نحوه پیدا کردن مقاومت داخلی منبع ولتاژ ارتباط رادیویی

هدف کار: بررسی روش اندازه گیری EMF و مقاومت داخلی منبع جریان با استفاده از آمپرمتر و ولت متر.

تجهیزات: تبلت فلزی، منبع جریان، آمپرمتر، ولت متر، مقاومت، کلید، گیره، سیم های اتصال.

برای اندازه گیری EMF و مقاومت داخلی منبع جریان، یک مدار الکتریکی مونتاژ می شود که مدار آن در شکل 1 نشان داده شده است.

یک آمپر متر، مقاومت و کلید متصل به صورت سری به منبع جریان متصل می شوند. علاوه بر این، یک ولت متر نیز مستقیماً به سوکت های خروجی منبع متصل می شود.

EMF با خواندن ولت متر با کلید باز اندازه گیری می شود. این تکنیک برای تعیین EMF بر اساس نتیجه قانون اهم برای زنجیره کاملکه بر اساس آن، با مقاومت بی نهایت زیاد مدار خارجی، ولتاژ در پایانه های منبع برابر با EMF آن است. (به بند "قانون اهم برای مدار کامل" کتاب درسی "فیزیک 10" مراجعه کنید).

برای تعیین مقاومت داخلی منبع، کلید K بسته می شود.در این حالت می توان به طور مشروط دو بخش را در مدار تشخیص داد: خارجی (آنی که به منبع متصل است) و داخلی (بخشی که داخل جریان است. منبع). از آنجایی که EMF منبع برابر است با مجموع افت ولتاژ در بخش داخلی و خارجی مدار:

ε = Ur+Uآر، آنUr = ε -Uآر (1)

طبق قانون اهم برای بخش زنجیره U r = I · r(2). با جایگزینی برابری (2) به (1) دریافت می کنیم:

من· r = ε - Ur , از آنجا r = (ε - Uآر)/ جی

بنابراین، برای دانستن مقاومت داخلیمنبع جریان، ابتدا باید EMF آن را تعیین کنید، سپس کلید را ببندید و افت ولتاژ در مقاومت خارجی و همچنین جریان موجود در آن را اندازه گیری کنید.

پیش رفتن

1. جدولی برای ثبت نتایج اندازه گیری ها و محاسبات تهیه کنید:

نموداری برای اندازه گیری EMF و مقاومت داخلی منبع در دفترچه یادداشت خود بکشید.

پس از بررسی مدار، مدار الکتریکی را مونتاژ کنید. کلید را باز کنید.

مقدار EMF منبع را اندازه گیری کنید.

سوئیچ را ببندید و آمپرمتر و ولت متر را بخوانید.

مقاومت داخلی منبع را محاسبه کنید.

1. تعیین emf و مقاومت داخلی منبع جریان با روش گرافیکی

هدف کار: برای مطالعه اندازه‌گیری‌های EMF، مقاومت داخلی و جریان اتصال کوتاه منبع جریان، بر اساس تجزیه و تحلیل نمودار وابستگی ولتاژ در خروجی منبع به قدرت جریان در مدار.

تجهیزات: سلول گالوانیکی، آمپرمتر، ولت متر، مقاومت آر 1 , مقاومت متغیر، کلید، گیره، صفحه فلزی، سیم های اتصال.

از قانون اهم برای یک مدار کامل چنین استنباط می شود که ولتاژ در خروجی منبع جریان به نسبت مستقیم با قدرت جریان در مدار بستگی دارد:

از آنجایی که I \u003d E / (R + r)، سپس IR + Ir \u003d E، اما IR \u003d U، از آنجا U + Ir \u003d E یا U \u003d E - Ir (1).

اگر نموداری از وابستگی U به I بسازید، سپس با نقاط تقاطع آن با محورهای مختصات می توانید E, I K.Z را تعیین کنید. - قدرت فعلی مدار کوتاه(جرياني كه با صفر شدن مقاومت خارجي R در مدار منبع جريان مي يابد).

EMF توسط نقطه تقاطع نمودار با محور تنش تعیین می شود. این نقطه از نمودار مربوط به وضعیت مداری است که در آن جریانی وجود ندارد و بنابراین U = E است.

قدرت جریان اتصال کوتاه با نقطه تقاطع نمودار با محور جریان تعیین می شود. در این حالت، مقاومت خارجی R = 0 و در نتیجه، ولتاژ در خروجی منبع U = 0.

مقاومت داخلی منبع با مماس شیب نمودار نسبت به محور جریان پیدا می شود. (فرمول (1) را با یک تابع ریاضی به شکل Y = AX + B مقایسه کنید و معنی ضریب X را به خاطر بسپارید).

پیش رفتن

برای ثبت نتایج اندازه گیری، جدولی را تهیه کنید:

1. پس از بررسی مدار توسط معلم، مدار الکتریکی را مونتاژ کنید. نوار لغزنده مقاومت متغیر را در موقعیتی قرار دهید که در آن مقاومت مدار متصل به منبع جریان حداکثر باشد.

مقدار جریان در مدار و ولتاژ در پایانه های منبع را در حداکثر مقدار مقاومت مقاومت متغیر تعیین کنید. داده های اندازه گیری را در جدول وارد کنید.

اندازه گیری جریان و ولتاژ را چندین بار تکرار کنید و هر بار مقدار را کاهش دهید مقاومت متغیربه طوری که ولتاژ در پایانه های منبع 0.1 ولت کاهش می یابد. وقتی جریان مدار به 1 آمپر رسید، اندازه گیری را متوقف کنید.

نقاط به دست آمده در آزمایش را روی نمودار رسم کنید. ولتاژ را در محور عمودی و جریان را در محور افقی رسم کنید. از میان نقاط یک خط مستقیم بکشید.

نمودار را تا تقاطع با محورهای مختصات ادامه دهید و مقادیر E و I K.Z را تعیین کنید.

EMF منبع را با اتصال یک ولت متر به پایانه های آن با مدار خارجی باز اندازه گیری کنید. مقادیر EMF به دست آمده توسط دو روش را مقایسه کنید و دلیل عدم تطابق احتمالی بین نتایج را نشان دهید.

مقاومت داخلی منبع جریان را تعیین کنید. برای این کار مماس شیب نمودار ساخته شده بر محور جریان را محاسبه کنید. از آنجایی که مماس یک زاویه در یک مثلث قائم الزاویه برابر است با نسبت قاعده مقابل به مجاور، عملاً می توان با یافتن نسبت E / I K.Z این کار را انجام داد.

فرض کنید یک برق ساده وجود دارد مدار بستهکه شامل یک منبع جریان مانند یک ژنراتور، یک سلول گالوانیکی یا باتری و یک مقاومت با مقاومت R است. از آنجایی که جریان در مدار هیچ جا قطع نمی شود، در داخل منبع نیز جریان دارد.

در چنین شرایطی می توان گفت که هر منبعی دارای مقداری مقاومت داخلی است که مانع از جریان می شود. این مقاومت داخلی منبع جریان را مشخص می کند و با حرف r نشان داده می شود. برای هر یک از باتری ها، مقاومت داخلی مقاومت محلول الکترولیت و الکترودها، برای یک ژنراتور، مقاومت سیم پیچ های استاتور و غیره است.

بنابراین، منبع جریان هم با مقدار EMF و هم مقدار مقاومت داخلی خود r مشخص می شود - هر دوی این ویژگی ها کیفیت منبع را نشان می دهد.

ژنراتورهای ولتاژ بالا الکترواستاتیک (مانند ژنراتور Van de Graaff یا ژنراتور Wimshurst)، به عنوان مثال، دارای یک EMF عظیم هستند که با میلیون ها ولت اندازه گیری می شود، در حالی که مقاومت داخلی آنها با صدها مگا اهم اندازه گیری می شود، به همین دلیل برای تولید نامناسب هستند. جریان های بزرگ

سلول‌های گالوانیکی (مانند باتری) - برعکس - دارای EMF در حد 1 ولت هستند، اگرچه مقاومت داخلی آنها در حد کسری یا حداکثر ده اهم است و بنابراین جریان واحدها و ده‌ها آمپر می‌توانند از سلول های گالوانیکی به دست می آید.

این نمودار یک منبع واقعی را با بار متصل نشان می دهد. در اینجا مقاومت داخلی آن و همچنین مقاومت بار نشان داده شده است. با توجه به جریان در این مدار برابر با:

از آنجایی که بخش مدار خارجی همگن است، پس از قانون اهم می توانید ولتاژ دو سوی بار را پیدا کنید:

پس از بیان مقاومت بار از معادله اول و جایگزینی مقدار آن به معادله دوم، وابستگی ولتاژ به بار به جریان در یک مدار بسته را بدست می آوریم:

در مدار بسته، EMF برابر است با مجموع افت ولتاژ روی عناصر مدار خارجی و مقاومت داخلی خود منبع. وابستگی ولتاژ بار به جریان بار به طور ایده آل خطی است.

نمودار این را نشان می دهد، اما داده های تجربی روی یک مقاومت واقعی (تقاطع نزدیک نمودار) همیشه با ایده آل متفاوت است:

آزمایشات و منطق نشان می دهد که در جریان بار صفر، ولتاژ مدار خارجی برابر با EMF منبع است و در ولتاژ صفر در بار، جریان در مدار برابر است. این ویژگی مدارهای واقعی به یافتن تجربی EMF و مقاومت داخلی منابع واقعی کمک می کند.

کشف تجربی مقاومت داخلی

برای تعیین تجربی این ویژگی‌ها، نموداری از ولتاژ بار در مقابل جریان بسازید، سپس آن را به محل تقاطع با محورها تعمیم دهید.

در نقطه تقاطع نمودار با محور ولتاژ، مقدار EMF منبع، و در نقطه تقاطع با محور جریان، مقدار جریان اتصال کوتاه است. در نتیجه مقاومت داخلی با فرمول بدست می آید:

توسعه یافته توسط منبع قدرت خالصدر بار آزاد شد. نموداری از وابستگی این توان به مقاومت بار در شکل نشان داده شده است. این منحنی از تقاطع محورهای مختصات در نقطه صفر شروع می شود، سپس به افزایش می یابد حداکثر مقدارقدرت، پس از آن زمانی که مقاومت بار برابر با بی نهایت باشد، به صفر می رسد.

برای یافتن حداکثر مقاومت بار که در آن حداکثر توان از نظر تئوری برای یک منبع معین ایجاد می شود، مشتق فرمول توان با توجه به R گرفته شده و برابر با صفر است. حداکثر توان با مقاومت مدار خارجی برابر با مقاومت داخلی منبع توسعه می یابد:

این عبارت در مورد حداکثر توان در R = r این امکان را فراهم می کند که به طور تجربی مقاومت داخلی منبع را با ترسیم وابستگی توان آزاد شده به بار به مقدار مقاومت بار پیدا کنید. با یافتن مقاومت بار واقعی و نه تئوری که فراهم می کند حداکثر قدرت، مقاومت داخلی واقعی منبع تغذیه را تعیین کنید.

راندمان منبع جریان، نسبت حداکثر توان تخصیص یافته به بار را نشان می دهد قدرت کامل، که در این لحظهتوسعه می دهد

دو قطبی و مدار معادل آن

مقاومت داخلی یک شبکه دو ترمینالی، امپدانس در مدار معادل یک شبکه دو ترمینالی است که از یک ژنراتور ولتاژ و یک امپدانس متصل به صورت سری تشکیل شده است (شکل را ببینید). این مفهوم در تئوری مدار هنگام جایگزینی یک منبع واقعی با عناصر ایده‌آل استفاده می‌شود، یعنی هنگام تعویض به مدار معادل.

معرفی

یک مثال را در نظر بگیرید. در یک خودروی سواری، ما شبکه داخلی را نه از یک باتری معمولی سرب اسیدی با ولتاژ 12 ولت و ظرفیت 55 Ah، بلکه از هشت باتری متصل به صورت سری (به عنوان مثال، اندازه AA، با ظرفیت حدود 1 Ah). بیایید سعی کنیم موتور را روشن کنیم. تجربه نشان می دهد که وقتی با باتری تغذیه می شود، شفت استارت یک درجه نمی چرخد. علاوه بر این، حتی رله جمع کننده نیز کار نخواهد کرد.

به طور مستقیم واضح است که باتری برای چنین برنامه‌ای «به اندازه کافی قدرتمند نیست»، با این حال، در نظر گرفتن ادعای آن مشخصات الکتریکی- ولتاژ و شارژ (خازن) - توصیف کمی از این پدیده ارائه نمی دهد. ولتاژ در هر دو حالت یکسان است:

باتری: 12 ولت

سلول های گالوانیک: 8 ولت 1.5 = 12 ولت

ظرفیت نیز کاملاً کافی است: یک آمپر ساعت در باتری باید برای چرخاندن استارت به مدت 14 ثانیه (در جریان 250 آمپر) کافی باشد.

به نظر می رسد که مطابق با قانون اهم، جریان در همان بار با منابع الکتریکی یکسان نیز باید یکسان باشد. با این حال، در واقعیت این کاملا درست نیست. اگر منابع مولدهای ولتاژ ایده آل باشند، رفتار مشابهی خواهند داشت. برای توصیف درجه تفاوت بین منابع واقعی و ژنراتورهای ایده آلو مفهوم مقاومت داخلی را اعمال کنید.

مقاومت و مقاومت درونی

مشخصه اصلی یک شبکه دو ترمینالی مقاومت (یا امپدانس) آن است. با این حال، همیشه نمی توان یک شبکه دو ترمینالی را تنها با مقاومت مشخص کرد. واقعیت این است که اصطلاح مقاومت فقط برای عناصر کاملاً غیرفعال، یعنی آنهایی که حاوی منابع انرژی نیستند، قابل استفاده است. اگر یک شبکه دو ترمینالی حاوی منبع انرژی باشد، مفهوم "مقاومت" به سادگی برای آن قابل اجرا نیست، زیرا قانون اهم در فرمول U=Ir برآورده نشده است.

بنابراین، برای شبکه های دو ترمینالی حاوی منابع (یعنی ژنراتورهای ولتاژ و ژنراتورهای جریان)، لازم است در مورد مقاومت داخلی (یا امپدانس) صحبت شود. اگر شبکه دو ترمینالی حاوی منابع نباشد، "مقاومت داخلی" برای چنین شبکه دو ترمینالی به معنای همان "مقاومت" است.

اصطلاحات مرتبط

اگر بتوان یک ورودی و/یا خروجی را در هر سیستمی متمایز کرد، معمولاً از اصطلاحات زیر استفاده می شود:

امپدانس ورودی - مقاومت داخلی یک شبکه دو ترمینالی که ورودی سیستم است.

امپدانس خروجی - مقاومت داخلی یک شبکه دو ترمینالی که خروجی سیستم است.

اصول فیزیکی

با وجود این واقعیت که در مدار معادل، مقاومت داخلی به عنوان یک عنصر غیرفعال ارائه می شود (علاوه بر این، مقاومت فعال، یعنی مقاومت لزوماً در آن وجود دارد)، مقاومت داخلی در هیچ عنصری متمرکز نیست. یک دو ترمینال فقط به صورت سطحی رفتار می کند که گویی دارای یک امپدانس داخلی متمرکز و یک ژنراتور ولتاژ است. در حقیقت، مقاومت درونی تجلی بیرونی ترکیبی از اثرات فیزیکی است:

اگر فقط یک منبع انرژی در یک شبکه دو ترمینالی بدون هیچ مدار الکتریکی وجود داشته باشد (مثلاً یک سلول گالوانیکی)، پس مقاومت داخلی کاملاً فعال است، این به دلیل اثرات فیزیکی است که اجازه نمی‌دهد نیرویی که توسط این منبع ارائه می‌شود. تا بار از حد معینی تجاوز کند. ساده ترین مثال از چنین اثری مقاومت غیر صفر هادی های یک مدار الکتریکی است. اما، به عنوان یک قاعده، اثرات غیر الکتریکی بیشترین سهم را در محدودیت توان دارند. بنابراین، به عنوان مثال، در یک منبع شیمیایی، قدرت را می توان با ناحیه تماس مواد درگیر در واکنش، در یک ژنراتور هیدروالکتریک - با فشار محدود آب و غیره محدود کرد.

در مورد یک شبکه دو ترمینال حاوی داخل نمودار سیم کشی، مقاومت داخلی در عناصر مدار "پراکنده" می شود (علاوه بر مکانیسم های ذکر شده در بالا در منبع).

از این، برخی از ویژگی های مقاومت داخلی نیز به شرح زیر است:

مقاومت داخلی را نمی توان از دو ترمینال حذف کرد

مقاومت داخلی یک مقدار پایدار نیست: زمانی که شرایط خارجی تغییر کند می تواند تغییر کند.

تأثیر مقاومت داخلی بر خصوصیات یک شبکه دو ترمینالی

اثر مقاومت داخلی یک ویژگی ذاتی هر شبکه دو ترمینالی است. نتیجه اصلی وجود مقاومت داخلی محدودیت است قدرت الکتریکی، که در بار تغذیه شده از این شبکه دو ترمینالی بدست می آید.

اگر بار با مقاومت R به منبعی با EMF ژنراتور ولتاژ E و مقاومت داخلی فعال r متصل شود، جریان، ولتاژ و توان در بار به صورت زیر بیان می شود.

محاسبه

مفهوم محاسبه برای این طرح قابل اجرا است (اما نه برای دستگاه واقعی). محاسبه برای مورد مقاومت داخلی صرفاً فعال داده شده است (تفاوت در راکتانس در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت).

اجازه دهید، یک شبکه دو ترمینالی وجود دارد که می توان آن را با مدار معادل بالا توصیف کرد. یک شبکه دو ترمینالی دارای دو پارامتر ناشناخته است که باید پیدا شوند:

ژنراتور ولتاژ EMF U

مقاومت داخلی r

در حالت کلی، برای تعیین دو مجهول، دو اندازه گیری لازم است: اندازه گیری ولتاژ در خروجی شبکه دو ترمینال (یعنی اختلاف پتانسیل Uout = φ2 - φ1) در دو جریان بار مختلف. سپس پارامترهای مجهول را می توان از سیستم معادلات پیدا کرد:

که در آن Uout1 ولتاژ خروجی در جریان I1 است، Uout2 ولتاژ خروجی در جریان I2 است. با حل سیستم معادلات مجهولات مورد نیاز را پیدا می کنیم:

به طور معمول، بیش از تکنیک ساده: ولتاژ در حالت است حرکت بیکارو جریان در حالت اتصال کوتاه شبکه دو ترمینال. در این حالت سیستم (1) به صورت زیر نوشته می شود:

که در آن Uoc ولتاژ خروجی در حالت بیکار (مدار باز انگلیسی)، یعنی در جریان بار صفر است. Isc - جریان بار در حالت اتصال کوتاه، یعنی با بار با مقاومت صفر. در اینجا در نظر گرفته می شود که جریان خروجی در حالت بیکار و ولتاژ خروجی در حالت اتصال کوتاه برابر با صفر است. از آخرین معادلات بلافاصله دریافت می کنیم:

اندازه گیری

مفهوم اندازه گیری برای یک دستگاه واقعی (اما نه برای یک مدار) قابل استفاده است. اندازه گیری مستقیم با اهم متر امکان پذیر نیست، زیرا پروب های دستگاه را نمی توان به پایانه های مقاومت داخلی متصل کرد. بنابراین، یک اندازه گیری غیر مستقیم ضروری است، که اساساً با محاسبه تفاوت ندارد - ولتاژهای روی بار نیز در دو مقدار جریان مختلف مورد نیاز است. با این حال، همیشه نمی توان از فرمول ساده شده (2) استفاده کرد، زیرا هر شبکه دو ترمینالی واقعی اجازه کار در حالت اتصال کوتاه را نمی دهد.

روش اندازه گیری ساده زیر اغلب استفاده می شود که نیازی به محاسبات ندارد:

ولتاژ مدار باز اندازه گیری می شود

یک مقاومت متغیر به عنوان بار متصل می شود و مقاومت آن طوری انتخاب می شود که ولتاژ دو طرف آن نصف ولتاژ مدار باز باشد.

پس از مراحل توصیف شده، مقاومت مقاومت بار باید با اهم متر اندازه گیری شود - برابر با مقاومت داخلی دو قطبی خواهد بود.

از هر روش اندازه گیری که استفاده می شود، باید مراقب بارگذاری بیش از حد دو ترمینال با جریان بیش از حد بود، یعنی جریان نباید از حداکثر مقادیر مجاز برای این دو ترمینال تجاوز کند.

مقاومت داخلی واکنشی

اگر مدار معادل دو ترمینالی حاوی عناصر راکتیو - خازن ها و / یا سلف ها باشد، محاسبه مقاومت داخلی راکتیو به همان روش فعال انجام می شود، اما به جای مقاومت های مقاومت ها، امپدانس های پیچیده عناصر موجود در مدار گرفته می شود و به جای ولتاژ و جریان - دامنه های پیچیده آنها، یعنی محاسبه با روش دامنه های پیچیده انجام می شود.

اندازه‌گیری راکتانس داخلی ویژگی‌هایی دارد زیرا یک تابع با ارزش پیچیده است و نه یک مقدار اسکالر:

شما می توانید پارامترهای مختلفی از یک مقدار مختلط را جستجو کنید: مدول، آرگومان، فقط قسمت واقعی یا خیالی و کل عدد مختلط. بر این اساس، تکنیک اندازه گیری به آنچه می خواهیم به دست آوریم بستگی دارد.

لزوم معرفی این اصطلاح را می توان با مثال زیر نشان داد. بیایید دو منبع شیمیایی را با هم مقایسه کنیم جریان مستقیمبا همین ولتاژ

• باتری سرب اسیدی خودرو با ولتاژ 12 ولت و ظرفیت 55 Ah
• هشت باتری AA به صورت سری متصل شده اند. ولتاژ کل چنین باتری نیز 12 ولت است، ظرفیت بسیار کمتر است - حدود 1 Ah

با وجود ولتاژ یکسان، این منابع هنگام کار بر روی یک بار به طور قابل توجهی متفاوت هستند. بنابراین، باتری اتومبیلقادر به بارگیری جریان بالا(موتور ماشین از باتری شروع می شود در حالی که استارت جریان 250 آمپر مصرف می کند) و استارت اصلا از زنجیر باتری نمی چرخد. ظرفیت نسبتا کم باتری ها دلیل نمی شود: یک آمپر ساعت در باتری ها برای چرخاندن استارت به مدت 14 ثانیه (در جریان 250 آمپر) کافی است.

بنابراین، برای شبکه های دو ترمینالی حاوی منابع (یعنی ژنراتورهای ولتاژ و ژنراتورهای جریان)، لازم است در مورد داخلیمقاومت (یا امپدانس). اگر شبکه دو ترمینال حاوی منابع نباشد، پس " درونی؛ داخلیمقاومت" برای چنین شبکه دو ترمینالی به معنای همان است فقط"مقاومت".

اصطلاحات مرتبط

اگر بتوان یک ورودی و/یا خروجی را در هر سیستمی متمایز کرد، معمولاً از اصطلاحات زیر استفاده می شود:

اصول فیزیکی

علیرغم این واقعیت که در مدار معادل، مقاومت داخلی به عنوان یک عنصر غیرفعال ارائه می شود (علاوه بر این، مقاومت فعال، یعنی مقاومت لزوماً در آن وجود دارد)، مقاومت داخلی در هیچ عنصری متمرکز نیست. دو ترمینال فقط خارجی رفتار می کندگویی دارای یک امپدانس داخلی متمرکز و یک ژنراتور ولتاژ است. در حقیقت، مقاومت درونی تجلی بیرونی ترکیبی از اثرات فیزیکی است:

• اگر یک شبکه دو ترمینال فقط داشته باشد منبع انرژیبدون هیچ مدار الکتریکی (مثلاً یک سلول گالوانیکی)، پس مقاومت داخلی تقریباً کاملاً مقاومتی است (مگر اینکه بسیار زیاد باشد. فرکانس های بالا) به دلیل اثرات فیزیکی است که اجازه نمی دهد توانی که این منبع به بار می دهد از حد معینی فراتر رود. ساده ترین مثال از چنین اثری مقاومت غیر صفر هادی های یک مدار الکتریکی است. اما، به عنوان یک قاعده، اثرات غیر برقیطبیعت بنابراین، به عنوان مثال، در قدرت می توان آن را با ناحیه تماس مواد شرکت کننده در واکنش، در ژنراتور یک نیروگاه برق آبی - با فشار محدود آب و غیره محدود کرد.
• در مورد یک شبکه دو ترمینال حاوی داخل نمودار سیم کشی، مقاومت داخلی در عناصر مدار "پراکنده" می شود (علاوه بر مکانیسم های ذکر شده در بالا در منبع).

از این، برخی از ویژگی های مقاومت داخلی نیز به شرح زیر است:

تأثیر مقاومت داخلی بر خصوصیات یک شبکه دو ترمینالی

اثر مقاومت داخلی یک ویژگی ذاتی هر شبکه دو ترمینالی فعال است. نتیجه اصلی وجود مقاومت داخلی محدودیت توان الکتریکی است که می توان در بار تغذیه شده از این شبکه دو ترمینالی به دست آورد.

اجازه دهید، یک شبکه دو ترمینالی وجود دارد که می توان آن را با مدار معادل بالا توصیف کرد. یک شبکه دو ترمینالی دارای دو پارامتر ناشناخته است که باید پیدا شوند:

• ژنراتور ولتاژ EMF U
• مقاومت داخلی r

در حالت کلی، برای تعیین دو مجهول، دو اندازه گیری لازم است: اندازه گیری ولتاژ در خروجی شبکه دو ترمینال (یعنی اختلاف پتانسیل U out \u003d φ 2 - φ 1) در دو جریان بار متفاوت. سپس پارامترهای مجهول را می توان از سیستم معادلات پیدا کرد:

جایی که U out1 من 1, U out2- ولتاژ خروجی در جریان من 2. با حل سیستم معادلات مجهولات مورد نیاز را پیدا می کنیم:

معمولاً از روش ساده‌تری برای محاسبه مقاومت داخلی استفاده می‌شود: ولتاژ در حالت مدار باز و جریان در حالت اتصال کوتاه شبکه دو ترمینال یافت می‌شود. در این حالت سیستم () به صورت زیر نوشته می شود:

جایی که Uoc- ولتاژ خروجی در حالت بیکار مدار باز) یعنی در جریان بار صفر؛ من اسکن می کنم- جریان بار در حالت اتصال کوتاه (eng. مدار کوتاه) یعنی در باری با مقاومت صفر. در اینجا در نظر گرفته می شود که جریان خروجی در حالت بیکار و ولتاژ خروجی در حالت اتصال کوتاه برابر با صفر است. از آخرین معادلات بلافاصله دریافت می کنیم:

اندازه گیری

مفهوم اندازه گیریقابل استفاده برای یک دستگاه واقعی (اما نه برای یک مدار). اندازه گیری مستقیم با اهم متر امکان پذیر نیست، زیرا پروب های دستگاه را نمی توان به پایانه های مقاومت داخلی متصل کرد. بنابراین، یک اندازه گیری غیر مستقیم ضروری است، که اساساً با محاسبه تفاوت ندارد - ولتاژهای روی بار نیز در دو مقدار جریان مختلف مورد نیاز است. با این حال، همیشه نمی توان از فرمول ساده شده (2) استفاده کرد، زیرا هر شبکه دو ترمینالی واقعی اجازه کار در حالت اتصال کوتاه را نمی دهد.

گاهی اوقات از روش اندازه گیری ساده زیر استفاده می شود که نیازی به محاسبات ندارد:

• ولتاژ مدار باز اندازه گیری می شود
• یک مقاومت متغیر به عنوان بار متصل می شود و مقاومت آن به گونه ای انتخاب می شود که ولتاژ دو طرف آن نصف ولتاژ مدار باز باشد.

پس از مراحل توصیف شده، مقاومت مقاومت بار باید با اهم متر اندازه گیری شود - برابر با مقاومت داخلی دو قطبی خواهد بود.

از هر روش اندازه گیری که استفاده می شود، باید مراقب بارگذاری بیش از حد دو ترمینال با جریان بیش از حد بود، یعنی جریان نباید از حداکثر مقادیر مجاز برای این دو ترمینال تجاوز کند.

مقاومت داخلی واکنشی

اگر مدار معادل دو ترمینال حاوی عناصر واکنشی - خازن و / یا سلف باشد، محاسبهمقاومت داخلی راکتیو مانند اکتیو انجام می شود، اما به جای مقاومت مقاومت ها، امپدانس های پیچیده عناصر موجود در مدار گرفته می شود و به جای ولتاژ و جریان، دامنه های پیچیده آنها، یعنی محاسبه می شود. با روش دامنه های پیچیده انجام می شود.

اندازه گیریمقاومت داخلی واکنشی دارای برخی ویژگی‌های خاص است زیرا یک تابع با ارزش پیچیده است و نه یک مقدار اسکالر:

• شما می توانید پارامترهای مختلف یک مقدار مختلط را جستجو کنید: مدول، آرگومان، فقط قسمت واقعی یا خیالی، و همچنین کل عدد مختلط. بر این اساس، تکنیک اندازه گیری به آنچه می خواهیم به دست آوریم بستگی دارد.
• هر یک از پارامترهای ذکر شده به فرکانس بستگی دارد. از نظر تئوری، برای به دست آوردن با اندازه گیری اطلاعات کاملدر مورد مقاومت داخلی واکنشی، حذف آن ضروری است اعتیادروی فرکانس، یعنی اندازه گیری را روی همهفرکانس هایی که منبع این شبکه دو ترمینالی می تواند ایجاد کند.

کاربرد

در بیشتر موارد، ما نباید در مورد آن صحبت کنیم کاربردمقاومت داخلی، و در مورد حسابداریخود تاثیر منفی، زیرا مقاومت داخلی یک اثر منفی است. با این حال، در برخی از سیستم ها، وجود مقاومت داخلی با مقدار اسمی به سادگی ضروری است.

ساده سازی مدارهای معادل

نمایش یک شبکه دو ترمینالی به عنوان ترکیبی از یک ژنراتور ولتاژ و مقاومت داخلی ساده ترین و رایج ترین مدار معادل یک شبکه دو ترمینالی است.

مطابقت منبع و بار

تطبیق منبع و بار عبارت است از انتخاب نسبت مقاومت بار و مقاومت داخلی منبع به منظور دستیابی به خواص مطلوب سیستم حاصل (به عنوان یک قاعده، آنها سعی می کنند حداکثر مقدار هر پارامتری را برای آن بدست آورند. منبع داده شده). بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد انواع زیرتوافق:

تطبیق جریان و توان باید با احتیاط استفاده شود، زیرا خطر بارگذاری بیش از حد منبع وجود دارد.

کاهش ولتاژ بالا

گاهی به صورت مصنوعی به منبع اضافه می شود مقاومت بزرگ(به مقاومت داخلی منبع اضافه می شود) تا ولتاژ دریافتی از آن به میزان قابل توجهی کاهش یابد. با این حال، افزودن یک مقاومت به عنوان یک مقاومت اضافی (به اصطلاح مقاومت خاموش کننده) منجر به آزاد شدن بی فایده نیرو در آن می شود. برای جلوگیری از اتلاف انرژی، سیستم‌های AC از امپدانس‌های میرایی راکتیو استفاده می‌کنند که معمولاً خازن‌ها هستند. منبع تغذیه خازن اینگونه ساخته می شود. به طور مشابه، با کمک یک شیر خازنی از یک خط برق با ولتاژ بالا، ولتاژهای کوچکی را می توان برای تأمین انرژی هر دستگاه مستقل به دست آورد.

به حداقل رساندن نویز

هنگام تقویت سیگنال های ضعیفاغلب مشکل به حداقل رساندن نویز وارد شده توسط تقویت کننده به سیگنال است. برای این، ویژه تقویت کننده های کم نویزبا این حال، آنها به گونه ای طراحی شده اند که کمترین رقم نویز تنها در محدوده خاصی از امپدانس خروجی منبع سیگنال به دست می آید. به عنوان مثال، یک تقویت کننده کم نویز، حداقل نویز را فقط در محدوده امپدانس های خروجی منبع از 1 کیلو اهم تا 10 کیلو اهم ارائه می دهد. اگر منبع سیگنال دارای امپدانس خروجی کمتری باشد (مثلاً یک میکروفون با امپدانس خروجی 30 اهم)، باید از ترانسفورماتور افزایش دهنده بین منبع و تقویت کننده استفاده شود که امپدانس خروجی را افزایش می دهد (و همچنین ولتاژ سیگنال) به مقدار مورد نیاز.

محدودیت های

مفهوم مقاومت داخلی از طریق یک مدار معادل معرفی می‌شود، بنابراین محدودیت‌های مشابه برای کاربرد مدارهای معادل اعمال می‌شود.

مثال ها

مقادیر مقاومت داخلی نسبی است: آنچه کوچک در نظر گرفته می شود، به عنوان مثال، برای یک سلول گالوانیکی، برای آن بسیار بزرگ است. باتری قدرتمند. در زیر نمونه هایی از شبکه های دو ترمینالی و مقادیر مقاومت داخلی آنها آورده شده است r. موارد پیش پا افتاده شبکه های دوقطبی بدون منابعمشخص شده است.

مقاومت داخلی کم

مقاومت داخلی بزرگ

مقاومت داخلی منفی

شبکه های دو ترمینالی وجود دارد که مقاومت داخلی آنها را دارد منفیمعنی در حالت عادی فعالمقاومت، انرژی تلف می شود، واکنش پذیرانرژی در مقاومت ذخیره می شود و سپس به منبع آزاد می شود. ویژگی مقاومت منفی این است که خود منبع انرژی است. بنابراین، مقاومت منفی در شکل خالص آن رخ نمی دهد، فقط می توان آن را شبیه سازی کرد. مدار الکترونیکی، که لزوماً حاوی منبع انرژی است. مقاومت داخلی منفی را می توان در مدارها با استفاده از موارد زیر بدست آورد:

• عناصر با مقاومت دیفرانسیل منفی، مانند دیودهای تونلی

سیستم های مقاومت منفی به طور بالقوه ناپایدار هستند و بنابراین می توان از آنها برای ساخت خود نوسانگر استفاده کرد.

همچنین ببینید

پیوندها

ادبیات

• Zernov N.V.، Karpov V.G.تئوری مدارهای رادیویی. - M. - L.: انرژی، 1965. - 892 ص.
• جونز ام اچ.الکترونیک - دوره عملی. - م.: تکنوسفرا، 2006. - 512 ص. شابک 5-94836-086-5

یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

• فرهنگ لغت توضیحی اصطلاحات پلی تکنیک
• 
  

در عصر برق، احتمالاً چنین شخصی وجود ندارد که از وجود آن خبر نداشته باشد جریان الکتریسیته. اما افراد کمی از یک درس فیزیک مدرسه بیشتر از نام کمیت ها به یاد می آورند: قدرت جریان، ولتاژ، مقاومت، قانون اهم. و تنها تعداد کمی از آنها به یاد می آورند که معنی این کلمات چیست.

در این مقاله به نحوه ایجاد جریان الکتریکی، نحوه انتقال آن از طریق مدار و نحوه استفاده از این کمیت در محاسبات می پردازیم. اما قبل از اینکه به قسمت اصلی بپردازیم، اجازه دهید به تاریخچه کشف جریان الکتریکی و منابع آن و همچنین تعریف نیروی محرکه الکتریکی بپردازیم.

داستان

الکتریسیته به عنوان منبع انرژی از زمان های قدیم شناخته شده است، زیرا خود طبیعت آن را در حجم عظیمی تولید می کند. یک مثال قابل توجه رعد و برق یا یک رمپ الکتریکی است. با وجود چنین نزدیکی به انسان، تنها در اواسط قرن هفدهم بود که این انرژی مهار شد: اتو فون گوریکه، استاد شهر ماگدبورگ، ماشینی را ایجاد کرد که امکان تولید بار الکترواستاتیکی را فراهم می کند. در اواسط قرن هجدهم، پیتر فون موشنبروک، دانشمند هلندی، اولین خازن الکتریکی جهان را به افتخار دانشگاهی که در آن کار می کرد، شیشه لیدن نامگذاری کرد.

شاید مرسوم باشد که شمارش معکوس عصر اکتشافات واقعی اختصاص داده شده به برق را با آثار لوئیجی گالوانی و الساندرو ولتا آغاز کنیم که به ترتیب جریان های الکتریکی در عضلات و وقوع جریان در سلول های به اصطلاح گالوانیکی را مطالعه کردند. تحقیقات بیشتر چشمان ما را به ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس و همچنین چندین پدیده بسیار مفید (مانند القای الکترومغناطیسی) باز کرد که بدون آنها تصور زندگی امروز ما غیرممکن است.

اما ما به پدیده های مغناطیسی نخواهیم پرداخت و فقط بر روی پدیده های الکتریکی تمرکز خواهیم کرد. بنابراین، بیایید ببینیم که الکتریسیته چگونه در سلول‌های گالوانیکی ایجاد می‌شود و در مورد آن چیست.

سلول گالوانیکی چیست؟

می توان گفت که به دلیل واکنش های شیمیایی بین اجزای آن الکتریسیته تولید می کند. ساده ترین سلول گالوانیکی توسط الساندرو ولتا اختراع شد و نام او را ستون ولتایی گذاشت. این شامل چندین لایه است که بین خود متناوب هستند: یک صفحه مسی، یک واشر رسانا (در نسخه خانگی از پشم پنبه آغشته به آب نمک استفاده می شود) و یک صفحه روی.

چه واکنش هایی در آن رخ می دهد؟

اجازه دهید فرآیندهایی را که به ما امکان می دهد با استفاده از سلول گالوانیکی الکتریسیته به دست آوریم، با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. تنها دو چنین تبدیل وجود دارد: اکسیداسیون و کاهش. هنگامی که یک عنصر، عامل کاهنده، اکسید می شود، الکترون ها را به عنصر دیگر، یعنی عامل اکسید کننده می دهد. عامل اکسید کننده نیز به نوبه خود با پذیرش الکترون ها کاهش می یابد. بنابراین، حرکت ذرات باردار از یک صفحه به صفحه دیگر وجود دارد، و همانطور که می دانید، جریان الکتریکی نامیده می شود.

و حالا بیایید به موضوع اصلی این مقاله برویم - EMF منبع فعلی. و برای شروع، بیایید در نظر بگیریم که این نیروی الکتروموتور (EMF) چیست.

EDS چیست؟

این مقدار را می توان به عنوان کار نیروها (یعنی "کار") که هنگام حرکت بار در امتداد یک مدار الکتریکی بسته انجام می شود نشان داد. اغلب آنها همچنین توضیح می دهند که اتهام لزوما باید مثبت و وحدت باشد. و این یک افزوده قابل توجه است، زیرا تنها تحت این شرایط می توان نیروی الکتروموتور را یک مقدار دقیق قابل اندازه گیری در نظر گرفت. به هر حال، در واحدهای مشابه ولتاژ اندازه گیری می شود: در ولت (V).

منبع جریان EMF

همانطور که می دانید، هر باتری یا باتری مقدار مقاومت خاص خود را دارد که قادر به ارائه آن است. این مقدار، EMF منبع جریان، نشان می دهد که چقدر کار توسط نیروهای خارجی برای جابجایی شارژ در طول مداری که باتری یا آکومولاتور در آن قرار دارد انجام می شود.

همچنین لازم است مشخص شود که منبع چه نوع جریانی را تولید می کند: مستقیم، متناوب یا پالسی. سلول های گالوانیکی، از جمله انباشته ها و باتری ها، همیشه فقط جریان الکتریکی مستقیم تولید می کنند. EMF منبع جریان در این حالت از نظر مقدار مطلق برابر با ولتاژ خروجی در کنتاکت های منبع خواهد بود.

اکنون زمان آن است که بفهمیم چرا اصلاً به مقداری مانند EMF نیاز است، چگونه از آن در محاسبه مقادیر دیگر مدار الکتریکی استفاده کنیم.

فرمول EMF

قبلاً متوجه شده ایم که EMF منبع جریان برابر با کار نیروهای خارجی برای حرکت بار است. برای وضوح بیشتر، تصمیم گرفتیم فرمول این کمیت را بنویسیم: E=A نیروهای خارجی /q، که A کار است، و q باری است که کار بر روی آن انجام شده است. توجه داشته باشید که شارژ کل گرفته می شود، نه شارژ واحد. این کار به این دلیل انجام می شود که ما کار نیروها را برای جابجایی تمام بارها در هادی در نظر می گیریم. و این نسبت کار به شارژ همیشه برای یک منبع معین ثابت خواهد بود، زیرا مهم نیست که چند ذره باردار مصرف کنید، مقدار کار مشخص برای هر یک از آنها یکسان خواهد بود.

همانطور که می بینید، فرمول نیروی الکتروموتور چندان پیچیده نیست و تنها از دو کمیت تشکیل شده است. وقت آن رسیده است که به یکی از سوالات اصلی ناشی از این مقاله بپردازیم.

چرا EDS مورد نیاز است؟

قبلاً گفته شد که EMF و ولتاژ در واقع همان مقادیر هستند. اگر مقادیر EMF و مقاومت داخلی منبع جریان را بدانیم، جایگزین کردن آنها در قانون اهم برای یک مدار کامل دشوار نخواهد بود، که به نظر می رسد: I \u003d e / (R + r)، جایی که I قدرت جریان است، e EMF، R - مقاومت مدار، r - مقاومت داخلی منبع جریان است. از اینجا می توانیم دو ویژگی مدار پیدا کنیم: I و R. لازم به ذکر است که همه این آرگومان ها و فرمول ها فقط برای مدار DC معتبر هستند. در صورت متغیرهای فرمولکاملاً متفاوت خواهد بود، زیرا از قوانین نوسانی خود تبعیت می کند.

اما هنوز مشخص نیست که EMF منبع فعلی چه کاربردی دارد. در یک مدار، به عنوان یک قاعده، عناصر زیادی وجود دارد که عملکرد خود را انجام می دهند. هر تلفنی یک برد دارد که آن هم چیزی جز یک مدار الکتریکی نیست. و هر مداری برای کار کردن به یک منبع جریان نیاز دارد. و بسیار مهم است که EMF آن از نظر پارامتر برای تمام عناصر مدار مناسب باشد. در غیر این صورت، مدار یا از کار می افتد یا به دلیل سوختگی ولتاژ بالادرون او

نتیجه

ما فکر می کنیم این مقاله برای بسیاری مفید بود. پس از همه، در دنیای مدرنبسیار مهم است که تا حد امکان درباره آنچه که ما را احاطه کرده است بدانیم. از جمله دانش ضروری در مورد ماهیت جریان الکتریکی و رفتار آن در داخل مدارها. و اگر فکر می کنید چنین چیزی وجود دارد مدار الکتریکی، فقط در آزمایشگاه ها استفاده می شود و شما از آن دور هستید، پس بسیار در اشتباه هستید: تمام دستگاه هایی که برق مصرف می کنند در واقع از مدار تشکیل شده اند. و هر یک از آنها منبع فعلی خود را دارد که یک EMF ایجاد می کند.