Эрл Гейтс - Введение в электронику

Рис. 14-7. Соотношение между мощностью, током и напряжением в резистивной цепи переменного тока.

Мощность изменяется от максимального значения до нуля. Средняя мощность, потребляемая цепью, имеет промежуточное значение между максимальным значением и нулем. В цепи переменного тока средняя мощность — это мощность, потребляемая цепью. Ее можно определить, умножая эффективное значение напряжения на эффективное значение тока:

Р= I∙ E.

ПРИМЕР: Какая мощность потребляется цепью переменного тока, в которой напряжение 120 вольт приложено к сопротивлению 150 ом? (Помните, что значение напряжения считается эффективным, если не оговорено другое).

Дано:

ET = 120 В; RT = 150 Ом

IT =?; PT =?

Решение:

IT = ET/ RT = 120/150

IT = 0,80 А.

Теперь найдем полную мощность ( Рт).

PT = IT∙ PT = (0,80)(120)

PT = 96 Вт.

14-4. Вопросы

Чему равна полная потребляемая мощность в следующих цепях:

Последовательные:

а. E T= 100 В, R 1= 680 Ом, R 2= 1200 Ом;

б. I T= 250 мА, R 1= 100 Ом, R 2 = 500 Ом.

Параллельные:

в. E T = 100 В, R 1= 470 Ом, R 2= 1000 Ом;

г. I T = 7,5 мА, E R1 = 10 В, R 2= 4,7 кОм.

2. Найдите мощность, потребляемую каждым отдельным компонентом в следующей цепи:

РЕЗЮМЕ

• Основная резистивная цепь переменного тока состоит из источника тока или напряжения, проводников и резистивной нагрузки.

• Ток в резистивной цепи находится в фазе с приложенным напряжением.

• Использование эффективных значений переменного тока и напряжения приводит к таким же результатам,

как и использование эквивалентных значений постоянного тока и напряжения.

• Эффективные значения являются наиболее широко используемыми значениями, полученными при измерениях.

• Закон Ома можно использовать и для эффективных значений.

• Значения переменного тока и напряжения предполагаются эффективными, если не оговорено другое.

Глава 14. САМОПРОВЕРКА

1. Каково фазовое соотношение между током и напряжением в чисто резистивной цепи?

2. Каково эффективное значение напряжения в цепи переменного тока, в которой течет ток 25 мА через сопротивление 4,7 кОм?

3. Каково падение напряжения на двух резисторах 4,7 кОм и 3,9 кОм, соединенных последовательно в цепи переменного тока при приложенном напряжении 12 вольт?

4. Чему равен ток через каждый из резисторов 2,2 кОм и 5,6 кОм, соединенных параллельно при приложенном к ним переменном напряжении 120 вольт?

5. Что определяет потребление мощности в цепи переменного тока?

6. Чему равна потребляемая мощность в цепи переменного тока, в которой напряжение 120 вольт приложено к нагрузке 1200 Ом?

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать фазовое соотношение между током и напряжением в емкостной цепи переменного тока.

• Дать определение емкостного сопротивления (реактивного сопротивления емкости) в емкостной цепи переменного тока.

• Описать, как резистивно-емкостные цепи могут использоваться для фильтрации, в качестве элементов согласования и фазового сдвига.

• Объяснить как работают RC фильтры верхних и нижних частот.

Конденсаторыявляются ключевыми компонентами цепей переменного тока. Конденсаторы вместе с резисторами и катушками индуктивности образуют полезные электронные цепи.

Когда к конденсатору прикладывается переменное напряжение, создается впечатление, что во всей цепи есть поток электронов. Однако, электроны не проходят через диэлектрик конденсатора. При увеличении и уменьшении амплитуды переменного тока конденсатор заряжается и разряжается. Результирующее движение электронов от одной обкладки к другой представляет ток.

В емкостной цепи переменного тока фазовое соотношение между током и приложенным напряжением не такое, как в чисто резистивной цепи. В чисто резистивной цепи ток находится в фазе с приложенным напряжением. В емкостной цепи переменного тока ток и напряжение находятся не в фазе друг с другом (рис. 15-1). Когда ток максимален, напряжение равно нулю. Это соотношение обусловлено сдвигом по фазе на 90 градусов. В емкостной цепи ток опережает приложенное напряжение.

Рис. 15-1. Обратите внимание на то, что ток и напряжение в емкостной цепи переменного тока находятся не в фазе. Ток опережает приложенное напряжение.

В емкостной цепи переменного тока приложенное напряжение постоянно изменяется, вынуждая конденсатор. заряжаться и разряжаться. После того как конденсатор первоначально зарядится, напряжение на его обкладках противодействует любому изменению приложенного напряжения. Противодействие, которое конденсатор оказывает приложенному переменному напряжению, называется емкостным сопротивлением. Емкостное сопротивление обозначается и измеряется в омах.

Емкостное сопротивление может быть вычислено по формуле:

где π = 3,14, f — частота в герцах, С — емкость в фарадах.

Емкостное сопротивление является функцией частоты приложенного переменного напряжения и емкости. Увеличение частоты уменьшает емкостное сопротивление, что приводит к возрастанию тока. Уменьшение частоты увеличивает противодействие и приводит к уменьшению тока.

ПРИМЕР: Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью в 1 микрофараду при частоте 60 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 60 Гц; С = 1 мкф = 0,000001 Ф

Х с =?

Решение:

Х с = 1/(2)(3,14)(60)(0,000001)

Х с = 1/0,000377 = 2653 Ом.

ПРИМЕР: Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью 1 мкФ на частоте 400 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 400 Гц; С = 1 мкф = 0,000001 Ф

Х с =?

Решение:

Х с = 1/(2)(3,14)(400)(0,000001)

Х с = 1/0,00251 = 398 Ом.

ПРИМЕР: Чему разно емкостное сопротивление конденсатора емкостью в 0,1 микрофарад при частоте 60 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 60 Гц; С = 0,1 мкф = 0,0000001 Ф

Х с =?

Решение:

Х с = 1/(2)(3,14)(60)(0,0000001)

Х с = 1/0,0000377 = 26,525 Ом.

ПРИМЕР: Чему разно емкостное сопротивление конденсатора емкостью в 10 микрофарад при частоте 60 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 60 Гц; С = 10 мкф = 0,00001 Ф

Х с =?

Решение: