В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Выше мы говорили, что для оценки свойств переменного тока за длительный промежуток времени вводят параметр — действующее значение тока (напряжения, э.д.с.). Если воспользоваться аналогией, то можно рассмотреть такой пример. Висящая «груша» после многократных ударов боксера отклоняется от вертикального положения на некоторый угол и удерживается в таком положении, пока боксер наносит по ней удары. Но эту же «грушу» можно отвести на тот же угол, приложив меньшее, но постоянное усилие (оно соответствует действующему значению силы ударов).

Теперь вы уже знаете, что мгновенное значение переменного тока все время изменяется как по величине, так и по направлению. Однако, когда мы вкручиваем в патрон лампу накаливания, мы говорим, что лампа рассчитана на напряжение 220 В.

Что мы под этим подразумеваем? Представим себе, что через спираль электрической плитки протекает синусоидальный ток и плитка каждую секунду выделяет количество теплоты Q . Теперь мы через некоторое время подключим эту же плитку в цепь постоянного тока и будем увеличивать напряжение до тех пор, пока плитка не будет выделять каждую секунду такое же количество теплоты, равное Q . В данном случае по своему тепловому действию оба напряжения (тока) равны. Поэтому сила постоянного тока (напряжения,), выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и данный переменный ток (напряжение), называется действующим значением переменного тока I (напряжения U ).

Для синусоидального тока действующее значение силы тока (рис. 3.8, а ):

Рис. 3.8, а) действующее значение синусоидального тока;

I= I m/√2 = I m/1,414 = 0,707∙ I m(3.2, a )

Аналогично для напряжения и э.д.с.:

U= 0,707∙ U m(3.2, б )

Е= 0,707∙ Е m. (3.2, в )

Поэтому, когда мы говорим, что лампа накаливания рассчитана на 220 В, мы подразумеваем, что это действующее напряжение.

Аналогично, если мы лампочку от карманного фонаря, рассчитанную на напряжение 3,5 В, подключим к источнику переменного тока с напряжением 3,5 В, то накал нити лампочки будет таким же, как и при питании ее от батареи с напряжением на зажимах 3,5 В.

Из (3.2) видно: зная действующее значение силы тока I (напряжения U , э.д.с. Е ), которую можно измерить амперметром переменного тока, можно вычислить его амплитудное значение:

I m= I∙√2= 1,4141 (3.3, a )

U m= 1,414∙ U(3.3, б )

E m= 1,414∙ E(3.3, в )

Из формулы видно, что амплитудное значение синусоидального тока (напряжения, э.д.с.) почти в полтора раза (в 1,414 раза) больше его действующего значения. Так, амплитудное значение напряжения сети 220 В равно:

U m= U∙1,414 = 220∙1,414 = 311 В.

Все амперметры, вольтметры переменного тока калибруются на синусоидальном токе (напряжении); для переменного тока другой формы показания этих приборов нужно корректировать. Например, для переменного тока треугольной формы (рис. 3.8, б ) соотношение между действующим и амплитудным значениями определяется по формулам:

Рис. 3.8, б) соотношение между действующим и амплитудным значениями для переменного тока треугольной формы;

I= I m/√3 = 0,577∙ I m(3.4, a )

I m= 1,732∙ I(3.4, б )

Для последовательности прямоугольных импульсов (рис. 3.8, в ), называемых еще «меандром»:

I= I m(3.5)

Рис. 3.8, в) соотношение между амплитудным и действующим значениями тока для последовательности прямоугольных импульсов;

а для последовательности коротких прямоугольных импульсов (рис. 3.8, г ):

I= I m∙√α (3.6)

где α= τ/ T, ( τ — длительность импульса).

Рис. 3.8, г) Соотношение между амплитудным и действующим значениями для последовательности коротких прямоугольных импульсов

Элементами цепи переменного тока могут быть лампа накаливания, электрическая плитка, утюг, электродвигатель, резистор, конденсатор, катушка индуктивности, полупроводниковый диод, варистор и другие элементы. Лампа накаливания, электрическая плитка, утюг, резистор, диод, варистор представляют собой элементы, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую. Говорят, что они обладают активным сопротивлением. А вот конденсатор и катушка индуктивности являются реактивными элементами , они не преобразуют электрическую энергию в тепловую, т. е. они не потребляют электрическую энергию, как, например, резистор, но обладают другими замечательными свойствами, которые будут рассмотрены ниже.

Кроме того, как указывалось в главе 2 , элементы цепи делятся на линейные и нелинейные. Линейные элементы имеют линейную ВАХ (вольт-амперную характеристику) (рис. 3.9, а ), нелинейные — нелинейную ВАХ (рис. 3.9, б ). Из перечисленных выше элементов линейными элементами являются резистор, конденсатор и катушка индуктивности, а остальные элементы нелинейные.

Рис. 3.9. ВАХ линейного элемента ( а) и нелинейного элемента ( б)

Внешний вид конденсаторов, их УГО и БЦО показаны на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Внешний вид конденсаторов, их УГО и БЦО

Конденсатор, как и катушка индуктивности, оказывают переменному току сопротивление.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов (рис. 3.11, а ):

1/ С о= 1/ C1+ 1/ С2, (3.7, а )

отсюда:

С о= С1∙ С2/( С1+ С2) (3.7, б )

1/ С о= 1/ C1+ 1/ С2+ 1/ С3(3.8)

Параллельное соединение конденсаторов (рис. 3.11, б ):

С 0= С1+ С2, (3.9)

С 0= С1+ С2+ С3. (3.10)

Ряс. 3.11. Последовательное ( а) и параллельное ( б) соединение конденсаторов