulovém zatěžovacím proudu se napětí na vnějším obvodu rovná EMF zdroje a při nulovém napětí na zátěži je proud v obvodu . Tato vlastnost reálných obvodů pomáhá experimentálně najít EMF a vnitřní odpor reálných zdrojů.

Experimentální zjištění vnitřního odporu

Chcete-li experimentálně určit tyto charakteristiky, vytvořte graf napětí zátěže proti proudu a poté jej extrapolujte na průsečík s osami.

V průsečíku grafu s napěťovou osou je hodnota EMF zdroje a v průsečíku s proudovou osou je velikost zkratového proudu. V důsledku toho se vnitřní odpor zjistí podle vzorce:

Vyvinuto podle zdroje užitečná síla uvolněn při zatížení. Graf závislosti tohoto výkonu na odporu zátěže je na obrázku. Tato křivka začíná od průsečíku souřadnicových os v nulovém bodě a poté se zvyšuje na maximální hodnota výkon, načež klesne na nulu, když je zátěžový odpor roven nekonečnu.

Pro zjištění maximálního zatěžovacího odporu, při kterém se teoreticky vyvine maximální výkon pro daný zdroj, se vezme derivace výkonového vzorce vzhledem k R a vyrovná se nule. Maximální výkon se vyvine s odporem vnějšího obvodu rovným vnitřnímu odporu zdroje:

Toto tvrzení o maximálním výkonu při R = r umožňuje experimentálně zjistit vnitřní odpor zdroje vynesením závislosti uvolněného výkonu na zátěži na hodnotě odporu zátěže. Po nalezení skutečné a ne teoretické odolnosti proti zatížení, která poskytuje maximální výkon, určit skutečný vnitřní odpor zdroje.

Účinnost zdroje proudu ukazuje poměr maximálního výkonu přiděleného zátěži k plná síla, v kterém tento moment se vyvíjí

Dvoupólový a jeho ekvivalentní obvod

Vnitřní odpor dvousvorkové sítě je impedance v ekvivalentním obvodu dvousvorkové sítě, skládající se z generátoru napětí a impedance zapojených do série (viz obrázek). Koncept se používá v teorii obvodů při nahrazení reálného zdroje ideálními prvky, tedy při přechodu na ekvivalentní obvod.

Úvod

Zvažte příklad. V osobním autě budeme palubní síť napájet nikoli z běžného olověného akumulátoru o napětí 12 voltů a kapacitě 55 Ah, ale z osmi akumulátorů zapojených do série (například velikosti AA, s kapacita cca 1 Ah). Zkusme nastartovat motor. Zkušenosti ukazují, že při napájení z baterií se hřídel startéru neotočí ani o stupeň. Navíc nebude fungovat ani relé navíječe.

Je intuitivně jasné, že baterie „není dostatečně výkonná“ pro takovou aplikaci, nicméně s ohledem na její tvrzení elektrické charakteristiky- napětí a náboj (kapacita) - nepodává kvantitativní popis tohoto jevu. Napětí je v obou případech stejné:

Baterie: 12 voltů

Galvanické články: 8 1,5 voltu = 12 voltů

Kapacita je také dostačující: jedna ampérhodina v baterii by měla stačit k otáčení startéru po dobu 14 sekund (při proudu 250 ampér).

Zdálo by se, že v souladu s Ohmovým zákonem by měl být proud ve stejné zátěži s elektricky identickými zdroji také stejný. Ve skutečnosti to však není tak úplně pravda. Zdroje by se chovaly stejně, kdyby šlo o ideální generátory napětí. Popsat míru rozdílu mezi skutečnými zdroji a ideální generátory a aplikovat koncept vnitřního odporu.

Odpor a vnitřní odpor

Hlavní charakteristikou dvoukoncové sítě je její odpor (neboli impedance). Není však vždy možné charakterizovat dvouterminálovou síť pouze odporem. Faktem je, že termín odpor je použitelný pouze pro čistě pasivní prvky, tedy takové, které neobsahují zdroje energie. Pokud dvoukoncová síť obsahuje zdroj energie, pak na ni pojem "odpor" prostě není aplikovatelný, protože Ohmův zákon ve formulaci U=Ir není splněn.

U dvousvorkových sítí obsahujících zdroje (tedy generátory napětí a generátory proudu) je tedy nutné mluvit o vnitřním odporu (neboli impedanci). Pokud síť se dvěma svorkami neobsahuje zdroje, pak „vnitřní odpor“ pro takovou síť se dvěma svorkami znamená totéž, co jednoduše „odpor“.

Související pojmy

Pokud lze v jakémkoli systému rozlišit vstup a/nebo výstup, pak se často používají následující termíny:

Vstupní impedance - vnitřní odpor dvousvorkové sítě, která je vstupem systému.

Výstupní impedance - vnitřní odpor dvousvorkové sítě, která je výstupem systému.

Fyzikální principy

Navzdory skutečnosti, že v náhradním obvodu je vnitřní odpor prezentován jako jeden pasivní prvek (navíc aktivní odpor, tj. rezistor je v něm nutně přítomen), vnitřní odpor není koncentrován v žádném prvku. Dvousvorka se chová jen povrchně, jako by měla koncentrovanou vnitřní impedanci a generátor napětí. Ve skutečnosti je vnitřní odpor vnějším projevem kombinace fyzikálních účinků:

Pokud je ve dvousvorkové síti pouze zdroj energie bez elektrického obvodu (například galvanický článek), pak je vnitřní odpor čistě aktivní, je to způsobeno fyzikálními vlivy, které neumožňují výkon dodávaný tímto zdrojem k zatížení překročit určitou mez. Nejjednodušším příkladem takového efektu je nenulový odpor vodičů elektrického obvodu. K omezení výkonu však zpravidla nejvíce přispívají neelektrické efekty. Takže například v chemickém zdroji může být výkon omezen oblastí kontaktu látek zapojených do reakce, v hydroelektrárně - omezeným tlakem vody atd.

V případě dvouterminálové sítě obsahující uvnitř elektrické schéma, vnitřní odpor je "rozptýlený" v prvcích obvodu (kromě mechanismů uvedených výše ve zdroji).

Z toho také vyplývají některé vlastnosti vnitřního odporu:

Vnitřní odpor nelze odstranit ze dvou svorek

Vnitřní odpor není stabilní hodnota: může se změnit, když se změní jakékoli vnější podmínky.

Vliv vnitřního odporu na vlastnosti dvousvorkové sítě

Vliv vnitřního odporu je vlastní vlastností každé dvoukoncové sítě. Hlavním výsledkem přítomnosti vnitřního odporu je omezení elektrická energie, které lze získat v zátěži napájené z této dvoukoncové sítě.

Pokud je zátěž s odporem R připojena ke zdroji s EMF generátoru napětí E a aktivním vnitřním odporem r, pak jsou proud, napětí a výkon v zátěži vyjádřeny následovně.

Výpočet

Koncept výpočtu je použitelný pro schéma (ale ne pro skutečné zařízení). Výpočet je uveden pro případ čistě aktivního vnitřního odporu (o rozdílech v reaktanci bude řeč níže).

Nechť existuje dvoukoncová síť, kterou lze popsat výše uvedeným ekvivalentním obvodem. Síť se dvěma terminály má dva neznámé parametry, které je třeba najít:

Generátor napětí EMF U

Vnitřní odpor r

V obecném případě je pro určení dvou neznámých nutné provést dvě měření: změřit napětí na výstupu dvousvorkové sítě (tj. rozdíl potenciálů Uout = φ2 - φ1) při dvou různých zatěžovacích proudech. Potom lze neznámé parametry najít ze soustavy rovnic:

kde Uout1 je výstupní napětí při proudu I1, Uout2 je výstupní napětí při proudu I2. Řešením soustavy rovnic najdeme požadované neznámé:

Obvykle více než jednoduchá technika: je napětí v režimu nečinný pohyb a proud ve zkratovém režimu dvousvorkové sítě. V tomto případě je systém (1) zapsán takto:

kde Uoc je výstupní napětí v klidovém režimu (anglicky open circuit), tedy při nulovém zatěžovacím proudu; Isc - zatěžovací proud v režimu zkratu, to znamená se zátěží s nulovým odporem. Zde se bere v úvahu, že výstupní proud v klidovém režimu a výstupní napětí v režimu zkratu jsou rovny nule. Z posledních rovnic okamžitě dostaneme:

Měření

Pojem měření je aplikovatelný na skutečné zařízení (ale ne na obvod). Přímé měření ohmmetrem není možné, protože sondy přístroje nelze připojit na svorky vnitřního odporu. Proto je nutné nepřímé měření, které se zásadně neliší od výpočtu - napětí na zátěži je také potřeba při dvou různých hodnotách proudu. Ne vždy je však možné použít zjednodušený vzorec (2), protože ne každá skutečná dvousvorková síť umožňuje provoz v režimu zkratu.

Často se používá následující jednoduchá metoda měření, která nevyžaduje výpočty:

Měří se napětí naprázdno

Proměnný odpor je připojen jako zátěž a jeho odpor je zvolen tak, aby napětí na něm bylo poloviční než napětí naprázdno.

Po popsaných postupech je třeba ohmmetrem změřit odpor zatěžovacího odporu - bude se rovnat vnitřnímu odporu dvoupólu.

Ať už se použije jakákoli metoda měření, měli byste se mít na pozoru před přetížením dvou svorek nadměrným proudem, to znamená, že proud by neměl překročit maximální přípustné hodnoty pro tuto dvou svorku.

Reaktivní vnitřní odpor

Pokud dvousvorkový ekvivalentní obvod obsahuje reaktivní prvky - kondenzátory a / nebo induktory, pak se výpočet reaktivního vnitřního odporu provádí stejným způsobem jako aktivní, ale namísto odporů rezistorů se použijí komplexní impedance prvky zahrnuté v obvodu se berou a místo napětí a proudů - jejich komplexní amplitudy, to znamená, že výpočet se provádí metodou komplexních amplitud.

Měření vnitřní reaktance má některé zvláštnosti, protože jde o komplexní hodnotnou funkci a ne o skalární hodnotu:

Můžete hledat různé parametry komplexní hodnoty: modul, argument, pouze reálnou nebo imaginární část a celé komplexní číslo. V souladu s tím bude technika měření záviset na tom, co chceme získat.

Nutnost zavést termín lze ilustrovat na následujícím příkladu. Srovnejme dva chemické zdroje stejnosměrný proud se stejným napětím

Automobilový olověný akumulátor s napětím 12 voltů a kapacitou 55 Ah
Osm AA baterií zapojených do série. Celkové napětí takové baterie je také 12 voltů, kapacita je mnohem menší - asi 1 Ah

I přes stejné napětí se tyto zdroje při provozu na stejnou zátěž výrazně liší. Tak, autobaterie schopen načíst vysoký proud(motor auta startuje z baterie, přičemž startér odebírá proud 250 ampér) a startér se z řetězu baterie vůbec neotáčí. Důvodem není relativně malá kapacita baterií: jedna ampérhodina v bateriích by stačila k otáčení startéru po dobu 14 sekund (při proudu 250 ampér).

U dvoukoncových sítí obsahujících zdroje (tedy generátory napětí a generátory proudu) je tedy třeba hovořit o domácí odpor (nebo impedance). Pokud síť se dvěma terminály neobsahuje zdroje, pak " vnitřní odpor“ pro takovouto dvoukoncovou síť znamená totéž jako Prostě"odpor".

Související pojmy

Pokud lze v jakémkoli systému rozlišit vstup a/nebo výstup, pak se často používají následující termíny:

Fyzikální principy

Navzdory skutečnosti, že v náhradním obvodu je vnitřní odpor prezentován jako jeden pasivní prvek (navíc aktivní odpor, tj. rezistor je v něm nutně přítomen), vnitřní odpor není soustředěn v žádném prvku. Dvouterminální pouze externě se chová jako by měl koncentrovanou vnitřní impedanci a generátor napětí. Ve skutečnosti je vnitřní odpor vnějším projevem kombinace fyzikálních účinků:

Pokud má síť se dvěma terminály pouze Zdroj energie bez elektrického obvodu (například galvanického článku), pak je vnitřní odpor téměř čistě odporový (pokud se nejedná o velmi vysoké frekvence), je to způsobeno fyzikálními vlivy, které nedovolí, aby výkon daný tímto zdrojem zátěži překročil určitou mez. Nejjednodušším příkladem takového efektu je nenulový odpor vodičů elektrického obvodu. Ale zpravidla účinky neelektrické Příroda. Takže například v moci může být omezena oblastí kontaktu látek účastnících se reakce, v generátoru vodní elektrárny - omezeným tlakem vody atd.
V případě dvouterminálové sítě obsahující uvnitř elektrické schéma, vnitřní odpor je "rozptýlený" v prvcích obvodu (kromě mechanismů uvedených výše ve zdroji).

Z toho také vyplývají některé vlastnosti vnitřního odporu:

Vliv vnitřního odporu na vlastnosti dvousvorkové sítě

Vliv vnitřního odporu je vlastní vlastností každé aktivní dvoukoncové sítě. Hlavním výsledkem přítomnosti vnitřního odporu je omezení elektrického výkonu, který lze získat v zátěži napájené z této dvousvorkové sítě.

Nechť existuje dvoukoncová síť, kterou lze popsat výše uvedeným ekvivalentním obvodem. Síť se dvěma terminály má dva neznámé parametry, které je třeba najít:

Generátor napětí EMF U
Vnitřní odpor r

V obecném případě je pro určení dvou neznámých nutné provést dvě měření: změřit napětí na výstupu dvousvorkové sítě (tj. rozdíl potenciálů U out \u003d φ 2 – φ 1) při dvou různých zátěžových proudech. Potom lze neznámé parametry najít ze soustavy rovnic:

(Napětí)

Kde U out1 já 1, U out2- výstupní napětí při proudu já 2. Řešením soustavy rovnic najdeme požadované neznámé:

Obvykle se pro výpočet vnitřního odporu používá jednodušší technika: napětí se nachází v režimu otevřeného obvodu a proud v režimu zkratu dvousvorkové sítě. V tomto případě je systém () napsán takto:

Kde Uoc- výstupní napětí v klidovém režimu otevřený obvod), to znamená při nulovém zatěžovacím proudu; já sc- zatěžovací proud v režimu zkratu (angl. zkrat), tedy při zátěži s nulovým odporem. Zde se bere v úvahu, že výstupní proud v klidovém režimu a výstupní napětí v režimu zkratu jsou rovny nule. Z posledních rovnic okamžitě dostaneme:

(IntRes)

Měření

pojem dimenze použitelné na skutečné zařízení (ale ne na obvod). Přímé měření ohmmetrem není možné, protože sondy přístroje nelze připojit na svorky vnitřního odporu. Proto je nutné nepřímé měření, které se zásadně neliší od výpočtu - napětí na zátěži je také potřeba při dvou různých hodnotách proudu. Ne vždy je však možné použít zjednodušený vzorec (2), protože ne každá skutečná dvousvorková síť umožňuje provoz v režimu zkratu.

Někdy se používá následující jednoduchá metoda měření, která nevyžaduje výpočty:

Měří se napětí naprázdno
Proměnný odpor je připojen jako zátěž a jeho odpor je zvolen tak, aby napětí na něm bylo poloviční než napětí naprázdno.

Po popsaných postupech je třeba ohmmetrem změřit odpor zatěžovacího odporu - bude se rovnat vnitřnímu odporu dvoupólu.

Reaktivní vnitřní odpor

Pokud dvousvorkový ekvivalentní obvod obsahuje reaktivní prvky - kondenzátory a / nebo induktory, pak výpočet jalový vnitřní odpor se provádí stejným způsobem jako aktivní, ale místo odporů rezistorů se berou komplexní impedance prvků zahrnutých v obvodu a místo napětí a proudů jejich komplexní amplitudy, to znamená výpočet se provádí metodou komplexních amplitud.

Měření reaktivní vnitřní odpor má některé zvláštnosti, protože jde o komplexní hodnotnou funkci a ne o skalární hodnotu:

Můžete hledat různé parametry komplexní hodnoty: modul , argument , pouze skutečnou nebo imaginární část a také celé komplexní číslo. V souladu s tím bude technika měření záviset na tom, co chceme získat.
Kterýkoli z uvedených parametrů závisí na frekvenci. Teoreticky získat měřením úplné informace o reaktivním vnitřním odporu je nutné odstranit závislost na frekvenci, to znamená provádět měření Všechno frekvence, které může zdroj této dvoukoncové sítě generovat.

aplikace

Ve většině případů bychom o tom neměli mluvit aplikace vnitřní odpor a asi účetnictví jeho negativní vliv, protože vnitřní odpor je spíše negativní efekt. V některých systémech je však přítomnost vnitřního odporu s nominální hodnotou prostě nezbytná.

Zjednodušení náhradních obvodů

Reprezentace dvousvorkové sítě jako kombinace generátoru napětí a vnitřního odporu je nejjednodušším a nejčastěji používaným ekvivalentním obvodem dvousvorkové sítě.

Přizpůsobení zdroje a zátěže

Sladění zdroje a zátěže je volba poměru zatěžovacího odporu a vnitřního odporu zdroje tak, aby bylo dosaženo požadovaných vlastností výsledného systému (zpravidla se snaží dosáhnout maximální hodnoty libovolného parametru pro daný zdroj). Nejčastěji používané následující typy dohoda:

Proudové a výkonové přizpůsobení by mělo být používáno opatrně, protože existuje nebezpečí přetížení zdroje.

Snížení vysokého napětí

Někdy uměle přidán do zdroje velký odpor(přičítá se k vnitřnímu odporu zdroje), aby se výrazně snížilo napětí z něj přijímané. Přidání rezistoru jako dodatečného odporu (tzv. zhášecího rezistoru) však vede k zbytečnému uvolnění výkonu na něm. Aby se zabránilo plýtvání energií, používají AC systémy reaktivní tlumicí impedance, nejčastěji kondenzátory. Takto se staví kondenzátorové napájecí zdroje. Podobně lze pomocí kapacitní odbočky z vysokonapěťového elektrického vedení získat malá napětí pro napájení libovolných autonomních zařízení.

Minimalizace hluku

Při zesilování slabé signályčasto vzniká problém s minimalizací šumu vnášeného zesilovačem do signálu. Pro toto, speciální nízkošumové zesilovače jsou však navrženy tak, aby nejnižšího šumového čísla bylo dosaženo pouze v určitém rozsahu výstupní impedance zdroje signálu. Například nízkošumový zesilovač poskytuje minimální šum pouze v rozsahu výstupních impedancí zdroje od 1 kΩ do 10 kΩ; má-li zdroj signálu nižší výstupní impedanci (například mikrofon s výstupní impedancí 30 ohmů), pak by měl být mezi zdrojem a zesilovačem použit zvyšovací transformátor, který výstupní impedanci (stejně jako např. signální napětí) na požadovanou hodnotu.

Omezení

Pojem vnitřního odporu je zaveden prostřednictvím ekvivalentního obvodu, takže platí stejná omezení jako pro použitelnost ekvivalentních obvodů.

Příklady

Hodnoty vnitřního odporu jsou relativní: to, co je považováno za malé, například u galvanického článku, je velmi velké pro výkonná baterie. Níže jsou uvedeny příklady dvousvorkových sítí a jejich hodnoty vnitřního odporu r. Triviální případy bipolárních sítí bez zdrojů specifikováno konkrétně.

Nízký vnitřní odpor

Velký vnitřní odpor

Negativní vnitřní odpor

Existují dvousvorkové sítě, jejichž vnitřní odpor má negativní význam. V normálu aktivní odpor, energie se rozptýlí, reaktivní energie je uložena v odporu a poté uvolněna zpět do zdroje. Zvláštností negativního odporu je, že sám je zdrojem energie. Negativní odpor ve své čisté podobě se tedy nevyskytuje, lze jej pouze simulovat. elektronický obvod, která nutně obsahuje zdroj energie. Záporný vnitřní odpor lze v obvodech získat pomocí:

prvky se záporným diferenciálním odporem, jako jsou tunelové diody

Systémy se záporným odporem jsou potenciálně nestabilní a lze je proto použít k vytvoření samooscilátorů.

viz také

Odkazy

Literatura

Zernov N.V., Karpov V.G. Teorie rádiové obvody. - M. - L.: Energie, 1965. - 892 s.
Jones M.H. Elektronika - praktický kurz. - M.: Technosfera, 2006. - 512 s. ISBN 5-94836-086-5

Poznámky

Nadace Wikimedia. 2010 .

Polytechnický terminologický výkladový slovník

V době elektřiny asi neexistuje člověk, který by o existenci nevěděl elektrický proud. Málokdo si ale ze školního kurzu fyziky pamatuje víc než název veličin: síla proudu, napětí, odpor, Ohmův zákon. A jen velmi málo lidí si pamatuje, jaký je význam těchto slov.

V tomto článku probereme, jak vzniká elektrický proud, jak se přenáší obvodem a jak tuto veličinu použít ve výpočtech. Než ale přejdeme k hlavní části, vraťme se k historii objevu elektrického proudu a jeho zdrojů a také k definici toho, co je to elektromotorická síla.

Příběh

Elektřina jako zdroj energie je známá již od starověku, protože ji sama příroda vyrábí v obrovských objemech. Pozoruhodným příkladem je blesk nebo elektrická rampa. Přes takovou blízkost k člověku byla tato energie využita teprve v polovině 17. století: Otto von Guericke, purkmistr z Magdeburgu, vytvořil stroj, který umožňuje generování elektrostatického náboje. V polovině osmnáctého století vytvořil Peter von Muschenbruck, vědec z Holandska, první elektrický kondenzátor na světě, nazvaný Leidenská nádoba na počest univerzity, kde pracoval.

Možná je zvykem začít odpočítávání éry skutečných objevů věnovaných elektřině díly Luigiho Galvaniho a Alessandra Volty, kteří studovali elektrické proudy ve svalech a výskyt proudu v takzvaných galvanických článcích. Další výzkumy nám otevřely oči pro souvislosti mezi elektřinou a magnetismem a také pro několik velmi užitečných jevů (jako je elektromagnetická indukce), bez kterých si dnes nelze představit náš život.

Nebudeme se ale pouštět do magnetických jevů a zaměříme se pouze na elektrické. Pojďme se tedy podívat, jak vzniká elektřina v galvanických článcích a o co jde.

Co je to galvanický článek?

Dá se říci, že vyrábí elektřinu v důsledku chemických reakcí probíhajících mezi jeho složkami. Nejjednodušší galvanický článek vynalezl Alessandro Volta a pojmenoval po něm voltaický sloup. Skládá se z několika vrstev, které se mezi sebou střídají: měděný plech, vodivé těsnění (v domácí verzi se používá vata napuštěná slanou vodou) a zinkový plech.

Jaké reakce v něm probíhají?

Podívejme se podrobněji na procesy, které nám umožňují získat elektřinu pomocí galvanického článku. Existují pouze dvě takové transformace: oxidace a redukce. Když je jeden prvek, redukční činidlo, oxidován, předává elektrony jinému prvku, oxidačnímu činidlu. Oxidační činidlo se zase redukuje přijetím elektronů. Dochází tedy k pohybu nabitých částic z jedné desky na druhou, a to se, jak víte, nazývá elektrický proud.

A nyní přejděme k hlavnímu tématu tohoto článku – EMF aktuálního zdroje. A pro začátek se podívejme, co je tato elektromotorická síla (EMF).

Co je EDS?

Tato hodnota může být reprezentována jako práce sil (jmenovitě "práce") vykonaná, když se náboj pohybuje podél uzavřeného elektrického obvodu. Velmi často také upřesňují, že náboj musí být nutně kladný a jednotný. A to je významný doplněk, protože pouze za těchto podmínek lze elektromotorickou sílu považovat za přesně měřitelnou veličinu. Mimochodem, měří se ve stejných jednotkách jako napětí: ve voltech (V).

Zdroj proudu EMF

Jak víte, každá baterie nebo baterie má svou vlastní hodnotu odporu, kterou jsou schopny dodat. Tato hodnota, EMF zdroje proudu, ukazuje, kolik práce je vykonáno vnějšími silami pro přesun náboje podél obvodu, ve kterém je baterie nebo akumulátor zahrnut.

Je také vhodné si ujasnit, jaký typ proudu zdroj produkuje: stejnosměrný, střídavý nebo pulzní. Galvanické články včetně akumulátorů a baterií produkují vždy pouze stejnosměrný elektrický proud. EMF zdroje proudu se v tomto případě bude v absolutní hodnotě rovnat výstupnímu napětí na kontaktech zdroje.

Nyní je čas přijít na to, proč je taková veličina jako EMF vůbec potřeba, jak ji využít při výpočtu dalších veličin elektrického obvodu.

EMF vzorec

Již jsme zjistili, že EMF zdroje proudu se rovná práci vnějších sil na pohyb náboje. Pro větší názornost jsme se rozhodli pro tuto veličinu napsat vzorec: E=A vnější síly /q, kde A je práce a q je náboj, na kterém byla práce vykonána. Upozorňujeme, že se bere celkové nabití, nikoli jednotkové nabití. To se děje proto, že uvažujeme práci sil, abychom přesunuli všechny náboje ve vodiči. A tento poměr práce k náboji bude pro daný zdroj vždy konstantní, protože bez ohledu na to, kolik nabitých částic odeberete, konkrétní množství práce pro každou z nich bude stejné.

Jak vidíte, vzorec elektromotorické síly není tak složitý a skládá se pouze ze dvou veličin. Je čas přejít k jedné z hlavních otázek vyplývajících z tohoto článku.

Proč je EDS potřeba?

Již bylo řečeno, že EMF a napětí jsou ve skutečnosti stejné veličiny. Pokud známe hodnoty EMF a vnitřní odpor zdroje proudu, pak nebude těžké je dosadit do Ohmova zákona za kompletní obvod, který vypadá takto: I \u003d e / (R + r), kde I je síla proudu, e je EMF, R - odpor obvodu, r - vnitřní odpor zdroje proudu. Odtud můžeme najít dvě charakteristiky obvodu: I a R. Je třeba poznamenat, že všechny tyto argumenty a vzorce platí pouze pro stejnosměrný obvod. V případě proměnné vzorce bude úplně jiná, protože se řídí svými vlastními oscilačními zákony.

Stále však není jasné, jakou aplikaci má EMF zdroje proudu. V obvodu je zpravidla mnoho prvků, které plní svou funkci. Každý telefon má desku, která také není nic jiného než elektrický obvod. A každý takový obvod vyžaduje ke své činnosti zdroj proudu. A je velmi důležité, aby jeho EMF vyhovovalo z hlediska parametrů pro všechny prvky obvodu. V opačném případě obvod přestane fungovat nebo se spálí vysokého napětí uvnitř ní.

Závěr

Myslíme si, že tento článek byl pro mnohé užitečný. Ostatně v moderní svět Je velmi důležité vědět co nejvíce o tom, co nás obklopuje. Včetně základních znalostí o povaze elektrického proudu a jeho chování uvnitř obvodů. A pokud si myslíte, že existuje něco jako elektrický obvod, se používá pouze v laboratořích a vy k němu máte daleko, pak se velmi mýlíte: všechna zařízení, která spotřebovávají elektřinu, se ve skutečnosti skládají z obvodů. A každý z nich má svůj vlastní zdroj proudu, který vytváří EMF.