Как изменится напряжение U2 и U3 после замыкания ключа K?
Как измениться напряжение U2 и U3 после замыкания ключа K?
1) Увеличиться
2) Уменьшиться
3) Не измениться
Лучшие ответы ( 1 )
94731 / 64177 / 26122
Регистрация: 12.04.2006
Сообщений: 116,782
Ответы с готовыми решениями:
Определить Imax в RC цепи после замыкания ключа. Построить график I(t)
Не уверен, что правильно решил задачу, но все же, буду признателен, если ободрите или поправите где.
Определить максимальное значение силы тока в катушке после замыкания ключа
Два одинаковых конденсатора A и B, каждый с емкостью C, и катушка с индуктивностью L. В начальный.
С какой скоростью будет возрастать ток при достижении определенного значения после замыкания ключа
Всем доброго времени суток! Не идет что-то у меня совсем электричество.. Может дадите идею решения.
Как изменится напряжение в конце линии
Как изменится напряжение в конце линии, если в ее середине произойдет короткое замыкание? 1).
Как изменится при этом напряжение Ua и U лин. и внутреннее сопротивление лампы ri?
Увеличение напряжения катод-сетка Uc вызовет уменьшение анодного тока Ia. Как изменится при этом.
756 / 460 / 50
Регистрация: 13.05.2012
Сообщений: 953
Сообщение было отмечено Odi-117 как решение
Решение
До замыкания ключа ток в цепи равен
где U- напряжение на клеммах.
После замыкания ключа в цепи, сопротивление будет закорочено, т.е. ток по нему не пойдет. Поэтому ток в цепи будет равен
Как видим ток в цепи увеличился, поэтому падения напряжения на сопротивлениях и также увеличаться.
Добавлено через 1 минуту
87844 / 49110 / 22898
Регистрация: 17.06.2006
Сообщений: 92,604
Помогаю со студенческими работами здесь
На сколько изменится задерживающее напряжение
На сколько изменится задерживающее напряжение Uзад при увеличении мощности световой волны в 2 раза.
Во сколько раз изменится напряжение на зажимах?
Решил задачу, не знаю правильно ли. Где-то в интернете раздобыл куча формул из которых вывел одну.
Что изменится, если вместо прямоугольных импульсов на схему подать синусоидальное напряжение
Немного не могу понять, что же изменится.. есть добрые люди, которые могут помочь? Тема — Зарядка.
Как изменится массив после выполнения фрагмента программы
В программе описан одномерный целочисленный массив A с индексами от 0 до 10. Ниже представлен.
Определить, как изменится массив после работы программы
Написать программы: 1) В программе описан одномерный целочисленный массив с индексами от 0 до 10.
Или воспользуйтесь поиском по форуму:
Конденсатор и RC цепочка
Резистор — его задача ограничивать ток. Это статичный элемент, чье сопротивление не меняется, про тепловые погрешности сейчас не говорим — они не слишком велики. Ток через резистор определяется законом ома — I=U/R, где U напряжение на выводах резистора, R — его сопротивление.
Конденсатор штука поинтересней. У него есть интересное свойство — когда он разряжен то ведет себя почти как короткое замыкание — ток через него течет без ограничений, устремляясь в бесконечность. А напряжение на нем стремится к нулю. Когда же он заряжен, то становится как обрыв и ток через него течь перестает, а напряжение на нем становится равным заряжающему источнику. Получается интересная зависимость — есть ток, нет напряжения, есть напряжение — нет тока.
Чтобы визуализировать себе этот процесс, представь ган… эмм.. воздушный шарик который наполняется водой. Поток воды — это ток. Давление воды на упругие стенки — эквивалент напряжения. Теперь смотри, когда шарик пуст — вода втекает свободно, большой ток, а давления еще почти нет — напряжение мало. Потом, когда шарик наполнится и начнет сопротивляться давлению, за счет упругости стенок, то скорость потока замедлится, а потом и вовсе остановится — силы сравнялись, конденсатор зарядился. Есть напряжение натянутых стенок, но нет тока!
Теперь, если снять или уменьшить внешнее давление, убрать источник питания, то вода под действием упругости хлынет обратно. Также и ток из конденсатора потечет обратно если цепь будет замкнута, а напряжение источника ниже чем напряжение в конденсаторе.
Емкость конденсатора. Что это?
Теоретически, в любой идеальный конденсатор можно закачать заряд бесконечного размера. Просто наш шарик сильней растянется и стенки создадут большее давление, бесконечно большое давление.
А что же тогда насчет Фарад, что пишут на боку конденсатора в качестве показателя емкости? А это всего лишь зависимость напряжения от заряда (q = CU). У конденсатора малой емкости рост напряжения от заряда будет выше.
Представь два стакана с бесконечно высокими стенками. Один узкий, как пробирка, другой широкий, как тазик. Уровень воды в них — это напряжение. Площадь дна — емкость. И в тот и в другой можно набузолить один и тот же литр воды — равный заряд. Но в пробирке уровень подскочит на несколько метров, А в тазике будет плескаться у самого дна. Также и в конденсаторах с малой и большой емкостью.
Залить то можно сколько угодно, но напряжение будет разным.
Плюс в реале у конденсаторов есть пробивное напряжение, после которого он перестает быть конденсатором, а превращается в годный проводник 🙂
А как быстро заряжается конденсатор?
В идеальных условиях, когда у нас бесконечно мощный источник напряжения с нулевым внутренним сопротивлением, идеальные сверхпроводящие провода и абсолютно безупречный конденсатор — этот процесс будет происходить мгновенно, с временем равным 0, равно как и разряд.
Но в реальности всегда существуют сопротивления, явные — вроде банального резистора или неявные, такие как сопротивление проводов или внутреннее сопротивление источника напряжения.
В этом случае скорость заряда конденсатора будет зависить от сопротивлений в цепи и емкости кондера, а сам заряд будет идти по экспоненциальному закону.
А у этого закона есть пара характерных величин:
- Т — постоянная времени, это время при котором величина достигнет 63% от своего максимума. 63% тут взялись не случайно, тут прямая завязка на такую формулу VALUET=max—1/e*max.
- 3T — а при троекратной постоянной значение достигнет 95% своего максимума.
Постоянная времени для RC цепи Т=R*C.
Чем меньше сопротивление и меньше емкость, тем быстрей конденсатор заряжается. Если сопротивление равно нулю, то и время заряда равно нулю.
Рассчитаем за сколько зарядится на 95% конденсатор емкостью 1uF через резистор в 1кОм:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0.001c
3T = 0.003c через такое время напряжение на конденсаторе достигнет 95% от напряжения источника.
Разряд пойдет по тому же закону, только вверх ногами. Т.е. через Твремени в на конденсаторе остаенется всего лишь 100% — 63% = 37% от первоначального напряжения, а через 3T и того меньше — жалкие 5%.
Ну с подачей и снятием напряжения все ясно. А если напряжение подали, а потом еще ступенчато подняли, а разряжали также ступеньками? Ситуация тут практически не изменится — поднялось напряжение, конденсатор дозарядился до него по тому же закону, с той же постоянной времени — через время 3Т его напряжение будет на 95% от нового максимума.
Чуть понизилось — подразрядился и через время 3Т напряжение на нем будет на 5% выше нового минимума.
Да что я тебе говорю, лучше показать. Сварганил тут в мультисиме хитровыдрюченный генератор ступечнатого сигнала и подал на интегрирующую RC цепочку:
Видишь как колбасится 🙂 Обрати внимание, что и заряд и разряд, вне зависимости от высоты ступеньки, всегда одной длительности.
А до какой величины конденсатор можно зарядить?
В теории до бесконечности, этакий шарик с бесконечно тянущимися стенками. В реале же шарик рано или поздно лопнет, а конденсатор пробьет и закоротит. Вот поэтому у всех конденсаторов есть важный параметр — предельное напряжение. На электролитах его часто пишут сбоку, а на керамических его надо смотреть в справочниках. Но там оно обычно от 50 вольт. В общем, выбирая кондер надо следить, чтобы его предельное напряжение было не ниже того которое в цепи. Добавлю что при расчете конденсатора на переменное напряжение следует выбирать предельное напряжение в 1.4 раза выше. Т.к. на переменном напряжении указывают действующее значение, а мгновенное значение в своем максимуме превышает его в 1.4 раза.
Что следует из вышеперечисленного? А то что если на конденсатор подать постоянное напряжение, то он просто зарядится и все. На этом веселье закончится.
А если подать переменное? То очевидно, что он будет то заряжаться, то разряжаться, а в цепи будет туда и обратно гулять ток. Движуха! Ток есть!
Выходит, несмотря на физический обрыв цепи между обкладками, через конденсатор легко протекает переменный ток, а вот постоянному слабо.
Что нам это дает? А то что конденсатор может служить своего рода сепаратором, для разделения переменного тока и постоянного на соответствующие составляющие.
Любой изменяющийся во времени сигнал можно представить как сумму двух составляющих — переменной и постоянной.
Например, у классической синусоиды есть только переменная часть, а постоянная равна нулю. У постоянного же тока наоборот. А если у нас сдвинутая синусоида? Или постоянная с помехами?
Переменная и постоянная составляющие сигнала легко разделяются!
Чуть выше я тебе показал как конденсатор дозаряжается и подразряжается при изменениях напряжения. Так что переменная составляющая сквозь кондер пройдет на ура, т.к. только она заставляет конденсатор активно менять свой заряд. Постоянная же как была так и останется и застрянет на конденсаторе.
Но чтобы конденсатор эффективно разделял переменную составляющую от постоянной частота переменной составляющей должна быть не ниже чем 1/T
Возможны два вида включения RC цепочки:
Интегрирующая и дифференцирующая. Они же фильтр низких частот и фильтр высоких частот.
Фильтр низких частот без изменений пропускает постоянную составляющую (т.к. ее частота равна нулю, ниже некуда) и подавляет все что выше чем 1/T. Постоянная составляющая проходит напрямую, а переменная составляющая через конденсатор гасится на землю.
Такой фильтр еще называют интегрирующей цепочкой потому, что сигнал на выходе как бы интегрируется. Помнишь что такое интеграл? Площадь под кривой! Вот тут она и получается на выходе.
Как здесь вычисляется постоянная составляющая? А с виду и не скажешь, но надо помнить, что любой периодически сигнал раскладывается в ряд Фурье, превращаясь в сумму из постоянной составляющей и пачки синусоид разной частоты и амплитуды.
Фильтр высоких частот работает наоборот. Он не пускает постоянную составляющую (т.к. ее частота слишком низка — 0) — ведь конденсатор для нее равносилен обрыву, а вот переменная пролазит через кондер без проблем.
А дифференцирующей цепью ее называют потому, что на выходе у нас получается дифференциал входной функции, который есть не что иное как скорость изменения этой функции.
- На участке 1 происходит заряд конденсатора, а значит через него идет ток и на резисторе будет падение напряжения.
- На участке 2 происходит резкое увеличение скорости заряда, а значит и ток резко возрастет, а за ним и падение напряжения на резисторе.
- На участке 3 конденсатор просто удерживает уже имеющийся потенциал. Ток через него не идет, а значит на резисторе напряжение тоже равно нулю.
- Ну и на 4м участке конденсатор начал разряжаться, т.к. входной сигнал стал ниже чем его напряжение. Ток пошел в обратную сторону и на резисторе уже отрицательное падение напряжения.
А если подать на вход прямоугольнй импульс, с очень крутыми фронтами и сделать емкость конденсатора помельче, то увидим вот такие иголки:
Вверху идет осциллограма того что на входе, внизу то что на выходе дифференциальной цепи.
Как видишь, тут мощные всплески на фронтах. Оно и понятно, в этом месте функция меняется резко, а значит производная (скорость изменения) этой функции велика, на пологих участках сигнал константа и его производная, скорость изменения, равна нулю — на графике ноль.
А если загнать в дифференциатор пилу, то на выходе получим…
прямоугольник. Ну, а чо? Правильно — производная от линейной функции есть константа, наклон этой функции определяет знак константы.
Короче, если у тебя сейчас идет курс матана, то можешь забить на богомерзкий Mathcad, отвратный Maple, выбросить из головы матричную ересь Матлаба и, достав из загашников горсть аналоговой рассыпухи, спаять себе истинно ТРУЪ аналоговый компьютер 🙂 Препод будет в шоке 🙂
Правда на одних только резисторах кондерах интеграторы и диффернциаторы обычно не делают, тут юзают операционные усилители. Можешь пока погуглить на предмет этих штуковин, любопытная вещь 🙂
А вот тут я подал обычный приямоугольный сигнал на два фильтра высоких и низких частот. А выходы с них на осциллограф:
И вот что получилось на осциллографе:
Вот, чуть покрупней один участок:
Как видишь, на одном срезало постоянную составляющую, на другом переменную.
Ладно, что то мы отвлеклись от темы.
Как еще можно применить RC цепь?
Да способов много. Часто ее используют не только в качестве фильтров, но и как формирователи импульсов. Например, на сбросе контроллера AVR, если надо чтобы МК стартанул не сразу после включения питания, а с некоторой выдержкой:
При старте кондер разряжен, ток через него вваливат на полную, а напряжение на нем мизерное — на входе RESET сигнал сброса. Но вскоре конденсатор зарядится и через время Т его напряжение будет уже на уровне логической единицы и на RESET перестанет подаваться сигнал сброса — МК стартанет.
А для AT89C51 надо с точностью наоборот RESET организовать — вначале подать единицу, а потом ноль. Тут ситуация обратная — пока кондер не заряжен, то ток через него течет большой, Uc — падение напряжения на нем мизерное Uc=0. А значит на RESET подается напряжение немногим меньше напряжения питания Uпит-Uc=Uпит.
Но когда кондер зарядится и напряжение на нем достигнет напряжения питания (Uпит=Uс), то на выводе RESET уже будет Uпит-Uc=0
Аналоговые измерения
Но фиг сними с цепочками сброса, куда прикольней использовать возможность RC цепи для замера аналоговых величин микроконтроллерами в которых нет АЦП.
Тут используется тот факт, что напряжение на конденсаторе растет строго по одному и тому же закону — экспоненте. В зависимости от кондера, резистора и питающего напряжения. А значит его можно использовать как опорное напряжение с заранее известными параметрами.
Работает просто, мы подаем напряжение с конденсатора на аналоговый компаратор, а на второй вход компаратора заводим измеряемое напряжение. И когда хотим замерить напряжение, то просто вначале дергаем вывод вниз, чтобы разрядить конденсатор. Потом возвращем его в режим Hi-Z, cбрасываем и запускаем таймер. А дальше кондер начинает заряжаться через резистор и как только компаратор доложит, что напряжение с RC догнало измеряемое, то останавливаем таймер.
Зная по какому закону от времени идет возрастание опорного напряжения RC цепи, а также зная сколько натикал таймер, мы можем довольно точно узнать чему было равно измеряемое напряжение на момент сработки компаратора. Причем, тут не обязательно считать экспоненты. На начальном этапе зарядки кондера можно предположить, что зависимость там линейная. Или, если хочется большей точности, аппроксимировать экспоненту кусочно линейными функциями, а по русски — отрисовать ее примерную форму несколькими прямыми или сварганить таблицу зависимости величины от времени, короче, способов вагон просто.
Если надо заиметь аналоговую крутилку, а АЦП нету, то можно даже компаратор не юзать. Дрыгать ножкой на которой висит конденсатор и давать ему заряжаться через перменный резистор.
По изменению Т, которая, напомню T=R*C и зная что у нас С = const, можно вычислить значение R. Причем, опять же необязательно подключать тут математический аппарат, в большинстве случаев достаточно сделать замер в каких-нибудь условных попугаях, вроде тиков таймера. А можно пойти другим путем, не менять резистор, а менять емкость, например, подсоединяя к ней емкость своего тела… что получится? Правильно — сенсорные кнопки!
Если что то непонятно, то не парься скоро напишу статью про то как прикрутить к микроконтроллеру аналоговую фиговину не используя АЦП. Там подробно все разжую.
Теперь, думаю, ты понял за что я так люблю RC цепочки и почему на моей отладочной плате PinBoard их несколько и с разными параметрами 🙂
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
255 thoughts on “Конденсатор и RC цепочка”
Snezhok :
Pashka02 :
предельное напряжение. На электролитах его часто пишут сбоку, а на керамических его надо смотреть в справочниках. Но там оно обычно от 50 вольт. В общем, выбирая кондер надо следить, чтобы его предельное напряжение было не ниже того которое в цепи. может быть не выше того котоое цепи.
например если переменное 220 то 220*1.4=310 надо взять вольт на 270-300
а если постояноое то к примеру 24 то и напряжение должно на конденсаторе быть
24?
Pashka02 :
то есть предельное на конденсаторе 24?
Давай про L-C цепочки.
Норм объясняешь
DI HALT :
На остальные пары можно не приходить, да? 😉
Прикольно 8)
ps С Днем программиста!
neonix :
Спасибо нтересная статья!!
PS: Выпьем же за день программера =)))
mishun :
Про «истинно ТРУЪ аналоговый компьютер» — в совсем старых книжках упоминались аналоговые схемы для моделирования решений дифференциальных уравнений, так что это еще не предел 🙂
Fibonacci :
Автору спасибо за познавательные темы. Хотел бы прочитать про LC цепочки.
DI HALT :
Они ведут себя аналогично, только меняем напряжение на ток 🙂
vertexodessa :
зачем тогда для питания аналоговых цепей контроллера AVCC и AREF применяют LC-фильтр, а не RC? там же важна стабильность напряжения, а не тока?
zyxman :
Индуктивности препротивнейшая штука, тк во первых их обычно нужно мотать, а во вторых если индуктивность без сердечника или без экрана, она чуствительна к находящемуся близко железу (на 27МГц уже контура разносят на 10-20см и они при этом еще оказываются связаны). Так что индуктивности уже желательно рассматривать вместе с теорией поля и не плоский случай а 3D.
Отлично, оч. хороший сайт и всегда есть что-нибудь полезное.
З.Ы. C 256 м днём в году 😉
Очень хорошо) Правда, можно было бы еще приплести сюда немного матана в виде комплексных вычислений.
Хотелось бы еще услышать про LC цепи и различные _фильтры_ в качестве кульминации всего ранее сказанного. А то лично я уже, честно говоря, мат. аппарат их расчета немного подзабыл 🙂 И ряды Фурье в качестве отдельной темы 🙂 Очень полезная штука все же. БПФ в контроллерах на многое способно.
Melted Metal :
Статья рулит. Жду аналогичную про индуктивность.
До фильтров и Фурье еще про операционник рассказать бы неплохо… А про Фурье был у ЭЛМ-Чена проектик интересный — эквалайзер на AVR. Где-то там: http://elm-chan.org/
redzub :
«В общем, выбирая кондер надо следить, чтобы его предельное напряжение было не ниже того которое в цепи» Хотел бы добавить, что для переменного напряжения конденсатор следует брать с напряжением в 1.41 раза выше действующего, так как амплитудное значение выше.
>по экспотенциальному закону
>указывают действенное значение
опечатки.
Vitaha :
«… а сам заряд будет идти по экспотенциальному закону». Поправочка — по экспоненциальному
По экзистенциальному
ви таки будете смеяться, но я часа 4 назад на радиокоте как раз извалял в гавне постоянную заряда
я это называю парадоксом заряда конденсатора оно бы все ничего, да только тут засунули какое-то число е типа пи и теперь у нас заряд нелинейный
ведь сферический конденсатор в вакууме линеен
>ви таки будете смеяться, но я часа 4 назад на радиокоте как раз извалял в гавне постоянную заряда
Может линк дашь, чтобы мы таки посмеялись?)
DI HALT :
По поводу бесконечного разряда, есть такое понятие как бесконечно точная грань. Это типо величина к которой стремимся, но как не усерайся не достигнешь ее никогда.
Это настолько феерично, что больше похоже на троллинг.
это был бы троллинг, если бы я был ерж
Есть такой анекдот:
Псих в психбольнице гоняется за другими психами и кричит «продифференцирую всех нах!». Все ессно убегают. Боятся значить! Подбегает он к главврачу психушки. А тот спокойно так стоит. Псих у него спрашивает: «Почему не убегаешь? Продифференцирую НАХ!» А тот ему: «А я экспонента!» зы Не кормите ержика!
DI HALT :
Не, не так. Я тебя продиффференцирую. — стоит
Я тебя проинтегрирую. — стоит
Ты что, ничего не боишься?
А я e в степени х
redzub :
Какоето число е)) Если провести анализ переходного процесса, например операторным методом, то после после нахождения оригинала, воспользовавшись теоремой смещения (откуда и берется экспонента)увидим, что напряжение на емкости меняется по показательному закону.
pspost :
«кстати число пи … никак не связано с окружностью» Можно в двух словах пояснить, что имелось ввиду, ибо есть связь l=pi*d.
(Если объяснение содержит процесс вакуумной сферизации, тогда не надо).
zyxman :
Число пи конечно связано с окружностью, тк математика процессов реактивных цепей использует 2-мерную систему координат, в которой в простейшем случае колебания представлены движением по окружности (в более сложных случаях там получаются фигуры Лиссажу, или даже что-то свиду хаотическое, которые впрочем тоже нормально описываются суммой нескольких векторов вращающихся по окружности). «Усложнение» такое нужно потому что в реактивных цепях есть эффекты накопления энергии, которые (эффекты) громоздко вписать обычной математикой, но красиво получаются при введении комплексных чисел с мнимой частью.
pspost :
А, ясно. Я просто слегка не в контексте воспринял данное утверждение.
A еще при подаче на конденсатор постоянного тока, напряжение на нем растет линейно.
Melted Metal :
Не-а=) Растет линейно только если его заряжать стабильным током.
Постоянный = стабильный.
У индуктивности наоборот, при постоянном напряжении ток нарастает линейно. Еще ток в конденсаторе может меняться как угодно быстро, а напряжение нет, на индукторе соотвественно наоборот, приложеное напряжение может меняться как угодно, а ток оно держит.
Melted Metal :
Извеняюсь, стормозил=)
alexander zhevak :
извините за придирки, а можно я тоже немножко Вас поправлю. Поправка 1.
На правом графике (к сожалению рисунки не имеют нумерации), где Вы говорите про него: «На участке 2 происходит резкое увеличение скорости заряда, а значит и ток резко возрастет, а за ним и падение напряжения на резисторе», у Вас допущена досадная ошибка. Участок 2 на правом графике должен иметь вид горизонтальной полочки, начиная от времени, когда заканчивается участок 1, и вплоть до времени, когда начинается участок 3. У Вас же нарисована остроконечная «горка», что в принципе неверно. Пожалуйста поправьте. Высота «полочки» для участка 2 на правом графике должна быть больше, чем у полочки для участка 1. И в самом деле, участок 2 на левом графике имеет более крутой подъем, чем участок 1, поэтому и «полка» для него должна быть расположена выше. А поскольку участок 2 на левом графике — это линейно нарастающее напряжение, то соответствующий ему участок 2 на правом графике должен иметь горизонтальный вид. Поправка 2.
Пожалуйста не пытайтесь охватить всю аудиторию — от тех, кто впервые сталкивается с конденсаторами (их вопросы — пробивное напряжение, какой ток конденсатор пропускает — постоянный или переменный, что такое RC-цепи вообще), и тех, кто уже знает что такое Фурье-разложение. Одним некоторые вопросы будут непонятны (следовательно статья будет не столь интересна), другим — некоторые вопросы будут не интересны (статья так же потеряет свой шарм). Т.е. в обоих случаях вы огребете минусы. Не следует стремиться завоевать сразу всю аудиторию. Я искренне желаю Вам удачи! Спасибо за Ваш труд.
И я еще раз приношу свои извинения. С уважением,
Жевак Александр
DI HALT :
1. Да, спасибо. Поправил 🙂 Изначально там был нарисован вертикальный фронт, дифференциал которого уходит в бесконечность, потом я все же решил сделать его более приближеным к реальности, а вот дифференциальную половину графика поправить забыл 🙁 2. А вот тут не согласен. Просто помню себя студентом первого курса — в голове каша из математики, теорий ТОЭ, и электроники и все это в виде несвязанной мозайки. Попадись мне тогда такой материал я бы внимательней изучал тот же матан, т.к. видел бы ему реальное полезное для меня применение. Да по многим предметам так. В конце концов, увидев новое определение которое подробно не разьясняется естественный рефлекс пытливого ума — тут же это загуглить.
Stalker46 :
Ди, как ты учил МК? какие книги юзал? а то я открою любую книгу для начинающих, и там сразу начинается таймеры счетчики, прерывания… для меня это темный лес. что делать помоги… читать курсы, давать ссылки на курсы не предлагать. только книги. сначала хотел бы знать архитектуру (там подтягивающие резисторы, алу и все такое, ты сам занешь)
потом уже программирование и все остальное…
На мой взгляд, опыт программирования (на ПК) вполне способствует пониманию всего этого. Прерывания пожалуй даже больше к программированию относятся, чем к аппаратной части (точнее, они на их стыке).
Еще полезно повкуривать традиционную непрограммируемую логику.
После всего этого обнаруживаешь, что ничего непонятного в МК в общем-то и нет 🙂
Архитектура в отрыве от этих знаний ИМХО тоже мало что даст, она просто будет малопонятна.
DI HALT :
Да все сразу и по разным направлениям. ПОначалу да, темный лес. Постепенно, по мере накопления знаний это все в голове структурируется и приходит понимание процесса.
101dcoder :
Пожалуй добавлю свои пять копеек опыта. Во первых до начала работы с МК я занимался программированием. Причём спускался от высокоуровневых языков (Basic (будь он трижды проклят!), Delphi, Pascal, Java) к низкоуровневым (С, ассемблер (Хотя от него до сих пор голова болит)). То есть на МК мне было переходить не сложно (даже сейчас основные сложности представляет схемотехника а не программа). Вообще, если честно, то писать для МК мне нравится куда больше, чем для Win32, потому, что Винда — как коммунальная квартира, там живёт куча разных программ, и обязательно кто нибудь ворует кастрюлю (файл, или ключ реестра :)) в самый неподходящий момент 🙂 А МК — это отдельный загородный дом, коттедж, где кроме тебя никого нет!
tranzistor :
Блин, ну зачем тебе подробное знание как фунциклирует АЛУ то же самое.
Если интересно само программирование с нуля, то могу порекомендовать Джона Мортона (не помню — здесь есть или нет). Наберись терпения, бумажку, ручку и вперед! Читать, и немного решать самостоятельных задачек (по книге). Сам начал с него.
А если действительно интересует как что там внутри творится, то я, извини, не знаю что и присоветовать…
101dcoder :
А, кстати забыл спросить — время заряда-разряда от напряжения не зависит? (T=RC)
DI HALT :
Не зависит, в этом весь прикол 🙂 Позырь на график где кондер ступеньками заряжается/разряжается. Длительность переходного процесса ВЕЗДЕ одинакова.
101dcoder :
Ага.
Значит частота МК, запушенного от встроенной RC цепочки почти не будет плавать. Не при просадке батарейки, не при изменении температуры (в пределах комнатной). Только тут есть один косяк, на который я наткнулся, когда делал часы (Кварц у меня не нашёлся, поэтому часы работали на RC Меги8 2Мгц). Проблема в том, что при номинальной частоте 2 Мгц, реальная оказалась около 1,8 (А на тиньке13, она вообще доходила до 1,4 МГц). Проблема с частотой решалась так:
При запуске МК зажигает Светодиод, а чарез 10 сек выключает.
Берём какой-нить измеритель времени (я просто снимал на камеру) и замеряем, сколько РЕАЛЬНО светит диод. Быстенько считаем и поправляем частоту. Всё, можно юзать 🙂
DI HALT :
Там есть калибровачные байты. Их надо считать программатором и записать куда нибудь во флеш. а потом программно пихнуть в регистр калибровки. Точней будет. Но часы надо делать на кварце.
101dcoder :
Да знаю, что на кварце, но кварца нет. А они уже дня четыре подряд работают, и не на минуту не отстали (и вперёд не ушли)
DI HALT :
Четыре дня не срок. Вот четыре месяца это уже число. Как часто ты свои домашние часы подводишь? То то же!
101dcoder :
Ну так это же не часы реального времени на каком — нибудь военном спутнике. Никто ведь не запрешает прикрутить пару кнопок и подводить по мере надобности. З.Ы. Вчера ночью случайно запрограмил Мегу16 на работу от внешнего кварца. Втыкаю в плату — не пашет. Через пол-часа догнал, в чём дело. Сварганил RC цепочку из того, что под рукой было. Втыкнул в программатор — нашлась! Поправил фьюзы — теперь всё работает.
RC — Действительно палочка-выручалочка 🙂
zyxman :
Гы, у меня были советские часы «электроника-5», какая-то из последних моделей, с корректировкой времени (просто можно было поставить компенсацию в размере +-несколько секунд с десятыми долями в сутки), и я добивался этой компенсацией ухода порядка 2 секунды за 3 месяца (проверял на слух, по сигналам точного времени на обычном радио).
Потом читал теорию и выяснил что это как раз и есть теоритический предел для кварца без термостатирования (дальше как раз вылезают температурные эффекты и старение).
А еще потом выяснил практику, оказалось что в суперточных часах просто стоит кварц искусственно состаренный в печке и термостатом поддерживается температура опорного генератора около 70 градусов.
case051 :
Статья замечательная, спасибо!
Все эти вещи я уже знал, но все равно прочитал с удовольствием с начала до конца!
goodic :
эх… жаль ты у нас схемотехнику не вёл… знал бы я сейчас много про резисторы, конденсаторы и прочее, а не про массонов (кто в Бонче учился, тот поймёт)
DI HALT :
Зато у тебя нервы в порядке :))))))) http://dihalt.ru/prepod-iz-ada.html
goodic :
а ты думаешь рассказы о мировом заговоре, чипованных зомби и (естественно) массонах не повлияли на беззащитную, легко ранимую психику будущего радиотехника!? …говори тише, за нами уже следят…
zyxman :
Гугль знает все..
xamillion :
А если обкладки кондёра разной площади, то время зарада-разряда будет одинаковым ?
И расскажи пжлста, как ведут себя электролитические кондёры в переменном токе.
Взрываются 🙂
А точнее, на них нельзя подавать сигнал обратной полярности. Если сигнал однополярный (т.е. с достаточной постоянной составляющей) — то можно.
Насчет неполярных не знаю.
Если обкладки кондера разной площади, то такой кондер примерно эквивалентен кондеру, где обе обкладки такой площади, как меньшая.
zyxman :
С электролитами на переменке не все совсем просто — там есть интересные эффекты, благодаря которым можно кратковременно заряжать обратной полярностью, если перед этим кондер был полностью заряжен в правильной полярности.
Я как-то напоролся на неполярный конденсатор, на который, оказалось, нельзя подавать постоянку. Точнее, «допустимая величина постоянной составляющей» очень мала, существенно меньше номинала предельного напряжения, написанного а корпусе. Это я уже потом в справочнике прочитал. А в то время очень удивился, когда кондёр с грохотом выплюнул заливку выводов… хорошо что в сторону.
DI HALT :
Фигасе. Впервые слышу о таком. А какой тип кондера был?
Если б я помнил 🙁 Это было лет 12 тому как… Вот конструкция в памяти отложилась: корпус — цельный «стакан» из алюминиевого сплава, выводы соответственно торчат в одну сторону и залиты «пробкой» из твёрдого компаунда, на краю корпуса в области компаунда сформованы «вмятины внутрь» для лучшей фиксации этой «пробки». Диэлектрик не помню — вроде не бумажный, бумагу при таких взрывах обычно в клочья рвёт . Номинальное напряжение у них было 50 В, я их поставил в 5-вольтовый простейший блок питания (трансформатор+мост+стабилизатор), так что запас казался большой даже с учетом пульсаций. А оно каааак… Два кондёра — до и после стабилизатора — выстрелили дуплетом. У одного заливка просто треснула, у второго — улетела, оставив выщербину на штукатурке русской печки.
Потом в этой же цепи «обычные» полярные электролиты на 25 В, меньшей емкости — нормально себя чувствовали. Что за справочник — тоже не помню.
О, нашёл один сохранившийся, копаясь в хламе.
К50-6 производства Новосибирского завода «ОКСИД», 1972 год выпуска,
200 мкФ, 50 В. Я его даже сфоткал: http://sharepix.ru/request/eplxca1nxnmcuh8qv7kr1jot6vg142ehq1e4afq9/image54482xs.jpeg.
Про неполярность, кажется, я прогнал. Плюсик на нём стоит. Это в нынешних даташитах на китайские К50-6 они неполярными числятся
— например, http://www.platan.ru/pdf/ec126.pdf — но у них в списке номиналов нет 200 мкФ, только 220. И по размерам мой никак не «миниатюрный» — d=18, L=45 мм Поиск дал некоторое количество теоретических текстов, где К50-6 упоминаются как полярные оксидные. например, http://vicgain.sdot.ru/svradioL/svradioL10.htm Ну ладно, про неполярность я мог загнаться из данных на новые кондёры, но интересно, откуда я взял траву про заниженность допустимой постоянки? И с чего они бабахнули… Полярность я, помнится, всегда старался соблюдать — там где плюсик на корпусе нарисован, к плюсу и цеплять… Про них еще говорят, они очень склонны к высыханию.
tolik.ms :
круто. почитал статейку, будто в сауне поторчал. вникал как мог, много стало понятно 🙂 (кроме некоторых мудрых, и отпугивающих терминов 🙂
Респект. Со времен второго курса уже и забыл про все тонкости, так что приятно вспомнить =)
Но остался один идиотский вопрос: нафига в дифференцирующей цепочке ставить резистор, подключенный к земле?
zyxman :
Потому что считается что у источника бесконечно малое выходное сопротивление а у нагрузки бесконечно большое входное сопротивление, и конденсатор идеальный (также с бесконечно малым активным сопротивлением) и цепь идеальная (нет никаких паразитных активных и реактивных и нелинейных элементов) — и тогда фильтр получается очень слабый, тк конденсатор будет пропускать всю переменку, а с резистором уже все нормально — на НЧ у конденсатора большое сопротивление и с резистором НЧ на выход попадать будет меньше чем ВЧ. И вобщем для лабораторного источника в виде мощного усилителя и осциллографа-нагрузки, и при небольших частотах, цепь и есть близкая к идеальной, а в реальной жизни конечно нужно учитывать и сопротивления источника/нагрузки и в соответствующих случаях реактивные составляющие сопротивлений.
Сергей :
Всё равно не понял ))
А можно водопроводную аналогию?
Такой вопрос, если я ножкой мк генерирую ШИМ, и подключу к ней интегрирующую RC цепочку, у меня будет ровное напряжение?
Т.е. если ШИМ с равными интервалами, и напряжение на мк 5в, то через RC цепочку я получу ровный сигнал в 2.5в? И какие выбирать номиналы резистора/конденсатора? Так, чтобы частота ШИМ
DI HALT :
Частота ШИМ должна быть выше частоты среза (лучше раза так в полтора). Тогда вся переменная составляющая загасится и останется только постоянка
О, получается я могу такую же цепочку подключить к симистору и переменке, и если управлять им ШМом, то на выходе у меня получится ровное напряжение? Только тогда же нужны керамические конденсаторы на > чем 220в, такие бывают? Электролитический ведь не подайдет? И куда заземлять конденсатор?
(Сорри за столько вопросов, я совсем начинающий:))
DI HALT :
А симистором так просто рулить не получится. Он открывать то будет, а закрываться будет только при переходе через ноль
Нет, RC цепочку не между ножкой мк и ключем симистора(еслиб не переменка, туда полевой транзистор можо было бы воткнуть), а между выходом симистора и нагрузкой. Или так тоже не получится?
Ну а симистор открывается-закрывается импульсами с ножки.
DI HALT :
Симистор коммутирует только переменку. А в ней нет постоянной составляющей 🙂 Ну или она незначительная. В итоге у тебя 90% нагрузки уйдет через кондер на ноль, а резистор сгорит нафиг от натуги. И RC цепочка не годится для сглаживания силовых сигналов, только для измерительных-информационных (токи не более 10мА), т.к. в силовых будут чудовищные потери в резисторе (P=I*I*R) , что сводит на нет всю суть метода.
lolportal :
>И RC цепочка не годится для сглаживания силовых сигналов, только для измерительных-информационных Дочитал до этого места и расстроился 🙂 А как сглаживать силовое напряжение ? Например, в выпрямителе.
Вот, первая картинка по запросу в гугле «схема блока питания»,
http://www.ra4foc.narod.ru/hf/other/pic/bp_for_car_audio/1.gif
Диодный мост выпрямляет, а кондеры сглаживают, а как их рассчитывают? Это ведь уже не RC-цепочка.
Может у тебя где-то есть статья на тему, а я прозевал?)
Dmitri :
Поправка на названия: ФНЧ и ФВЧ расшифровываются как фильтры нижних и верхних частот, но никак не низких, высоких. Мне тоже сначала было все равно, но преподам это что-то очень не нравилось. Говорили, что смысл теряется. Короче, грамотность техноречи.
DI HALT :
Нашим преподам было пофиг. Да и сами они говорили «высоких и низких».
5233381 :
А как насчет «Если что то непонятно, то не парься скоро напишу статью про то как прикрутить к микроконтроллеру аналоговую фиговину не используя АЦП. Там подробно все разжую.»
Я одного не пойму в дифференцирующей цепи — у нас входное напряжение и так переменное- зачем нам отфильтровывать постоянную составляющую которой в переменном напряжении нет? И какой смысл из пилообразного входного сигнала получать такой же пилообразный сигнал с помощью РСи?
DI HALT :
С чего ты взял, что входное напряжение диф цепи не может иметь постоянной составляющей?
У меня вопрос :
А если конденсатор и резистор подключить параллельно, чему будет равно время разряда конденсатора?
DI HALT :
Разряда на резистор? Ну как и обычной RC цепи.
Т.е. для последовательного и параллельного соединения резистора с конденсатором постоянная времени T рассчитывается по одной формуле T=R*C, верно?
DI HALT :
Только для последовательного.
BigLeha :
Мне необходимо на вывод подать 0, а минимум через 1 мкс — логическую 1. Время фронта перехода не должно превышать 200 нс. Сколько составляет время заряда конденсатора? Смогу ли я в данном случае использовать RC цепь? Обеспечит ли она необходимое время фронта импульса? Просто очень уж нехочется тратить на вход схемы ценный выход МК, т.к. такой сброс нужно сделать всего лишь раз при включении питания.
DI HALT :
рассчитай да посмотри. Проблема тут в том, что у тебя еще время фронта есть, а у кондера оно будет затянутое, придется еще триггер шмидта ставить (еще один корпус)
BigLeha :
Вопрос не столько в значениях элементов (их посчитать проще простого), а в том, обеспечит ли RC цепь необходимое время нарастания (спада) импульса. Поэтому и спрашиваю — чему равно это время? У меня просто нет осцилографа, чтобы посмотреть. Хотя, такие малые величины могут и не зафиксироваться…
DI HALT :
Ну так это, график изменения напряжения от времени для чего нарисован то? Вот по нему и смотри свои задержки, как у тебя импульс будет себя вести, какие будут фронты и тыды. Время какое надо такое обеспечит, вопрос лишь в номиналах емкостей и кондеров.
BigLeha :
Непонял. Время импульса дано — 1 мкс. Считается просто по формуле. А как определить время нарастания? Если даже по графику — тоже непонятно. Если необходимо достичь напряжения лог 1, которое составляет 2В (40% Uпит). Максимальное время фронта = 200 нс, что составляет всего лишь 20% от времени задержки… При линейном нарастании вроде как не обеспечивает эта цепь необходимых параметров… Но ведь зависимость не линейная, а значит есть шанс… Хотя выше писалось, что это время не зависит от напряжения питания и данных конденсатора. Тот же вопрос — как посчитать время, за которое конденсатор зарядится? Или я что-то недопонимаю?
Мне и раньше тяжко давались RC цепи, вернее, вообще не понимал. Тут хоть немного въехал, но видимо не совсем еще…
DI HALT :
Перечитываем еще раз: «В этом случае скорость заряда конденсатора будет зависить от сопротивлений в цепи и емкости кондера, а сам заряд будет идти по экспоненциальному закону.» и там же, в этой же статье: «А у этого закона есть пара характерных величин:
Т — постоянная времени, это время при котором величина достигнет 63% от своего максимума. 63% тут взялись не случайно, тут прямая завязка на такую формулу VALUET=max–1/e*max.
3T — а при троекратной постоянной значение достигнет 95% своего максимума. Постоянная времени для RC цепи Т=R*C.» И в чем проблема? У тебя есть закон, есть все его параметры (Нужное время, любая емкость и любое сопротивление). Какая проблема вычислить нужное тебе?
BigLeha :
У меня времени 2 штуки, а набор из резюка и кондера — один. Вопрос не в том, как посчитать, а какое время использовать для расчета.
У меня Т = 1 мкс ? Через время Т он зарядится до 63%. А лог 1 наступит при 40%. Следовательно, небходимо, чтобы он «держал» землю 40% времени Т, что приведет к увеличению значения Т до 1,64 мкс. Тогда у нас как раз через это время на выводе будет необходимое для переключения в лог 1 время.
С другой стороны имеется «крутизна фронта» (200 нс), в данном случае это время заряда кондера, которая тоже получается Т. Даже если предположить, что при 63% у нас уже кондер не будет пропускать через себя ток, т.е. обеспечит уровень 1, то мы имеем две штуки Т, а цепь резистора и кондера — одна…
Или получается так, что при разряженном кондере на ноге будет 0, через 40% заряда — уже 1. Соответсвенно, мне необходимо, чтобы кондер набирал свои 40% заряда за 1 мкс. (длительность удержания 0), но делал это не быстрее, чем за 200 нс.
Моск взорван…
DI HALT :
Ну так я тебе и сказал, что если тебе надо выдержать крутизну фронта, да еще ширину импульса, то нужен триггер шмидта. Конденсатор задаст длительность импульса вообще, а триггер шмидта даст тебе быстрый фронт.
BigLeha :
Хотелось отделаться малой кровью… Придется микруху еще одну ставить. Хотя, зачем целую микруху? Ведь можно, наверное, на транзисторах его собрать. Если применить смд — тогда вообще мало места это займет… 🙂
zyxman :
Чтобы два времени одной цепочкой сделать, можно диод поставить- у него в одну сторону сопротивление Мегомы, а в другую на малых токах меньше единиц Омов.
Ну грубо говоря можешь сделать чтобы цепочка заряжалась через одну пару диод-резистор а разряжалась через другую, вот и будет тебе два разных времени. А триггер Шмидта все равно поставь на выходе и не спорь с Хальтом.
Шмидт там нужен потому что обычно входы цифры отрабатывают на каком-то пороге, который находится примерно между 40% и 63% (потому это и называется зоной неопределенности).
И пока у тебя будет напряжение плавно расти/спадать, не раз и не два прийдет наводка, превышающая разницу между текущим «неопределенным» уровнем и уровнем срабатывания входа, и твоя схема каждый раз будет на это реагировать. PS триггер Шмидта конечно можно из смд собрать, но ведь можно и счетчик, так собери лучше счетчик, и напиши про это статью 😉
BigLeha :
Время нарастания импульса — это не время его длительности. Вопрос немного не в этом был. А как там поставить диод? Мне не нужна генерация, мне нужен всего 1 импульс при старте. И все.
По поводу Шмитта. Как думаешь, проще поставить еще один корпус микросхемы и давать ему питание, он будет жрать ценные мА из источника, или поставить всего 2 транзистора и пару резюков? Тем более, что работа триггера нужна будет всего лишь малое время при включении. А питание на микруху нужно подавать постоянно… Мне почему-то кажется второй вариант более предпочтительней. Только вот кто мне бы еще подсказал, как рассчитать эти самые резюки. Ведь именно они задают параметры переключения.
А еще лучше — сделать ждущий мультивибратор на 1 транзисторе, срабатывающий на фронт, и его вход повесить на питание. Тогда при включении он обеспечит необходимую задержку… 🙂
and_master :
Привет автор! Решил в мультисиме так сказать получше изучить RC-цепочку. Почему когда в процессе заряда отключаешь ключом источник, то и на кондере есть напряжение и на последовательном с ним резисторе? И еще, вы говорите, что при наличие напряжения на кондере отсуствует ток и наоборот. Опять же в мультисме, при зарядке так оно и есть — максимальный ток-минимальное напряжение, а вот при разрядке, когда на кондере напяжение в первый момент времени идет максимальный ток. Соответственно вначале разряда на кондере максимальное напряжение и через него идет максимальный ток, а значит выделяется мощность. Объясните пожалуйста в чем тут ошибка.
DI HALT :
Чето не понял в чем проблема то? Так и должно быть — при разряде, когда напряжение максимальное на кондере через него идет максимальный ток. Т.к. кондер в этом случае играет роль источника с очень малым собственным внутренним сопротивлением.
and_master :
Прошу прощение за дурацкие вопросы, но вроде вы говорили, что на кондере не расходуется мощность, поэтому его можно использовать, например, в частотном делителе, для понижения напряжение, допустим с 220 до 5В. Получается, что в данном случае кондер — это такая же «грелка» как и резистор.
DI HALT :
Она расходуется, но в разы меньше. Когда кондер просто был заряжен и разряжается на резистор, то все его напряжение высаживается на резисторе, а т.к. его внутреннее сопротивление в этот нулевое, то на нем падения и не будет. Он в этот момент ведет себя как источник напряжения, выдавая максимально возможный ток для его нагрузки. Потом вся мощность рассеится на резисторе и упадет и напряжение и ток. При работе на переменном токе ситуация несколько иная. Тут кондер играет роль нагрузки, т.е. он вначале заряжается, потом перезаряжается. А напряжение все высаживается на сопротивлении цепи (даже если его нет явно, оно всегда присутствует в виде проводов или сопротивления источника).
Собери сам RC цепочку и подай на нее переменный ток. Поставь токовый шунт и подключи его к осциллографу. Другой конец осциллографа подключи так, чтобы мерять напряжение на кондере. Напруга с шунта будет показывать форму тока, напруга с кондера — форму напряжения. Увидишь там сдвиг по фазе 90градусов. Т.е. максимуму тока будет минимум напряжения и наоборот.
[B]DI HALT[/B], на этой картинке:
[IMG]http://easyelectronics.ru/img/starters/RC/capwork2.gif[/IMG]
У осциллографа надо не XY, а Y1 b Y2. IMHO
Блин, думал прокатит.. =)
Кстати, какие теги пролезут в коммент?
Могу, конечто, проэкспериментировать, но неохота захламлять. PS: тег CODE точно работает. Советую его юзать. Красивый подсвеченный код выходит в браузере.
DI HALT :
Мухахаха. Нет, не работает. Я его удалил и заменил своим тегом на базе pre но пользователи его не могут вставлять в комменты. только я.
Я где-то уже вставлял. И работало. Причём сегодня, кажется.
DI HALT :
Оно работало потому что я твой коммент ручками подправил 🙂
Понял, отстал. =)
DI HALT :
В комментах не работают тэги
DI HALT :
А где ты там вообще увидел ХУ ?
Да, ступил. Вот тут:
http://easyelectronics.ru/img/starters/RC/oscill.GIF
DI HALT :
а ну это из мультисима. Не стал менять.
dundich :
Уважаемый DI HALT!не могли бы просветить меня вот в каком вопросе. В каком случае используют полярные конденсаторы, о в каком неполярные? Вот, например, на выходе диодного моста обычно рисуют полярный конденсатор для сглаживания пульсаций. В этом случае обязательно ставить полярный конденсатор или можно обойтись простым?
zyxman :
Все просто — там где в цепи полярность не изменяется — обычно ставятся полярные, а там где полярность изменяется — конечно приходится ставить неполярные. Вообще было-бы замечательно всегда и везде ставить для удобства неполярные конденсаторы — меньше шанс впаять неправильной полярностью.
Но вся проблема, что неполярная емкость обычно дороже полярной, поэтому там где нужна БОЛЬШАЯ емкость, приходится ставить полярные конденсаторы.
dundich :
теперь понятно, спасибо!
zyxman :
Не за что! 🙂 Еще вот вспомнил: возможно вы никогда с этим не столкнетесь, но на частотах выше килогерца уже начинаются нюансы в зависимости от технологии конденсатора.
Например, у дешевых электролитических очень большая индуктивность, и поэтому его емкость может не быть полноценно использована.
Поэтому вы увидите в схемах ставят по несколько маленьких электролитических конденсаторов (вместо одного большого), и также на выходах стабилизаторов напряжения часто ставят параллельно электролитический и несколько керамических малой емкости.
dundich :
ааааааааааа….я видел много параллельно подключенных конденсаторов, но думал, что это для получения большей емкости из-за того ,что нет просто в наличии кондера с большим номиналом. А оно оказалось все намного хитрее))) А еще созрел вопрос. в каком случае лучше ставить электролитический, а в каком керамический конденсатор?
zyxman :
Вообще керамический лучше по всем параметрам, кроме цены 🙂
Но когда хватает параметров электролитического, то естественно лучше ставить его, потому что так дешевле 😉 Вот конкретно электролитического хватает для линейных стабилизаторов (КРЕНки);
для выхода с диодного моста, выпрямляющего 50-60Гц уже очень желательно ставить параллельно электролитическому несколько керамических;
для сглаживания на выходе импульсного преобразователя (или высокочастотного), уже лучше ставить керамику, хотя есть специальные «низкоимпедансные» электролитические — например на материнках в преобразователях ставят как раз «низкоимпедансные», а вот в промышленном оборудовании там часто ставят керамику, потому что электролитические все без исключения со временем высыхают а керамические практически вечные. Ну естественно, в радиочастотных схемах уже ставят керамику, бумажные и воздушные.
dundich :
благодарен за исчерпывающий ответ.
hohotushka :
а у меня вот такой вопрос.
Почему при RC фильтре на выходе пилообразная кривая, а при CLC синусоидальная ?
DI HALT :
Так пила еще раз фильтруется и получается синус.
hohotushka :
аааа..) ну спасибо )
and_master :
Привет Ди! Не могу прояснить для себя такую вещь. Зачем в цепь питания параллельно нагрузке ставят конденсатор без резистора. Любая просадка полностью отразится на нагрузке в силе параллельного подключения. Как конденсатор без резистора помогает в этом случае? С резистором все понятно, но в этом случае уменьшается мощность источника…
DI HALT :
Конденсатор способен в импульсе отдать большой ток. Поэтому он позволяет избежать просадок при импульсном потреблении больших токов. Например при зарядке затворов мощных полевиков или пусковых токов двигателей. Т.е. напряжение конденсаторе в принципе не может мгновенно измениться. Затем он и нужен.
and_master :
Возьмем конкретный пример. Пусть есть мощный источник U = 12В с внутренним сопротивлением r. К источнику подключена нагрузка R, причем R>>r, то есть величиной r можно пренебречь. Параллельно нагрузки включаем конденсатор емкостью C. В установившемся режиме неожиданно на источнике напряжение проваливается до 8В и снова восстанавливается до 12В. Напряжение на нагрузке изменится также в силу параллельного включения. Как поможет в данном случае параллельный конденсатор.
DI HALT :
У источника внезапно напряжение упасть не может. Как ты себе это представляешь? Напруга может упасть только в том случае если потребитель в себя резко всосет тока и много напряжения высадится на внутреннем сопротивлении источника. Тут кондер его и подпитает, удержав напряжение, послужив идеальным источником ЭДС с предельно малым внутренним сопротивлением. Если же, предположим, напряжение на источнике резко провалится (скажем батареи переключили с 12 на 3), то кондер станет источником и вкачает ток в батарею, сделав ее еще одним потребителем. А напряжение в момент переключения будет тем напряжением, что на кондере было в установившемся режиме.
and_master :
То есть при провале напряжения на источнике избыточное напряжение на кондере упадет на внутреннее сопротивление источника, так? Тогда каким образом можно регулировать время переходного процесса в этом случае, только величиной емкости?
DI HALT :
И там в том числе. + на нагрузке. Только величиной емкости.
zyxman :
Можно еще ширину дорожки побольше сделать, или вообще вместо дорожки толстый провод положить.
zyxman :
Просто на высоких частотах (мегагерцы и выше, да и на килогерцах вобщем тоже) уже сопротивление проводника очень существенно растет, потому что во первых действует поверхностный эффект (скин-эффект), а во вторых начинают существенно влиять паразитные емкости и индуктивности (между параллельными дорожками есть и емкость и индуктивность).
Вот конденсатор спасает тем что он отдает заряд во время пиков потребления, а затем между пиками неторопливо потягивает из источника.
and_master :
DI HALT декабря 29, 2010 at 14:19
И там в том числе. + на нагрузке. Только величиной емкости. То есть в контуре источник — конденсатор — внутреннее сопротивление получит весь избыток напряжения. А источнику каково от этого, из строя не выйдет? И еще. Если время переходного процесса регулируется только емкостью и учитывая, что постоянная времени равна r*C, то при очень малых r (внутр. сопр. ист.), что в общем случае наблюдается, конденсатор почти мгновенно будет отдавать излишек потенциала при просадке. Так ли это?
zyxman :
Идеальный конденсатор будет отдавать заряд мгновенно, но ничего идеального в мире не существует — у конденсаторов есть и активное сопротивление и реактивное, причем оно возникает не только от особенностей конструкции (например у электролита смотанные в рулончик обмотки обладают заметной индуктивностью), но также есть и особенности диэлектрика (у каждого диэлектрика, кроме пожалуй вакуума (воздуха), есть несколько завалов на разных частотах).
Вот по совокупности и выходит, что реальный конденсатор не отдаст заряд мгновенно.
zyxman :
> внутреннее сопротивление получит весь избыток напряжения. А источнику каково от этого, из строя не выйдет? Вы нормально в школе учились? Про закон сохранения энергии слышали?
— Это который говорит, что ничто из ниоткуда не возникает и вникуда не пропадает 😉
Так вот конденсатор это НЕ ГЕНЕРАТОР, а НАКОПИТЕЛЬ энергии.
И фактически, конденсатор только лишь помогает источнику отдавать пиковые нагрузки и делать более гладкой кривую потребления, но нет такого чтобы вдруг из конденсатора на вход источника поперла энергия. И кроме того, практически все источники тока хоть в какой-то степени стабилизированные, то есть у них напряжение на выходе за реальный промежуток времени может уменьшиться только на величину падения на внутреннем сопротивлении. Хотя вообще есть частные случаи, когда случается, народ ставит после стабилизатора конденсатор значительно больше чем перед ним, а схема потребляет меньше чем сам стабилизатор, а стабилизатор сделан так что потребляет только из части схемы перед стабилизатором, тогда при отключении внешнего источника тока может случиться, что перед стабилизатором напряжение упадет быстрее чем после стабилизатора и в итоге оказывается отрицательный перепад напряжений между входом и выходом стабилизатора и стабилизатор оказывается в нерасчетном режиме и может пробиться и сгореть.
Вот конкретно такая проблемка у широко распространенных КРЕН5, они-же ЕМНИС LM05, но к сглаживанию пиков прямого отношения не имеет.
DI HALT :
Может выйти из строя. Если не расчитан на такое. Ключевое слово почти. Конденсатор это не батарейка, он работает в мгновения.
and_master :
«- Это который говорит, что ничто из ниоткуда не возникает и вникуда не пропадает 😉
Так вот конденсатор это НЕ ГЕНЕРАТОР, а НАКОПИТЕЛЬ энергии.
И фактически, конденсатор только лишь помогает источнику отдавать пиковые нагрузки и делать более гладкой кривую потребления, но нет такого чтобы вдруг из конденсатора на вход источника поперла энергия.» Мне кажется, что вы меня не так поняли. Я говорю о ситуации просадок не когда отдаются ПИКОВЫЕ НАГРУЗКИ, А САМ ИСТОЧНИК начал отдавать меньше напряжения. Как это может быть. Ну например, батареи переключили, ну или еще что-либо произошло с самим источником.
Причем тут закон сохранения.
zyxman :
Если в такой ситуации источник может сгореть, это проблемы такого источника.
А есть какая нибудь разница между керамическим и импортным плёночным?
И нужно ли различать полярность у плёночных??
DI HALT :
Разное значение паразитных активных и индуктивных параметров. Нет они неполярные.
А можно менять керамические на плёночные в схеме?
DI HALT :
Обычно можно. Главное чтобы напряжение максимальное соответствовало. Пленочные обычно на выскоие напряжения расчитаны, а керамика часто до 50 вольт всего.
stream :
Прошу прощения за не понимание свое, но мучает вопрос для чего в RC цепочке резистор.
Регулировать время заряда конденсатора?
DI HALT :
Вот именно для этого он там и стоит.
stream :
Тогда прошу прощения еще раз за не понимание, может еще глупее вопрос, ведь если это фильтр, то на выходе нагрузки из- за резистора будут потери по напряжению…. И если можно примеры приведи для чего регулировать время заряда
Благодарю
DI HALT :
Перечитай чтоль статью еще раз. Там все формулы расчета есть.
zyxman :
И время разряда тоже. PS Вообще-то ничего идеального в мире не существует. И даже у самого лучшего конденсатора есть и активное сопротивление и даже индуктивность. Так наверное-же лучше поставить в схему заранее рассчитанное и предсказуемое сопротивление, чем ждать чего там образуется само.
stream :
Благодарю Вас, что ответили и не послали в статью, статью я перечитаю и не раз, но все же иногда вопрос ответ, дает более лучшее понимание некоторых вопросов. 🙂
Если Вас не затруднит, поясните все же на примерах для чего регулировать разряд заряд данным резистором?
zyxman :
В электронике часто нужно сделать цепи, имеющие частотно-зависимые характеристики, которые будет хорошо пропускать одни частоты и плохо пропускать другие.
Это можно сделать чисто реактивными элементами — классический резонансный контур это параллельно либо последовательно соединенные конденсатор и катушка индуктивности.
Но неудобство чисто реактивного резонансного контура в его нетехнологичности — катушку сделать и главное рассчитать сложнее чем резистор, в то же время RC цепочка тоже имеет частотно-зависимые характеристики, вот поэтому там где возможно часто применяют RC цепочки.
stream :
Вот смотрю на график в данной статье, где на RC цепочку подается «пила» сигнал, с точки зрения математики когда изменение функции константа тут понятно, но не могу срубить физически, когда поднимается сигнал плавно, кондер заряжается и пропускает ток, так? Идем дальше т.к. сигнал плавно растет, он же и на выходе должен рости, а у нас получается ровный цифровой 1.
Как то сможете пояснить этот момент на практике, а не математически? Благодарю.
stream :
Т.е. откуда взялась высокая 1 на выходе, при слабо поднимающемся еще сигнале на воде? 🙂
stream :
Т.е. откуда взялась высокая 1 на выходе, при слабо поднимающемся еще сигнале на входе? 🙂
DI HALT :
Грубо говоря, по мере заряда конденсатора его сопротивление меняется от 0 (полностью разряжен, считай что КЗ) до обрыва (полностью заряжен). Вот и получается, что пила наростает линейно, а ток (а от этого тока по закону ома зависит напряжение на резисторе) остается постоянным. Ну и получается у нас прямоугольники напряжения на выходе.
stream :
Благодарю. Так понятнее 🙂 Вот вопрос, если мы уберем резистор, что будет на графике?
stream :
Благодарю. Так понятнее 🙂 Я как бы сразу понял по статье про темы КЗ и обрыва на кондере в моменты разряда, заряда, просто представил физически, Если он пропускает все при зарядке, то и на выходе должно быть столько, сколько на входе и если на входе растет, то и на выходе растет, вот меня и смутило все это… 🙂 Вот вопрос, если мы уберем резистор, что будет на графике?
DI HALT :
Если мы уберем резистор на графике будет 0
DI HALT :
Представь кондер как резиновую мембрану, стоящую поперек трубы. Давление наростает, мембрана растягивается, но по закону Гука для упругих тел, чем сильней ее растягиваешь, тем больше она сопротивляется, так и тут. А с ростом давления (напряжения) вытесняемый обьем, который создает движение воды (ток) остается константным. До тех пор пока мембрана не растянется настолько, что остановит поток. А если поток начнет ослабевать, то пойдет обратно
stream :
Если мы посмотрим на графики выше, где они разбиты по участкам 1, 2, 3, 4
На участке 1 ток постоянен, идет нарастание потенциала, хорошо согласен, на участке 2 тоже идет на растание, но уже резче, но и ток уже изменился, т..е. мне уловить вот это момент нужно, получается если потенциал нарастает равномерно, то ток постоянен, стоит ему резко изменить на повышение, тогда только ток повысится, т.е. если равномерно растет, т.е. все же растет, то ток не изменится, а если резко начнет рост, то и ток изменится.
DI HALT :
Производные в школе проходил? Вот это оно и есть. Там же в статье написано:
>А дифференцирующей цепью ее называют потому, что на выходе у нас получается дифференциал входной функции, который есть не что иное как _скорость_изменения_этой функции_. Производная линейной функции = константа. Потенциал наростает быстрей — больше ток через конденсатор — больше напряжение на нагрузочном резисторе.
stream :
Я же написал с позиции математике все понятно, тут дело в физике вообжажения
DI HALT :
С позиции воображения тоже все просто. Представляешь себе приращение функции и все 🙂 Хотя людям с гуманитарным складом ума может быть туго, даа. =)
DI HALT :
Опять же выше я привел пример с мембраной поперек трубы. Он тут обьясняет все наглядней некуда.
zyxman :
С физикой все просто.
Представь гидравлические эквиваленты:
резистор это сопротивление, а конденсатор это емкость, а напряжение это уровень воды.
Или другими словами — конденсатор это ванна, а резистор это насколько открыт кран.
Единственный нюанс, что в электронике кран подведен к ванне снизу, то есть через него вода может и наполнить ванну и освободить ванну.
Да, и еще, уровень воды в емкости из которой будет заполняться ванна равен максимальному уровню воды в ванне, а вытекающая вода вытекает прямо на землю и получается бесконечная емкость. Так вот, если кран открыт сильно, то ванна наполнится быстро, а если кран открыт слабо, то ванна будет наполняться/освобождаться медленно. Теперь усложним ситуацию: у нас на входе поступает не постоянное давление а переменное, идущее с некоторой частотой — просто переключаем вводы попеременно на большую емкость и на землю — так вот, чем меньше частота, тем полнее будет заполняться ванна.
То есть при совсем малой частоте ванна может быть заполнена полностью и полностью-же освободится, а при росте частоты постепенно максимальный уровень будет уменьшаться.
stream :
Все это про воду понятно 🙂
Могу сказать образование у меня не гуманитарное 🙂
По детсву паял и чини радиоаппаратуру, просто не вдавался на глубокий уровень электронов тогда, для меня было проходит через диод в ордном направлни напряжение, транзек, как ключ и т.д. щас вот чтото потянуло те дебри опять спуся лет 20 и уже на более низком уровне с формулами стало интересно, вот и дотошно пытаюсь понять.
Что именно я не понимаю. Берем график, где разделено на участки, на 1 участке ровно растет напряжение, ток постоянен, как написал автор, на 2 участке ток повышается, при резком ускорении повышения ток, так вот не понятно, почему ток медленно не повышался на 1 участке, ведь напряжение то росло, а тут просто резко изменился рост напряжения и отсюда изменился ток, про математику там все эти функции понятно, там обычная зубрежка, если постоянно, то константа, а я про реальный полет электронов, если есть тема, что при росте напряжения не растет ток, то почему он будет рости, при резком росте напряжения, вот этот момент как то я не уловил…
Возможно достал вас, но уж простите, може не так формулирую вопрос
stream :
«при резком ускорении повышения ток,» тут опечатка имел ввиду при резкмо повышении напряжения на участке 2
DI HALT :
Итак. Ишо раз, на пальцах. Труба. Поперек перегородка резиновая. ИДеальная — т.е. тянется бесконечно, но чем больше растягиваем тем сильней она сопротивляется. Равно как в конденсаторе поле. Чем больше мы туда зарядов набиваем повышая напряжение, тем сильней оно сопротивляется и выталкивает их обратно, но затолкать можно бесконечно много. Считаем что кондер не пробиваемый вообще. Движение жидкости/зарядов это ток. Неважно какое напряжение/давление. Если движения нет, то тока тоже нет. В каких условиях может быть ток при наличии мембраны/поля? Только в одном случае — если давление/напряжение постоянно растет. В этом случае мембрана непрерывно растягивается/поле усиливается. Если наростание напряжения остановить, то напряжение со стороны источника энергии будет полностью компенсировано напряжением поля конденсатора. И тока не будет. Все! Чем быстрей изменяется давление/напряжение, тем быстрей растягивается мембрана/заполняется кондер новыми зарядами. И тем больше ток в проводах Что тут непонятного?
stream :
Да все это я понимаю…. 🙂 Вы мне скажите, если на том графике участок (1) с постоянной растущей напряжения не менять, вырастит ток современем дальнейшего заряда?
DI HALT :
В смысле не менять? Не менять динамику роста напряжения? Или прекратить рост напряжения и держать его на постоянном уровне?
stream :
Если смотреть на тот график, убрать участок 2 и первый участок дойдет до 3, ток так и будет до всего третьего участка постоянный?
DI HALT :
Да. Разумеетя. А на участке 3 обвалится в ноль. Т.к. сквозь конденсатор постоянный ток не ходит, только переменный.
stream :
Вот все это я понимал еще в начале беседы, мне все же не поянтно, от чего если вверх идет рост напряжения, но постоянно, но все же ростет, ток постоянный, а вот если резко выростит напряжение, как на участке 2, то все же и ток выростит, ну ни как не могу понять, ведь рост напряжения идет и в том и в другом случае
Или Вы хотите сказать, что за тот же промежуток времени от 0 до участка 3 при увеличении скорости влезет больше напряжения и из- за этого увиличися ток? Т.е. его не сможет влесть столько за тот же промежуток времени, при длинном до конца 3 учаска?
DI HALT :
в первом случае напряжение растет медленней! ВОт и вся разница. Ток через конденсатор зависитот от СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ напряжения на нем. Чем быстрей напряжение меняется, тем больше ток. Обьяснение почему я приводил двумя комментами выше.
stream :
Вот теперь ясно, т.е. есть закон, что ток проводящий конденсатором зависит от скорости изменения напряжения, а не от велечины напряжения, так я понял?
DI HALT :
ну слава яйцем. Я об этом уже раза три или четыре сказал.
DI HALT :
С математикой у вас тоже проблемы. Т.к. судя по «про математику там все эти функции понятно, там обычная зубрежка, если постоянно, то константа» Вы ее только зубрили, не пытаясь понять смысла. Т.к. именно из математической модели конденсатора (диф звено) становится понятно его поведение и то, что ток через него течет исключительно в зависимости от быстроты изменения (производная — скорость изменения функции)
stream :
Я ее даже не зубрил и да признаю честно проблемы!
DI HALT :
Ну так а чего тогда утверждаете, что с математической точки зрения вам все ясно и пояснений не требуется?
stream :
Спасибо Вам за пояснение!
И что раздражаю Вас.
Я кстати понял одну вещь, писать книги должны одни люди, которые могу это хорошо делать, а вот учить другие, которые хорошо могу до нести сдержанно информацию. Не пересакается это как практика показывает
stream :
Поэтому и пытаюсь во все вникнуть, если Вас это раздражает, то так бы сразу и сказали…
Ничего лично, Ваши статьи тут полезные и интересные, но как дискусия чтоб больше вникнуть при нипонимании, тут уж простите общий язык с Вааи сложно найти
stream :
Еще раз простите, что отнял у Вас столько нервов и времени.
SergeyZ :
Здравствуйте, Di Halt!
Пожалуйста, уточните: при ступенчатом заряде конденсатора (например в два «присеста»),начиная уже с достигнутого промежуточного напряжения за время Т напряжение достигнет 63% от конечного заряжающего U, или U(конечн)-U(промежут)? По графику, что-то не понятно.
DI HALT :
63% от высоты ступеньки.
shekn-itr4 :
Вопрос о конденсаторах.
Купил светодиодный дюралайт (гирлянда) для освещения комнаты. Обнаружился стробоскопный эффект. Стал разбираться, выяснилось, что гирлянда работает от 220 вольт, а адаптер, который к ней прилагался — это всего лишь диодный мост и больше ничего. Стало быть, отражает отрицательные полупериоды вверх, и гирлянда питается пульсирующим напряжением типа: /\/\/\/\/\ (100 Гц). Решил подсоединить конденсатор параллельно нагрузке для сглаживания импульсов (на выходе диодного моста). Пришлось соединить параллельно 3 конденсатора 680 uF x 250 V, получив таким образом батарею 2040 uF x 250 V. Стробоскопный эффект исчез, но гирлянда засветилась ярче. Стал мерить напряжение — 280 вольт. Хотя БЕЗ конденсатора получалось 220 (ну или максимум 230) вольт, как положено. Откуда могли взяться 280 вольт?
Понятно, что переменный ток в своем амплитудном значении достигает величины, бОльшей, чем 220 V (не знаю, сколько именно, но пусть, скажем, 320). Я думал, что конденсатор, как пассивный элемент, сглаживая импульсы, (в силу закона сохранения энергии или чего-то вроде этого) даст выровненную кривую, которая является неким усреднением исходных пульсаций, т.е. именно ту величину, которой принято характеризовать переменное напряжение (несколько ниже пикового значения), стало быть — 220 V.
Возможно предположить, что в силу малой мощности нагрузки, конденсатор разряжается незначительно и именно это является причиной повышенного напряжения. Но ведь, если предположить, что нагрузки НЕТ, конденсатор заряжен до некоторого значения, и тут напряжение снижается до нуля (т.е. точка на графике между двумя соседними горбами), то раз потенциал в сети в этот момент нулевой (ну или почти нулевой, главное — НИЖЕ текущего заряда конденсатора) — значит, конденсатор будет пытаться разряжаться через СЕТЬ? А, стало быть, даже без нагрузки, пульсации будут иметь место, просто они будут едва заметны.
Я очень плохо соображаю в электронике (в силу её непостижимости, пусть субъективной), и мои вопросы могут показаться наивными, но непонятно, откуда всё-таки взялись эти 280 V. Как могло произойти так, что конденсатор зарядился до напряжения, близкого больше к пиковому, чем к номинальному. Это, если умозрительно судить, противоречит моделям закона сохранения энергии.
Ваш материал — самый понятный из всех, что мне доводилось читать, однако электроника — такая сложная вещь, что лично для меня остается всё же масса непонятных вопросов в этой области. И этот — лишь один из них. )
DI HALT :
Ну во первых диоды жрут мало и кондер реально мог накидаться до амплитудного значения (максимум горба). Которое как раз будет около 280 вольт. А конденсатор через сеть разряжаться не будет — диоды моста не дадут. Тут еще вопрос в том, что замерял мультиметр. Дешевый электронный за 150р много там не намеряет 🙂 Нужен с TrueRMS или стрелочный.
shekn-itr4 :
Спасибо за ответ! Так что, получается диодный мост во всём виноват? А если бы его не было, (чтоб было понятнее: пусть источник питания УЖЕ выдает только положительные полупериоды, как после моста) — тогда всё было бы так, как я и ожидал? Или всё не так просто (например, скажем, конденсатор не успевал бы разряжаться через сеть, может ли такое быть?)
Но у меня возник еще один вопрос по конденсаторам.
В тексте значится: «…Теперь смотри, когда шарик пуст — вода втекает свободно, большой ток, а давления еще почти нет — напряжение мало…». Давления ПОЧТИ нет или его СОВСЕМ нет? Ведь если мы представим себе, скажем, резиновую грелку, то она имеет определеный объем, и мы можем лить в неё воду свободно, не испытывая сопротивления стенок, до тех пор, пока она не заполнится, дальнейшее же увеличение объема воды в грелке будет происходить засчет пересиливания сопротивления упругих стенок. В этом случае следует, наверное, трактовать ЕМКОСТЬ конденсатора как объем сосуда, при котором он заполняется, НЕ оказывая сопротивления току. Так ли это?
Но если давление ЕСТЬ, просто оно пренебрежительно мало в начале зарядки конденсатора (резинового шара точнее), тогда получается, что ЕМКОСТЬ — это нечто другое. Тогда нам следует представлять не грелку, а резиновый воздушный шарик, который имеет почти нулевой внутренний объем, когда он сдут. Но резиновый шарик можно наполнять водой сколько угодно, пока он не лопнет. Стало быть, ЕМКОСТЬ шарика определяется ПРОЧНОСТЬЮ его стенок. Но ведь прочность стенок сосуда сопоставляется в модели с рабочим напряжением конденсатора, которое он способен выдержать. Выходит, что емкость конденсатора — это как бы не самостоятельный параметр, а она тесно взаимосвязана с его рабочим напряжением? В этом случае я совсем запутался )
Так как же тогда трактовать эти понятия: емкость конденсатора и его рабочее напряжение?
DI HALT :
Конденсатор размажет пульсации и сгладит их. Но лишь в том случае если он будет успевать подзаряжаться быстрей чем разряжаться. Т.е. источник должен быть мощней потребителя. Напряжение там спадает по экспоненте. А экспонента, из математики, никогда не будет равна нулю. Она будет к нему бесконечно стремиться. Также и с конденсатором. Хотя нет, половину электрона мы не отмерим, дискрета все же есть 🙂 Вообще ЕМКОСТЬ та что в фарадах это конкретная величина. Фарада — емкость проводника, потенциал которого повышается на один вольт, если на этот проводник поместить заряд в один кулон. И Тут она завесит ТОЛЬКО от геометрии конденсатора. НО! Теоретически, в идеальный конденсатор можно вкачать бесконечно большой заряд (напряжение тут тоже уйдет в бесконечность при этом). Реальный конденсатор же имеет пробивной предел по напряжению. А величина его заряда ограничена предельным напряжение обкладок. ВОт и получается, что конденсатор с большим значением емкости может захавать больше заряд без существенного повышения напряжения.
shekn-itr4 :
А насколько быстро заряжается конденсатор? Зависит ли время зарядки от емкости конденсатора, или же оно зависит от приложенного напряжения?
И еще, я заморочился с таким вот вопросом. Это, опять же, по поводу моей светодиодной гирлянды и кондера, который я врубил параллельно ей. Итак, напряжение получилось высокое – 280 V, в то время как без кондесатора оно составляет 220 V (согласно замерам). Я включил в цепь амперметр, перед диодным мостом, и его показатели были таковы: с конденсатором, при 280 V – 200 mA, без него, при 220 V – 72 mA. Я захотел ограничить ток, протекающий через гирлянду, при включенном параллельно конденсаторе, до 72 mA. Но как это сделать? Если подключить резистор, то он ведь будет потреблять лишнюю энергию и тупо греться (кстати, об этом я тоже хотел спросить, но я задам вопрос в соответствующей рубрике). Прочитал в одной статье, что можно применить конденсатор в качестве сопротивления переменному току, тогда он, мол, являясь реактивным сопротивлением, не будет жрать мощность (надо ли это понимать так, что этот подход позволит избежать увеличения энергопотребления по сравнению с использованием резистора?) Дай, думаю, включу перед мостом кондер. И вот, хочу спросить, правильно ли я рассуждал, рассчитывая емкость конденсатора (да, кстати, и вообще – будет ли это работать, если потом, после кондера, это все выпрямляется диодами и другим кондером, или же это не имеет значения?).
1) Я решил сначала представить, будто я собираюсь подключить резистор, и вычислить его сопротивление, а потом резистор заменить конденсатором, рассчитав на основе найденного сопротивления требуемую емкость.
2) Если кондер действительно заряжался до амплитудного напряжения, то надо снизить сетевое напряжение до такого, у которого амплитудное будет 220 V. Я делю 220 на корень из двух и получаю 156 V.
3) Требуемый ток известен: он равен 0.072 A. Значит, такой же ток должен течь и через резистор. Падение напряжения на резисторе, которое равно 220-156=64 V, я разделил на этот ток и получил сопротивление в 895 Ом.
4) На основе этого сопротивления я рассчитал емкость конденсатора, который следовало использовать вместо резистора, по формуле Xc=1/wC, откуда C=1/wXc=1/100piXc=3.5 mF. Итак, получилось 3.5 mF.
Однако, во-первых, если 220 V – действующее напряжение в сети, то амплитудное должно составлять 311 V, что говорит о том, что кондер заряжался меньше, чем до амплитудного значения. В этом случае, возможно, мне следовало вычислить отношение чисел 220 / 280 и умножить на полученный коэффициент 220 V, получив при этом 173 V.
Во-вторых, подводный камень может скрываться в формальной подмене реактивного сопротивления конденсатора активным сопротивлением резистора в части рассуждений, что, скорее всего, некорректно.
DI HALT :
От емкости. Емкость, как параметр, это то как зависит напряжение от вкачаного заряда. Чем больше емкость тем больше можно вкатить заряда при равном напряжении. Т.е. кондер в этом смысле можно представить как стакан с бесконечной высотой. Уровень воды — напряжение. А площадь основания — емкость. Т.к. высота бесконечна, то в любой стакан можно вкачать любой заряд, просто у менее емкого будет выше уровень напряжения. В реале же конечно кондер ограничен по напряжению. Т.к. при определенном его значении будет пробой и кондер сломается 🙂 А время заряда зависит еще и от сопротивления там же Т=RC Проблема в твоих замерах в том, что ты замеряешь разное напряжение. Без кондера — действующее. А с кондером ближе к амплитудному. Ток надо же замерять не перед диодным мостом, а прям перед гирляндой. Кондер же потреблять ток не будет, если он стоит после моста. Он тупо зарядится до предела и будет буфферизировать напряжение.
shekn-itr4 :
О, круто! Аналогия со стаканами мне очень понравилась.
T=RC – какое сопротивление имеется в виду? Сопротивление конденсатора?
Почему не следует замерять ток перед мостом? Я же измеряю ток в режиме переменного тока, или для измерения тока нет такого режима? Просто я использовал старый стрелочный мультиметр, и там есть кнопочка, переключающая, какой ток мы меряем: постоянный или переменный. Так вот, я не знаю, для каких именно параметров она действует. Просто я решил, что она и для тока сработает.
Ну да, то, что кондер не будет потреблять ток, понятно. Просто он накидывается до 280 вольт и провоцирует гирлянду потреблять бОльший ток. Ну и вдобавок, в момент включения, он начинает жрать неимоверно большой ток, пока не зарядится. Это потверждает прибор, который просто выбивает первоначальным током (срабатывает защита), а когда кондер зарядился, то можно мерить.
Но мне интересно другое: будет ли тот, другой кондер, который играет роль сопротивления переменному току, кушать лишнюю мощность? И что было бы, если вместо него поставить резистор?
DI HALT :
Сопротивление цепи по которой конденсатор заряжается. Это и провода и внутреннее сопротивление выводов и обкладок кондера. Переходные сопротивления контактов. Ток мерять можно, но от прибора зависит. Старый стрелочный тебе покаже действующий ток. Он слишком инерционен, чтобы показать пиковые значения (Кстати, стрелочные приборы рулят именно своей возможностью ОЧЕНЬ качественно замерять действующее значение. Электронные мультиметры, особенно дешевые, сильно врут). Поэтому тебе лучше замерять на постоянке, ближе к потребителю и реальной картине. Каких либо потерь серьезных на мосту ожидать не стоит. Да, естественно — большее напряжение — больший ток. Гирлянда то у тебя без стабилизатора поди. На конденсаторном питании происходит сдвиг фаз между током и напряжением, поэтому потери на кондере минимальные. Но и большой ток он отдать не сможет. 100мА для него можно сказать предел. Иначе придется сильно увеличивать емкость конденсатора, а кондеры большой емкости на большие напряжения это уже очень громоздкие штуки. Тебе нужен блок питания размером с буханку хлеба? Я думаю, что нет. Резистор поставить нельзя. На нем выпадет очень большая мощность. Будет греться сильно.
stream :
Поясните пожалуйста такое явление: На контроллере сделал ШИМ с вывода померили осцилографом сигнал, все в норме, поставил RC цепочку 220 Ом резистор и 1000Микрофарад электролит, еще раз через нее померил сигнал, вроде как ровный, но светодиод после цепочки всеравно мегает.
частоту сделал 50Гц просто тестил RC цепочку на практике
Кстати, пробовал программой забыл как называется, собираешь там цепочку RC генератор и осцилограф, такая же картина, ровный сигнал после цепочки, а диод мигает
DI HALT :
Осциллографом то поди замерял без нагрузки, на высокоомное сопротивление? А под нагрузкой (светодиод) как выглядит сигнал после RC цепочки?
Не поможеш мне?
Мне бы какую нибудь полезную схему желательно провереную
У тебя нет схемы какого нибудь одаптера для адалогова телевизора?
Чтоб НЕ только центральные каналы ловить можно было?
DI HALT :
вот полезная схема: (+) ——(лампочка)—— (-) Ей можно что нибудь осветить — польза несомненна. А телевизор годится разве что его к плееру или компу подрубать, смотреть киношки с винта. Тюнер в нем я бы вообще посоветовал убить нахер. Меньше говна в голове будет и больше свободного времени.
Ну ладно соберу тогда уневерсальное зарядное устройство для мобилы)
Neznaika :
Это капец! На парах действительно делать нечего. Нам в своё время препод разве что пошутил: «Вот, значит видите, переменный ток — это кривая, синусоида… И вот она берет и так перепрыгивает через конденсатор. Постоянный же ток — прямая и не может этого сделать…» Все, конечно, поняли что это шутка, но хз как оно там на самом деле. Действительно спасибо за такие статьи! Узнал больше, чем с курса теории электромагнитных цепей.
ЗЫ: И не вздумай править. Вот такие статьи, ориентированные на «полного нуля» просто предельно информативны.
pulemet :
Привет!
А как сделать чтобы цепочка заряжалась медленно, а разряжалась быстро? И наоборот, раззряжалась медленно, а заряжалась быстро?
DI HALT :
А подумать? Чем заряд отличается от разряда? Только направлением движения тока. Так? А какой элемент цепи проводит ток только в одном направлении? Правильно — диод. В итоге мы ставим две параллельные R-VD цепи с разными сопротивлениями. И диоды ставим так, чтобы заряд шел через один диод, а разряд через другой. Все просто 🙂
pulemet :
Привет!
А как сделать чтобы цепочка заряжалась медленно, а разряжалась быстро? И наоборот, раззряжалась медленно, а заряжалась быстро? А если у меня открытый колектор, подтянутый резистором к питанию. И при включении тр-ра 0 на выходе должен появляться медленнее чем 1 при выклбючении транзистора?
DI HALT :
Выше я уже сказал как.
pulemet :
А как использовать уже имющийся подтягивающий резистор и полупроводниковые свойства транзистора, чтобы не городить лишнего?
Извиняюсь, если вопросы — тупые.
DI HALT :
Без внешних элементов вряд ли получится. Суди сам у тебя разряд и заряд идет где то по внутренним цепям, к ним ты ничего не добавишь не отнимешь. А влезать надо именно туда. Только выключать внутреннюю подтяжку добавлять внешнюю и диоды.
zyxman :
Транзистор хреново работает как диод, потому что он для этого не предназначен.
То есть если нужно сделать диодное искажение аналогового сигнала, то вобщем транзистора хватит, а полноценного диода (у которого очень большое обратное сопротивление и очень малое прямое) не получится.
mmimmi :
Имеется конденсатор 150 мкф 6000 вольт. Зарядив его полностью, хочу использовать в качестве аккумулятора для питания светодиодов ,радио ит.п.
Существует ли способ с минимальными потерями преобразовать 6 кв или как-то » отщепить» приемлемое напряжение ? Про технику безопасности я в курсе
serenya :
Всем добрый день! Есть необходимость измерять влажность зерновых культур.
Существующие приборы стоят довольно дорого, поэтому хочу сделать сам! Хочу попробовать реализовать следующим образом: 1.В какую нибудь небольшую емкость установить металлические пластины на фиксированном расстоянии. Одну пластину — на землю, вторую — на компаратор микроконтроллера и через резистор на питание . И засыпать зерно в эту емкость, так что-бы оно попало между пластин.
2.На второй вход компаратора через делитель подать какое-то определенное напряжение.
3.Ну и как ув. DI предложил в статье, определять емкость «самодельного конденсатора».
4.По предварительно составленной таблице емкостей для каждой культуры вычислять влажность. Теперь вопросы:
1. Получится ли вообще так измерять?
2. Если кто-то такое делал, поделитесь, пожалуйста, опытом.
3. Или посоветуйте каким другим образом можно измерить влажность зерна. Хотя бы в каком направлении копать?
4. Нашел датчик влажности например HIH-4000. Но я так понимаю что он показует только влажность окружающего воздуха, и влажность зерна им измерить не получится. Правильно я понял? Заранее всем спасибо!
Учеба
Понятие о переходных процессах. Электрические цепи реальных радиотехнических схем обычно содержат сопротивления, индуктивности и емкости. В таких цепях связь между напряжением и током имеет сложный характер. Объясняется это тем, что емкость и индуктивность обладают способностью накапливать и отдавать электроэнергию. Этот процесс не может протекать скачкообразно. При изменении напряжения в такой цепи ток изменяется с некоторой задержкой во времени. Эти процессы, связанные с изменением запаса энергии в цепях с реактивными элементами при воздействии импульса, называются переходными.
Действие импульсного напряжения на цепь RС. Предположим, что на входе цеди, содержащей конденсатор С и резистор R (рис, 164, а), действует последовательность прямоугольных импульсов (pиc. 154,б). В момент появления на входе RC цепи переднего фронта импульса в ней потечет наибольший ток I m =Um /R (рис, 154,в).
По мере заряда конденсатора результирующее напряжение в схеме u p =U m—uc уменьшается, соответственно уменьшается зарядный ток ta. Уменьшение тока происходит по экспоненциальному закону, Ток заряда iз создает на резисторе R падение напряжения (рис. 154, г) . С уменьшением тока экспоненциально снижается напряжение на резисторе R. Напряжение на конденсаторе uc по мере
Рис. 154. Воздействие прямоугольного импульса на дифференцирующую цепь:
а — схема, б — форма импульса на входе, в —форма тока в цепи, г —форма напряжении на резисторе, д — то же, на конденсатора, е —форма импульса на выходе при τ 0≥ t и, ж — то же при τ 0≤ tи
его заряда экспоненциально возрастает (рис. 154, д ) и к некоторому моменту достигает наибольшего значении Um после чего остается постоянным на все время действия плоской вершины входного импульса. Время, в течение которого напряженно на С и R достигает амплитудного значении, зависит от величины сопротивления резистора R и емкости конденсатора С . Чем меньше эти величины, тем быстрее заканчивается переходный процесс.
После спада входного импульса конденсатор разряжается через резистор R . Скорость изменения разрядного тока ip (рис. 164, в) и напряжения un (рис. 154, г) такая же, как и при заряде, а на выходе формируется задний фронт (спад) импульса. Направление тока и полярность напряжения на резисторе в этом случае станут противоположными.
Оценку длительности переходного процесса ведут с помощью постоянной времени цепи
Рис. 155. Воздействие прямоугольного импульса на интегрирующую цепь: а— схема, б— форма импульса на входе, в — то же, на выходе, г — зависимость формы импульса от соотношения τ0/tи
С увеличением τ 0 длительность переходных процессов возрастает.
Практически переходные процессы в схеме закапчиваются по истечении промежутка времени t = (2,3+3) τ 0.
Форма выходного напряжении зависит от значения τ 0 (рис. 154, г , е , ж). При τ 0»tи (рис. 154,е) конденсатор за время действия входного импульса не успевает зарядиться, и форма выходного сигнала лишь незначительно отличает-ся от формы входного. С такими параметрами ( τ 0»tи) цепь часто используют в схемах импульсных устройств как разделительную (переходную) между усилительными каскадами. При τ 0и заряд и разряд конденсатора происходят за время, немного меньшее длительности импульса, поэтому выходное напряженно имеет вид двух узких разнополярных импульсов (рис. 164, ж).
Как очевидно из рис. 164, а, цепи из элементов RC в различных комбинациях могут быть использованы для преобразования формы импульсов. В зависимости от того, с какого элемента снимается сигнал (с R или С), цепь называют дифференцирующей или интегрирующей.
Дифференцирующие цепи. Цепь, показанная на рис. 154, а называется дифференцирующей, поскольку при τ0и выходное напряжение пропорционально производной от входного и служит для получения кратковременных остроконечных импульсов напряжения, часто используемых для запуска формирующих устройств. Чем меньше τ0, тем больше скорость изменения напряжения и тем острее будут импульсы напряжения на выходе дифференцирующей цепи.
На работу дифференцирующей цепи существенно влияет входная (паразитная) емкость Сп последующей цепи, которая вызывает уменьшение амплитуды выходного напряжения Uвых. Чтобы уменьшить влияние Сп на выходной сигнал, выбирают емкость цепи C ≥ ( 5-10) Сп .
Пример. Длительность импульса tи=5 мкс. Рассчитать элементы дифференцирующей цепи.
Интегрирующие цепи. Если в цепи RC выходное напряжение снимается с емкости (рис. 155, а), то при τ 0≫tи выходной сигнал пропорционален интегралу от входного, и такая цепь называется интегрирующей. Если постоянная времени RC цепи выбрана равной или больше длительности прямоугольного импульса (рис. 155,б) напряжения на входе ( τ 0≫tи), то на выходе RC цепи возникает импульс с растянутым фронтом и спадом (рис. 155, в) . При воздействии на вход такой цепи кратковременного импульса напряжения на выходе образуется более широкий импульс.
Рис. 156. Цепи на RL элементах: а —дифференцирующая, б — интегрирующа
Интегрирующие цепи применяют для увеличения длительности импульса. Кроме того, их используют в схемах генерирования пилообразного напряжения, селекции импульсов по длительности и т.д. Чем больше то при неизменной длительности входного импульса tи, тем больше растянут импульс на выходе (рис. 155, г). Амплитуда импульса при этом уменьшается, так как конденсатор не успевает полностью зарядиться за время действия входного импульса.
Дифференцирование и интегрирование может также осуществляться с помощью цепей RL. Поскольку реактивное действие индуктивности противоположно емкости, то в RL — цепях при дифференцировании выходной сигнал снимается с индуктивности (рис. 156, а), а при интегрировании — с резистора (рис. 156, б). Цепи RL применяют сравнительно редко, так как они содержат дорогую моточную деталь.
Глава 3 Переменный ток
Из этой главы вы узнаете, чем отличается переменный ток от постоянного, об основных параметрах переменного тока, познакомитесь с основными элементами электрической цепи, рассмотрите их параметры, выясните основные закономерности в цепях переменного тока.
3.1. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ. ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Если в источниках постоянного тока — гальванических элементах, батареях, аккумуляторах — сила тока (напряжение, э.д.с.) не меняют своего направления, ток во внешней цепи всегда течет от положительного зажима к отрицательному, то в источнике переменного тока, который, например, вырабатывает напряжение для городской сети, ток много раз в секунду (50 раз) меняет свое направление и величину (рис. 3.1). Этот ток изменяется по синусоидальному (гармоническому) закону.
Рис. 3.1. Ток много раз в секунду (50 раз) меняет свое направление и величину
Маятник часов — «ходиков» нарисовал бы на стене синусоиду, если их опускать вертикально вниз по стене (рис. 3.2); металлический шар, закрепленный между двумя горизонтально расположенными пружинами (рис. 3.3, а), будет тоже колебаться по убывающей синусоиде, если шар отвести в сторону одной какой-либо пружины и отпустить его.
Рис. 3.2. Маятник часов — «ходиков» рисует на стене синусоиду
Рис. 3.3, а. Металлический шар, закрепленный между двумя горизонтально расположенными пружинами, колеблется по убывающей синусоиде, если шар отвести в сторону
Груз, подвешенный на пружине, будет рисовать убывающую синусоиду (рис. 3.3, б).
Рис. 3.3, б. Груз, подвешенный ив пружине, будет рисовать убывающую синусоиду
На рис. 3.4, а показано получение (генерирование) переменного тока.
Рис. 3.4, а. Принцип работы генератора переменного тока
Если рамка в начальный момент генерирования находится в положении 1, t = 0, то мгновенное значение силы тока i = I0sinwt; еcли же рамка находится в положении 2, t = 0, то i = I0coswt.
При вращении рамки в магнитном поле постоянного магнита меняется магнитный поток. В рамке наводится переменная э.д.с. (электродвижущая сила индукции). Если цепь замкнута, то возникает индукционный ток, который непрерывно меняется по модулю, а через T/2 — по направлению.
Устройство генератора (рис. 3.4, б):
1. Обмотка статора с большим числом витков, размещенных в его пазах. В ней наводится э.д.с.
2. Станина, внутри которой размещены статор и ротор.
3. Ротор (вращающаяся часть генератора) создает магнитное поле от электромашины постоянного тока. Может иметь р пар полюсов.
4. Статор состоит из отдельных пластин для уменьшения нагрева от вихревых токов. Пластины — из электротехнической стали.
5. Клеммный щиток на корпусе станины для снятия напряжения.
Рис. 3.4, б. Устройство генератора переменного тока
При равномерном вращении ротора в обмотках статора наводится э.д.с.:
е = EmSinwt = EmSin2pnt,
где Em — максимальное значение эл.с.; n — число оборотов ротора в секунду.
Частота эл.с. равна: f = n∙р, где р — число пар полюсов. На гидроэлектростанциях в генераторе число пар полюсов равно 40–50, а на тепловых — 10–16.
Если для характеристики постоянного тока достаточно было знать напряжение на зажимах источника и его полярность, то для характеристики переменного тока этого недостаточно. Переменный ток характеризуют такими параметрами, как амплитуда, частота, период, фаза, мгновенное и действующее значение.
Так как сила тока (напряжение, э.д.с.) меняется во времени, то мгновенное значение и амплитуда говорят о его возможностях в данный момент времени.
Чтобы знать возможности переменного тока за длительный промежуток времени, говорят о его действующем значении. А чтобы судить о том, насколько быстро ток меняется во времени, как часто происходит смена его направления, используют такие параметры, как период и частота.
Период тока указывает время, в течение которого происходят все его возможные изменения без повторения. Обозначается буквой Т (рис. 3.5), измеряется в секундах (с), миллисекундах (мс) [1 с = 1000 мс], микросекундах [1 с = 1 000 000 мкс].
Рис. 3.5. Период тока указывает время, в течение которого происходят все его возможные изменения без повторения
Частота тока говорит о том, сколько периодов, т. е. полных циклов, укладывается в единицу времени, в частности, в секунду. Обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц) — числом периодов в секунду.
Частота изменения переменного тока в промышленной сети равна 50 Гц (следовательно, период Т = 1/50 = 0,02 с = 20 мкс.
Вместо частоты f часто применяют величину ω = 2πf = 2π/T, которую называют круговой частотой тока (напряжения, э.д.с.). Она представляет собой число полных колебаний (периодов) тока за 2π секунд (здесь π = 3,14; ω — греческая буква «Омега»).
Максимальное значение силы тока, которое может иметь переменный ток за период, называется амплитудой силы тока. Амплитудное значение силы тока обозначается Im, напряжения Um, э.д.с. Еm, а их мгновенные значения — i, u, е соответственно.
Когда говорят об одном синусоидальном токе (напряжении, эл.с.), то частота f и амплитуда Im являются исчерпывающими характеристиками, потому что начальный момент отсчета времени на графике мы можем выбрать произвольно, т. е. можем переносить на графике рис. 3.1 ось ординат (ось тока) — вправо или влево на необходимую величину. Но когда приходится сопоставлять друг с другом две или несколько величин (силы тока, напряжение, э.д.с.) одной и той же частоты, следует учитывать, что они могут достигать своего максимального значения не в один и тот же момент времени. В подобных случаях говорят, что эти два тока (напряжения) сдвинуты относительно друг друга по фазе или, что равносильно, что между ними существует некоторый сдвиг фаз. На рис. 3.6 показаны две синусоиды одинаковой частоты, сдвинутые относительно друг друга на четверть периода (T/4).
Рис 3.6. Две синусоиды одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга на четверть периода (T/4).
Синусоида 1 опережает синусоиду 2 на время T/4. Как определить какая синусоида опережает, а какая отстает? Чтобы лучше усвоить это понятие, обратимся к механической аналогии с двумя движущимися с одинаковой скоростью в одном направлении по двум параллельным железнодорожным путям скоростными пассажирскими поездами.
Представьте себе, что вы стоите у железнодорожной линии, а по ней одновременно проезжают два длинных состава с одинаковой скоростью. Как определить, какой поезд отстает, если вы не видите ни начала ни конца составов? Для этого примем за начало отсчета, например, переднюю часть каждого вагона, затем мысленно проведем перпендикулярную линию к рельсам и уже после этого будем фиксировать, начало вагона какого состава пересекает раньше эту мысленную линию. Тот состав и опережает. То же самое следует сделать при определении сдвига фаз двух синусоид (рис. 3.6). Приняв за начало отсчета условно точку пересечения оси времени t синусоидой при переходе ее из отрицательной области в положительную, видим, что синусоида 1 раньше пересекает ось времени на величину времени ΔТ = T/4 следовательно, она опережает синусоиду 2 (а можно сказать, что синусоида 2 отстает от синусоиды 1 на ΔТ = T/4). Если сдвиг фаз между двумя синусоидами больше одного периода, то определить это по графику невозможно, как и нельзя было определить, на сколько вагонов опережал один состав другой в рассмотренном выше примере.
Вы обратили внимание, что сдвиг фаз мы здесь измеряем не в единицах времени, а в долях периода Т? На практике чаще всего сдвиг фаз измеряют в градусах, причем здесь каждый градус равен 1/360 части периода, единицей измерения служит время. Градус как единица измерения времени, периода можно легко связать с угловыми градусами, показывающими положение проводника рамки, вращающегося в магнитном поле. Это условно показано на рис. 3.7.
Рис. 3.7. Связь времени с угловыми градусами
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 = Im/√2 = Im/1,414 = 0,707∙Im (3.2, a)
Аналогично для напряжения и э.д.с.:
U = 0,707∙Um (3.2, б)
Е = 0,707∙Еm. (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:
Im = I∙√2= 1,4141 (3.3, a)
Um = 1,414∙U (3.3, б)
Em = 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:
Um= 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 = Im/√3 = 0,577∙Im (3.4, a)
Im = 1,732∙I (3.4, б)
Для последовательности прямоугольных импульсов (рис. 3.8, в), называемых еще «меандром»:
I = Im (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 = Im∙√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
3.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕПИ
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/Со = 1/C1 + 1/С2, (3.7, а)
Со = С1∙С2/(С1 + С2) (3.7, б)
1/Со = 1/C1 + 1/С2 + 1/С3 (3.8)
Параллельное соединение конденсаторов (рис. 3.11, б):
С0 = С1 + С2, (3.9)
С0 = С1 + С2 + С3. (3.10)
Ряс. 3.11. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение конденсаторов
Обратите внимание: общая емкость при последовательном соединении конденсаторов вычисляется по формуле, аналогичной формуле для вычисления общего сопротивления при параллельном соединении резисторов, а общая емкость при параллельном соединении конденсаторов — по формуле, аналогичной формуле для вычисления общего сопротивления при последовательном соединении резисторов.
Для получения необходимой емкости при последовательном соединении конденсаторов требуются некоторые вычисления. Для облегчения подбора ёмкости второго конденсатора (при известном значении емкости первого) на рис. 2.22 (глава 2) приведена номограмма.
Как пользоваться номограммой? При определении общих параметров деталей, номиналы которых имеют один порядок, пользуются шкалами ОА, ОВ, ОС, а если номиналы различаются на один порядок, то шкалами ОА, OD, ОЕ. Поясним это на примерах.
• Пример 1. Последовательно соединены конденсаторы емкостью 5 и 20 мкФ. Чему равна общая емкость? Приложив линейку к делению 5 на шкале ОА и к делению 20 на шкале OD, на шкале ОЕ прочтем результат — 4 мкФ.
• Пример 2. Какой емкости конденсатор необходимо включить последовательно с конденсатором емкостью 5,6 пФ, чтобы их общая емкость была 2,5 пФ? Прикладывая линейку к делениям 5,6 на шкале ОА и 2,5 на шкале ОС, на шкале ОВ прочтем — 4,5 пФ.
Чтобы лучше понять принцип работы конденсатора и катушки индуктивности как реактивных элементов, рекомендуем вам самостоятельно провести ряд простых экспериментов.
3.2.1. Конденсатор как накопитель электрической энергии
Для этого соберите схему (рис. 3.12, а). В положении переключателя SA, указанного на рисунке, конденсатор С будет заряжаться от батареи. Ток заряда протекает по цепи: «+» батареи GB резистор R —> переключатель SA —> конденсатор С —> «—» батареи GB. Через несколько секунд конденсатор зарядится и можно переключатель SA поставить в правое положение, лампочка кратковременно вспыхнет и погаснет. Чтобы лучше уяснить процесс заряда и разряда конденсатора, воспользуемся аналогией. Представим конденсатор в виде сосуда с крышкой, который может вместить определенное количество жидкости, например бензина.
После заполнения этого сосуда бензин можно вылить и поджечь, — это эквивалентно вспышке лампочки.
Рис. 3.12. а) Конденсатор — накопитель электрической энергии; б) График заряда конденсатора, в) график разряда конденсатора.
Для чего нужен резистор R в схеме рис. 3.12, а? Если его не будет, то в момент подключения батареи к конденсатору ток заряда будет очень большим, конденсатор может взорваться от нагрева. Резистор R ограничивает ток заряда конденсатора. Конденсатор с хорошим диэлектриком может хранить заряд несколько суток; бумажные конденсаторы разряжаются почти полностью за несколько часов.
На рис. 3.12, б изображен график заряда конденсатора, а на рис. 3.12, в — график разряда конденсатора.
Емкость конденсаторов измеряется в фарадах (Ф), в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ), пикофарадах (пФ).
3.2.2. Конденсатор «не пропускает» постоянный ток
При замыкании выключателя SA (рис. 3.13, а) лампочка кратковременно вспыхивает и гаснет. Это значит, что конденсатор не пропускает постоянный ток. Но из эксперимента можно сделать и другой вывод: в момент подключения батареи GB (замыкание выключателя SA), когда напряжение на конденсаторе скачком увеличивается от нуля до 4,5 В, он не оказывает никакого сопротивления (т. е. его сопротивление в начальный момент равно нулю, все напряжение батареи приложено к лампе, сила тока максимальная). Со временем сила тока уменьшается и затем вовсе становится равной нулю. В этот момент конденсатор можно считать заряженным.
На рис. 3.13, б показан график зависимости силы тока, протекающего через конденсатор С и лампу накаливания EL, от времени, т. е. график заряда конденсатора. Из графика видно, что в момент замыкания выключателя SA (при t = 0) сила тока через лампу максимальная и равна I0 = E/Rл ~= 0,3 А.
Здесь Rл = 14 Ом — сопротивление нити накала лампы.
Рис. 3.13. а) Конденсатор не пропускает постоянный ток; б) График зависимости силы тока, протекающего через конденсатор С и через лампу накаливания EL
3.2.3. Сопротивление конденсатора переменному току зависит от его емкости и частоты тока
Меняя емкость конденсатора (рис. 3.14), можно убедиться, что лампа будет светиться по-разному. Для этого надо два конденсатора по 10 мкФ соединить параллельно, последовательно с ними включить лампочку EL на 3,6 В, на вход подать переменное напряжение 36 В. Зафиксировать яркость свечения лампочки. Затем подключить к этим конденсаторам параллельно еще один емкостью 5 мкФ и снова зафиксировать яркость свечения лампочки, — она увеличится. Отсюда вывод: с увеличением емкости конденсатора его сопротивление уменьшается. Обратите внимание, что все конденсаторы в этом эксперименте должны иметь рабочее напряжение не менее 60 В.
Рис. 3.14. Сопротивление конденсатора переменному току зависит от его ёмкости
Реактивное емкостное сопротивление конденсатора переменному току определяется по формуле:
Тогда закон Ома запишется так:
Im = Um/Xc = 2UmπfC = UmωC. (3.12)
1 Ф = 10 6 мкФ = 10 12 пФ, 1 мкФ = 10 3 нФ = 10 6 пФ.
3.2.4.Сила тока опережает напряжение на емкости на угол π/2
Так как i = ImSinωt, a u = UmSin (ωt + π/2) то, следовательно, напряжение на конденсаторе отстает от силы тока по фазе на угол π/2. Это видно на векторной (рис. 3.15, а) и на временной (рис. 3.15, б) диаграммах. Физически это можно понимать так: пока через конденсатор не потечет ток, на его пластинах не появятся заряды, до тех пор на пластинах и не будет напряжения.
Рис. 3.15. Напряжение на конденсаторе отстаёт от силы тока по фазе на угод 90°
Мощность переменного тока будет равна: Р = I∙Ucosφ. При φ = π/2 мощность Р = 0. Это значит, что конденсатор является реактивным элементом и не потребляет электрической энергии.
Если вы возьмете три конденсатора емкостью 1 мкФ каждый, соедините их параллельно, подключите в сеть 220 В и будете наблюдать за счетчиком электрической энергии, который имеется в вашей квартире, то счетчик никак не отреагирует на это подключение, хотя они по мощности эквивалентны лампочке мощностью 48 Вт. Почему счетчик не реагирует? Потому что конденсатор (как и катушка индуктивности) обладает замечательным свойством: в положительный полупериод напряжения сети он заряжается и накапливает электрическую энергию, а в отрицательный полупериод напряжения сети он отдает эту энергию снова в сеть. Это как морской прилив и отлив: то вода пригоняет к берегу все, что на ней плавает, то все смывает с берега, унося в море. Имейте в виду, что конденсатор должен быть рассчитан на напряжение 250…300 В.
Из графика на рис. 3.16 видно, что реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора уменьшается как с увеличением емкости, так и с увеличением частоты питающего переменного напряжения; этот график построен по формуле (3.11). Аналогичными свойствами реактивного элемента обладает и катушка индуктивности.
Рис. 3.16. Сопротивление конденсатора уменьшается как с увеличением ёмкости, так и с увеличением частоты
Внешний вид, УГО и БЦО катушки индуктивности приведены на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Внешний вид, УГО и БЦО катушки индуктивности
Чтобы лучше понять свойства катушки индуктивности, проведем несколько экспериментов.
3.2.5. Катушка индуктивности обладает индуктивным сопротивлением, которое также называется реактивным
В качестве катушки индуктивности можно использовать первичную обмотку сетевого трансформатора. При последовательном включении катушки индуктивности и лампы накаливания к источнику постоянного тока лампочка горит ярко, а при включении к источнику переменного тока (в сеть частотой 50 Гц) — тускло либо вообще не горит. Почему? Потому что катушка индуктивности обладает индуктивным сопротивлением XL часть напряжения источника переменного тока гасится на катушке индуктивности, а постоянному току катушка оказывает малое активное сопротивление (сопротивление провода), которое можно вычислить по формуле:
R = ρ∙L/S
Индуктивное сопротивление катушки индуктивности определяется по формуле:
XL = 2πfL = 6,28∙f(Гц)∙L(Гн). (3.13)
Здесь L — индуктивность катушки, измеряется в генри (Гн), миллигенри (мГн), микрогенри (мкГн).
1 Гн = 1000 мГн = 1 000 000 мкГн.
Конструктивные данные катушек индуктивности даны в описаниях устройств, рекомендованных к самостоятельному изготовлению.
Тогда закон Ома запишется так:
Im = Um/XL = Um/2πfL = Um/ωL. (3.14)
3.2.6. Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности
Рис. 3.18. Последовательное соединение двух катушек индуктивности
Рис. 3.19. Параллельное соединение двух катушек индуктивности
Рис. 3.20. Последовательное соединение трёх катушек индуктивности
Рис. 3.21. Параллельное соединение трех катушек индуктивности
Формулы для вычисления общей индуктивности при последовательном и параллельном включении похожи на аналогичные формулы для вычисления общего сопротивления резисторов.
Если при изготовлении какого-либо прибора у вас не оказалось нужной индуктивности, но имеется большое количество катушек индуктивности других номиналов, их можно соединить последовательно или параллельно для получения нужного номинала. При последовательном соединении вычисления довольно простые, а вот при параллельном соединении необходимо затратить время на вычисления. Тоже самое приходится делать при последовательном соединении конденсаторов и при параллельном соединении резисторов. Для облегчения подбора второго элемента на рис. 2.22 (глава 2) приведена номограмма.
3.2.7. Катушка индуктивности как накопитель магнитной энергии
В этом эксперименте в качестве катушки индуктивности можно использовать первичную обмотку сетевого трансформатора. При замыкании выключателя SA лампочка еле светится, а при размыкании выключателя SA она ярко вспыхивает. Это объясняется тем, что в момент включения элемента G часть энергии источника тратилась на создание магнитного толя катушки индуктивности, а при размыкании выключателя магнитное поле катушки индуктивности исчезает и запасенная в ней энергия отдается лампочке. Это явление называется самоиндукцией. Э.д. с самоиндукции препятствует увеличению тока при подключении источника питания к катушке индуктивности, а при отключении источника питания э.д.с. самоиндукции препятствует уменьшению тока в катушке. Здесь имеется ввиду, что все элементы включены последовательно.
3.2.8. Сила тока отстает от напряжения на катушке индуктивности на угол π/2
Так как i = ImSinωt, a u = UmSin (ωt — π/2), то, следовательно, напряжение на катушке индуктивности опережает силу тока по фазе на угол π/2. Это видно также на векторный (рис. 3.22, а) и на временной (рис. 3.22, б) диаграммах.
Рис. 3.22. Напряжение на катушке индуктивности опережает силу тока по фазе на угол 90°.
3.2.9. На активном сопротивлении (на резисторе) сила тока и напряжение совпадают по фазе
Так как i = ImSinωt, и u = UmSinωt, то, следовательно, напряжение на резисторе совпадает по фазе с силой тока. Это видно также на векторной (рис. 3.23, а) и на временной (рис. 3.23, б) диаграммах.
Рис. 3.23. Напряжение на резисторе совпадает по фазе с силой тока
3.3. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ И ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ ЦЕПИ
В электронных устройствах часто бывает необходимо изменить прямоугольные импульсы или сигналы другой формы таким образом, чтобы получить сигнал требуемой формы. Указанное изменение может заключаться в сохранении высокочастотных составляющих сигнала и ослаблении низкочастотных составляющих, в ослаблении только высокочастотных составляющих, в изменении амплитуды и формы сигнала путем ограничения и т. д.
К таким устройствам можно отнести интегрирующую и дифференцирующую цепи, которые находят широкое применение в вычислительной технике, в системах развертки телевизионных приемников и в других случаях, когда необходимо ослабить высокочастотных составляющие импульсов.
Практически интегрирующую цепь (рис. 3.24, а.) можно рассматривать как фильтр нижних частот. При воздействии синусоидальных сигналов интегрирующая цепь сильнее ослабляет сигналы более высоких частот (и вносит некоторый фазовый сдвиг). В случае импульсных или прямоугольных сигналов их форма изменяется благодаря фильтрации высокочастотных сигналов.
Рис. 3.24, а) Cxeма интегрирующей цепи
В практических схемах интегрирующих цепей постоянная времени t = RC велика по сравнению с длительностью воздействующего импульса. В этом случае при ращение напряжения ес на конденсаторе мало по сравнению с напряжением е, приложенным к интегрирующей цепи. Тогда можно записать приближенное равенство:
Таким образом, выходное напряжение интегрирующей цепи пропорционально интегралу входного тока e/R. Это можно объяснить, если обратиться к рис. 3.24, б и в.
Рис. 3.24, б) форма входного импульса интегрирующей цепи, в) выходного импульса интегрирующей цепи
При подаче на вход схемы положительного импульса крутой фронт импульса действует на интегратор в течение очень короткого промежутка времени. Затем в течение времени, равного длительности импульса, действует напряжение, соответствующее плоской вершине импульса. Напряжение на конденсаторе нарастает по экспоненциальному закону. За время, равное постоянной времени цепи τ, напряжение на конденсаторе достигнет примерно 65 % максимального значения, а полностью конденсатор зарядится примерно в течение пяти постоянных времени (5τ). Так как постоянная времени интегрирующей цепи велика по сравнению с длительностью импульса, напряжение на конденсаторе не достигает максимального значения, а постепенно нарастает до некоторой величины (рис. 3.24, в).
По окончании действия входного импульса конденсатор начнет разряжаться через резистор R1 и входную цепь. Разряд протекает медленно по сравнению со спадом входного импульса, и в результате на выходе формируется импульс, форма которого показана на рис. 3.24, в.
Если импульсы на входе интегратора имеют длительность, превышающую интервалы между ними (рис. 3.24, г), то напряжение на конденсаторе будет постепенно нарастать.
Рис. 3.24, г) длительность входных импульсов превышает интервал между ними
Такую схему можно использовать в качестве делителя частоты, так как уровень запуска релаксационного генератора будет достигаться только после определенного числа импульсов, поданных на вход. Постоянная времени этой цепи равна:
τ ~= R1(C1 + С2) + R2C2.
Интегрирующую цепь можно также построить, располагая катушкой индуктивности и резистором. Для этого в схеме на рис. 3.24, а резистор R1 следует заменить катушкой индуктивности, а конденсатор С1 — резистором. Однако, поскольку катушка индуктивности имеет еще и активное сопротивление, схема с резистором и конденсатором более широко применяется на практике.
В дифференцирующей цепи (рис. 3.25, а) постоянная времени должна быть малой по сравнению с длительностью импульсов.
Рис. 3.25. а) Схема дифференцирующей цепи б) форма импульса на входе дифференцирующей цепи в) выходе дифференцирующей цепи
Эту цепь применяют в тех случаях, когда импульсы сравнительно большой длительности необходимо преобразовать в короткие импульсы с крутым фронтом. Цепь сохраняет крутой фронт импульса в той же полярности и по существу ведет себя как фильтр верхних частот, ослабляющий низкочастотные и пропускающий высокочастотные составляющие импульса.
При малой постоянной времени сопротивление резистора оказывается значительно больше реактивного сопротивления конденсатора. Поэтому выходное напряжение, равное падению напряжения на резисторе, приближенно выражается формулой:
На рис. 3.25, б и в показаны соответственно формы импульса на входе и выходе дифференцирующей цепи. От начального момента действия импульса и в течение всей его длительности к входу схемы прикладывается постоянное напряжение. Если при подаче входного импульса конденсатор С1 не был заряжен, то в первый момент через конденсатор, а также через резистор R1 будет протекать большой ток. Таким образом, на резисторе сразу же появляется большое падение напряжения, благодаря чему на выходе очень быстро нарастает фронт импульса (рис. 3.25, в). По мере заряда конденсатора протекающий через него ток уменьшается со скоростью, зависящей от постоянной времени цепи. При малой постоянной времени конденсатор быстро заряжается и ток перестает протекать по цепи. Таким образом, когда конденсатор полностью заряжен, напряжение на резисторе R1 спадает до нулевого уровня. В момент окончания действия импульса входное напряжение уменьшается до нуля, и конденсатор начинает разряжаться.
Ток разряда конденсатора имеет противоположное по сравнению с током заряда направление, следовательно, направление тока через резистор тоже противоположно току заряда. Поэтому на выходе теперь появится отрицательный всплеск напряжения.
На практике на вход дифференцирующей цепи обычно подаются импульсы. Если же на вход дифференцирующей цепи подать синусоидальные колебания, то их форма не изменится, но произойдут сдвиг фазы выходного колебания и уменьшение амплитуды этих колебаний на величины, зависящие от частоты входного сигнала. Другой тип дифференцирующей схемы можно получить, если С1 заменить резистором, a R1 — индуктивностью. В такой цепи фактором, определяющим качество дифференцирования, является также постоянная времени. Как и в интегрирующей цепи, омическое сопротивление катушки индуктивности ухудшает характеристики схемы. Поэтому такую цепь применяют довольно редко.
3.4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
Последовательный колебательный контур (ПКК) представляет собой последовательное соединение катушки индуктивности и конденсатора (рис. 3.26, а). Для лучшего понимания свойств ПКК предлагается собрать схему на рис. 3.26, б. В качестве катушки индуктивности предлагается использовать первичную обмотку сетевого трансформатора, конденсатор должен иметь номинальное напряжение, превышающее напряжение источника питания контура не менее чем в 5–7 раз, лампочка накаливания выбирается маломощной на напряжение, равное или несколько меньшее напряжения источника питания контура.
В качестве источника питания ПКК надо использовать понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 10…30 В или автотрансформатор. Для получения резонанса напряжений следует подобрать емкость конденсатора, для чего в цепь ПКК включить амперметр переменного тока и подобрать емкость конденсатора по максимуму силы тока в цепи (рис. 3.26, б). В этом случае при резонансе напряжений лампочка будет иметь максимальную яркость свечения.
Рис. 3.26. а) Схема последовательного колебательного контура; б) Принципиальная схема, которая позволяет обнаружить необычные свойства реактивных элементов
После того, как будет собрана схема, можно приступить к эксперименту. Для этого следует включить оба выключателя SA1 и SA2, лампочка будет иметь максимальную яркость свечения. Затем выключить оба выключателя — лампочка будет иметь меньшую яркость свечения (замерьте вольтметром переменного тока напряжение на лампочке, оно будет меньше напряжения питания ПКК на величину падения напряжения на активном сопротивлении катушки индуктивности, т. е. на сопротивлении проводов катушки индуктивности постоянному току).
А теперь замкните изолированным проводником катушку индуктивности или конденсатор. При изучении постоянного тока вы узнали, что при выключении одного элемента цепи (например, лампы накаливания) при последовательном их соединении, на остальных элементах цепи напряжение (и сила тока) увеличивается т. е. яркость свечения остальных лампочек увеличится. В данном же случае будет все наоборот — лампочка перестанет светить.
А теперь измерим напряжение на катушке индуктивности и на конденсаторе: к удивлению, эти напряжения будут больше напряжения источника питания ПКК в 35 раз (это зависит от величины общего активного сопротивления ПКК — сопротивления лампочки и активного сопротивления проводов катушки индуктивности).
Чем меньше активное сопротивление ПКК, тем больше напряжение на конденсаторе и на катушке индуктивности, причем всегда напряжение на конденсаторе больше напряжения на катушке индуктивности на величину падения напряжения на активном сопротивлении катушки. При измерении напряжений на катушке индуктивности и на конденсаторе не забудьте увеличить предел измерения вольтметра, иначе он может быть поврежден.
3.5. ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
3.5.1. Цветомузыкальная приставка
Кроме своего основного назначения — подключение к выходу магнитофона, проигрывателя или приемника и получения световых эффектов, приставка позволяет снять АЧХ ФНЧ, ФВЧ и полосового фильтра и судить об их частотных свойствах.
Схема приставки показана на рис. 3.27, а.
Рис. 3.27. а) Принципиальная схема цветомузыкальной приставки б) конструкция экрана с лампами
Со звуковой катушки динамической головки ВА1 усилителя звуковой частоты сигнал звуковой частоты подается на базы транзисторов VT1—VT3 через соответствующие им частотные фильтры. В канале высших частот используется ФВЧ R1C1: он пропускает колебания наиболее высоких частот и оказывает значительное сопротивление колебаниям средних и высших частот.
Дроссель L1 и конденсатор С2 образуют полосовой фильтр. Его резонансная частота ω0 = 1/√(L1∙C2), характеристическре сопротивление ρ = √(L1/C2) и добротность Q равна отношению ρ к активным потерям (его можно определить по АЧХ). Чтобы полосовой фильтр имел достаточно узкую полосу пропускания, необходимо увеличить его добротность, т. е. использовать дроссель с большой индуктивностью и малыми активными потерями и небольшую емкость.
Функцию ФНЧ выполняет дроссель L2 и резистор R3 с параллельно подключенным к нему, как и в предыдущих фильтрах, переходом база-эмиттер транзистора VT3. В коллекторные цепи транзисторов включены лампы накаливания HL1—HL3, цвета баллонов которых соответствуют принятому частотному делению колебаний звукового диапазона.
Исходное состояние транзисторов — закрытое. В это время токи коллекторных цепей транзисторных цепей малы и лампы накачивания не светятся. При появлении сигнала (во время отрицательных полуволн) транзисторы открываются и лампы начинают i метиться. Чем больше уровень сигнала, тем больше открываются транзисторы и ярче светятся лампы. Если преобладают звуки низких тонов, то ярче других светится лампа красного цвета, а если высоких и средних, то синего и зелёного цветов. В результате на экране, освещающемся лампами, создаются цветовые гаммы.
Приставка имеет источник питания, состоящий из понижающего трансформатора TV1, выпрямительного диода VD1 и конденсатора С3 сглаживающего фильтра.
Транзисторы приставки могут быть низкочастотными или высокочастотными, но обязательно средней или большой мощности, например, П213, П214, ГТ403, П601, КТ814, КТ816, КТ818. Лампы накаливания от карманного фонаря (3,5 В х 0,28 А). При наиболее громких звуках суммарный ток ламп приставки может достигать 0,7…0,8 А. Поэтому в выпрямителе блока питания должен работать диод, рассчитанный на выпрямленный ток около 1 А. Если такого диода не окажется, можно использовать четыре диода серии Д226 или Д7, соединив их по мостовой схеме.
В коллекторные цепи транзисторов можно включить не по одной, а по две — три лампы, соединенные параллельно. Но тогда в выпрямителе надо будет использовать диод на ток 3…5 А, например Д242А, а транзисторы, чтобы не перегревались, установить на теплоотводящие радиаторы. Между базами и коллекторами транзисторов можно включить подстроечные или переменные резисторы сопротивлением по 2–3 кОм, которые совместно с постоянными резисторами R1—R3 образуют делители напряжения, открывающие транзисторы. При налаживании приставки этими резисторами можно выбрать режим работы транзисторов, когда нити накала ламп еле светятся.
В качестве сетевого трансформатора TV1 можно использовать выходной трансформатор ТВК-110 или ТВК-90 кадровой развертки телевизора или любой другой трансформатор, понижающий напряжение сети до 5…6 В. Напряжение на выходе выпрямителя должно быть не менее 7…8 В.
Дроссель L1 намотан на двух сложенных вместе ферритовых кольцах 66НН с внешним диаметром 7 мм, а дроссель L2 — на трёх сложенных вместе таких же кольцах. На каждый из таких сердечников надо намотать по 200 витков провода ПЭЛШО или ПЭВ-1 0,1.
Конструкция экрана с освещающими его лампами может быть такой, как на рис. 3.27, б. Лампы размещены на задней стенке ящика, оклеенного внутри алюминиевой фольгой или обитого жестью. Фольга или жесть выполняют роль рефлектора. Лампы можно покрыть в соответствующие цвета цветным лаком либо обтянуть их резиной от надувных шаров соответствующего цвета.
Экраном, являющимся передней стенкой ящика, служит матовое стекло размерами не более 13…18 см. От ламп идут провода к соответствующим им транзисторам, смонтированным вместе с фильтрами и блоком питания в другом ящике.
Экраном может также служить органическое стекло, окрашенное в молочный цвет. Для этого органическое стекло погружают в концентрированную серную кислоту на 1…10 минут. После обработки в кислоте его тщательно промывают в проточной воде и сушат. При выдерживании в кислоте в течение 1…3 минут поверхность стекла не теряет глянца и будет иметь молочный цвет. Если же травить дольше, то его поверхность становится белой и слегка матовой. С увеличением времени воздействия кислоты белый слой становится толще. Если необходимо оставить на органическом стекле прозрачные места, то эти части поверхности покрывают тонким слоем воска. После промывки и сушки воск удаляют.
Работая с серной кислотой, помните, что она опасна, так как при попадании капель воды разбрызгивается. Попавшие на кожу брызги могут вызвать тяжелые ожоги. Поэтому работать следует в резиновых перчатках и в защитных очках. Для погружения детали или изделия в кислоту пользуйтесь пинцетом. На случай попадания кислоты на кожу или одежду всегда имейте под рукой нейтрализующий действие кислоты крепкий раствор питьевой соды или 10 %-ный раствор нашатырного спирта.
3.5.2. Усилитель звуковой частоты «электронное ухо»
Устройство позволяет прослушивать в лесу голоса птиц, может быть использовано как УЗЧ в изготавливаемых приемниках и т. д. Он представляет собой высокочувствительный усилитель звуковой частоты, собранный на трех транзисторах (рис. 3.28).
Рис. 3.28. Принципиальная схема «Электронного уха»
Сигнал с микрофона ВМ1 подается через конденсатор С2 на первый каскад усилителя, собранный на транзисторе VT1. Это эмиттерный повторитель (каскад с общим коллектором), он обеспечивает согласование выходного сопротивления микрофона с входным сопротивлением УЗЧ (об этом написано в главе «Полупроводниковые приборы»).
Если микрофон ВМ1 подключить сразу к каскаду усиления с общим эмиттером, который имеет относительно невысокое входное сопротивление, то не вся мощность, развиваемая микрофоном, будет использована. Нагрузкой эмиттерного повторителя является переменный резистор R2, который одновременно является регулятором усиления.
С первого каскада сигнал подается на базу второго каскада усиления, собранного на транзисторе VT2 по схеме с общим эмиттером. Этот каскад имеет относительно большой коэффициент усиления. Напряжение смещения на базу (выбор рабочей точки) подается через гасящий резистор R3. Ток протекает по цепи: «+»GB1—R5 — эмиттер-база VT2—R3 — «—»GB1. На всех трех последовательно соединенных элементах цепи (R5,VT2,R3) создается падение напряжения, пропорциональное сопротивлению этих элементов постоянному току.
Конденсатор С3 осуществляет развязку между первым и вторым каскадами по постоянному току. Для стабилизации режима работы второго каскада при изменении температуры окружающей среды в цепь эмиттера транзистора VT2 включен резистор R5. Он создаст отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току. А чтобы не было ООС по переменному току (из-за чего уменьшилось бы усиление сигнала), параллельно резистору включен конденсатор С5 большой емкости, который для переменного тока имеет малое сопротивление. С нагрузки каскада — резистора R4 — сигнал подается через разделительный конденсатор С4 на вход третьего (выходного) каскада, собранного на транзисторе VT3. В цепи эмиттера он тоже имеет стабилизирующую цепочку R8C6, а его нагрузкой являются головные высокоомные телефоны BF1. Смещение на базу подастся через гасящий резистор R7.
В качестве источника питания может быть использована батарея «Крона», аккумулятор 7Д-01 или же две последовательно соединенные батареи 3336Л.
Фильтр нижних частот R6C1 предотвращает возможность самовозбуждения УЗЧ по цепи питания (для этого цепи питания транзисторов первых двух каскадов по переменному току закорачиваются на корпус через конденсатор С1).
Чтобы обеспечить большую чувствительность усилителя, необходимо использовать малошумящие транзисторы с большим коэффициентом усиления и малым обратным током коллектора (об этих параметрах написано в главе «Полупроводниковые приборы»). Подойдут для этих целей транзисторы П416Б. Другие возможные замены можно найти в главе 4.
Постоянные резисторы MЛT-0,125 и МЛТ-0,25, переменный резистор ТКД или другой, совмещенный с выключателем питания SA1. Можно установить, в крайнем случае, переменный резистор типа СП-1 и отдельно выключатель питания. Конденсаторы К50-6 либо другие аналогичные, микрофон МД-64, но вполне подойдет другой чувствительный микрофон. Головные телефоны ТОН-1 или ТОН-2, соединенные последовательно для увеличения сопротивления нагрузки усилителя.
Часть деталей усилителя смонтирована на плате толщиной 1,5…2 мм из изоляционного материала (рис. 2.29, а). Плату размещают в небольшом самодельном или подобранном заранее корпусе (рис. 2.29, б), так, чтобы наружу выступала ось переменного резистора R2, на которую надевают ручку. Плата может быть как с навесным монтажом, так и печатная.
Рис. 3.29. Монтажная плата (а) и корпус (б) устройства «Электронного уха»
Микрофон лучше всего закрепить металлическим хомутиком к корпусу усилителя, а для увеличения дальности действия «электронного уха» надо надеть на микрофон рупор, склеенный из картона или чертежной бумаги.
Налаживание усилителя заключается в проверке и установке (если это понадобится) силы тока коллекторов транзисторов.
Вначале миллиамперметр включают в цепь коллектора транзистора VT1 и подбором резистора R1 добиваются силы тока 0,2 мА. Затем устанавливают силу тока транзистора VT2 в пределах 0,3…0,5 мА, затем транзистора VT3 в пределах 0,8…1,0 мА. Но настройка будет значительно эффективнее, если использовать осциллограф и генератор звуковой частоты. Для этого вместо резистора R1 использовать постоянный резистор сопротивлением примерно 300…350 кОм и переменный резистор сопротивлением 250…200 кОм, а вместо резистора R7 — постоянный резистор сопротивлением 200…250 кОм и переменный резистор сопротивлением 250…200 кОм. Использование осциллографа и генератора звуковых частот позволяет не просто добиться максимального усиления, а получить от каждого каскада наибольшее (но, может быть, не максимальное) усиление при минимальных искажениях сигнала (в данном случае синусоиды).
Пользуются «электронным ухом» так. Включают питание и направляют рупор в нужную сторону. Переменным резистором R2 устанавливают такое усиление, при котором хорошо прослушиваются лесные шумы или звуки на расстоянии нескольких метров, но усилитель еще не возбуждается. Кроме того, необходимо помнить, что при большом усилении усилитель может возбудиться из-за акустической связи между микрофоном и телефоном. Чтобы избежать этого, надо устройство держать на некотором расстоянии впереди себя.
3.5.3. Электронная сирена с усилителем
Сирена — это прибор для получения звуков различной высоты. Их устанавливают на специальных автомашинах, используют для подачи сигнала тревоги. Сирена может найти применение и в различных играх. Кроме того, на примере этого устройства можно изучить принцип формирования различных звуков с помощью электронных средств.
Электронная сирена (рис. 3.30) выполнена на четырех маломощных низкочастотных транзисторах и представляет собой два симметричных мультивибратора. Один из них, собранный на транзисторах VT1, VT2, генерирует колебания частотой 1…2 Гц, другой, на транзисторах VT3, VT4, — более высокой частоты.
Рис. 3.30. Принципиальная схема электронной сирены
К выходу первого мультивибратора подключена интегрирующая цепочка R5C3, на выходе которой имеется пилообразное напряжение. Этим напряжением управляется второй мультивибратор, в результате чего на резисторе-нагрузке R9 получается последовательность импульсов различной длительности, имитирующих и телефонах звук механической сирены. Постоянная времени цепи наряда интегрирующей цепи τ3= (R4 + R5)∙C3 = 1,12 с, а разряда τp = (R5 + Rэк VT2)∙С3 = 0,6 с.
С учетом того, что за время t3 конденсатор С3 заряжается до 63 % от максимума, можно считать, что за время действия импульса мультивибратора (T/2 ~= 0,5) напряжение на нем увеличивается почти линейно. Разряжается конденсатор почти в два раза быстрее, чем заряжается.
Транзисторы в сирене могут быть серий МП39—МП42 со статическим коэффициентом передачи тока 30…50, резисторы — мощностью от 0,125 Вт, конденсаторы — любого типа с номинальным напряжением более 9 В.
Частота повторения сигнала сирены определяется сопротивлением резисторов R2, R3 и емкостью конденсаторов C1, С2, а тональность звучания зависит от сопротивления резисторов R7, R8 и емкости конденсаторов С4, С5. Номиналы выше указанных резисторов и конденсаторов могут быть и иными по сравнению с указанными на схеме.
Период колебаний симметричного мультивибратора определяется по формуле:
Т = 1,4R6C = 1,4∙110∙10 3 ∙10∙10 -6 = 1,54 с.
Схема УЗЧ, к которому можно подключить электронную сирену, приведена на рис. 3.31.
Рис. 3.31. Принципиальная схема УЗЧ к электронной сирене
На входе усилителя стоит частотно-зависимый делитель напряжения R1C1, где R1 одновременно выполняет роль регулятора громкости. Предварительный усилитель выполнен на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Его нагрузкой является резистор R3 (сопротивление диода VD1 в прямом направлении мало, им можно пренебречь). Он не только усиливает сигнал, но и обеспечивает усилителю мощности двухтактный режим работы. Затем — на усилитель мощности, собранный по двухтактной схеме. Затем сигнал подается на предоконечный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Этот каскад нужен для того, чтобы обеспечить двухтактный режим работы выходного каскада. Для облегчения этой задачи и упрощения схемы каскада в нем использованы транзисторы разной структуры — VT2 структуры р-n-р и VT3 — структуры n-р-n. При этом транзистор VT2 усиливает отрицательные полуволны, a VT3 — положительные.
С нагрузок каскада (резисторы R4 и R5) сигналы поступают далее на транзисторы VT4 и VT5 выходного каскада усиления мощности. Мощные колебания звуковой частоты со средней точки (точки симметрии) поступают через конденсатор С3 к головке ВА1 громкоговорителя и преобразуются в звуковые колебания.
Емкость конденсатора С3 должна быть возможно большей, чтобы не оказывать заметного сопротивления колебаниям низких звуковых частот.
Диод VD1 обеспечивает устранение переходных искажений типа «ступеньки». Суть искажений состоит в том, что выходной сигнал с транзистора отслеживает входной сигнал с разницей на величину падения напряжения Uбэ; на положительном интервале входного сигнала выходное напряжение примерно на 0,6 В меньше, чем входное, на отрицательном интервале — наоборот (рис. 3.32).
Рис. 3.32. Иллюстрация переходных искажений типа «ступеньки»
Коллекторный ток транзистора VT1 создает на этом диоде падение напряжения в доли вольта, которое вместе с усиливаемым сигналом подается на базы транзисторов VT2 и VT3. При этом на базе транзистора VT2 имеется отрицательное напряжение смещения, а на базе транзистора VT3 — положительное. В результате транзисторы несколько приоткрываются и уменьшают искажение слабого сигнала, т. е. усилитель работает в режиме АВ.
С точки симметрии выходных транзисторов постоянное и переменное напряжения через резистор R2 подаются на базу транзистора VT1, за счет чего создается ООС, которая стабилизирует работу всего усилителя.
Питается усилитель совместно с электронной сиреной от источника GB1, составленного из двух последовательно соединенных батарей 3336Л. Чтобы исключить возможность самовозбуждения усилителя через источник питания, последний зашунтирован конденсатором С4.
В усилителе использованы постоянные резисторы МЛТ-0,25, переменные — СП-1, конденсаторы К50-6. Транзисторы МП39 можно заменить любыми другими из серии МП39—МП42, транзистор МП38 — любым из серии МП35—МП38, транзистор П213Б — аналогичными транзисторами средней мощности (например, П213—П217) с возможно большим коэффициентом передачи тока. Вместо диода Д9Д подойдет другой диод этой серии. Динамическая головка ВА1 мощностью 3–4 Вт и сопротивлением звуковой катушки 5…10 Ом. Причем наибольшую выходную мощность, а значит, и громкость звука удастся получить с головкой, обладающей меньшим сопротивлением. Большинство деталей размещены на печатной плате, которая показана на рис. 3.33.
Рис. 3.33. Печатная плата электронной сирены
Выходные транзисторы устанавливают на радиаторы, изготовленные по размерам на рис. 3.34 из алюминия толщиной 1,5…2 мм.
Рис. 3.34. Размеры радиатора для транзистора
На радиаторе как можно точнее нужно разметить места отверстий под выводы транзисторов. Поверхность радиатора, с которой должен соприкасаться транзистор, зачищают мелкозернистой наждачной бумагой или лезвием ножа. Выводы эмиттера и базы не должны касаться стенок отверстий. Окончательно транзистор к радиатору прижимают фланцем. Чем лучше контакт между корпусом транзистора и радиатором, тем меньше будет нагрев транзистора и тем большую мощность удастся получить от усилителя.
Хорошим пластинчатым радиатором может быть металлический корпус прибора или его внутренние перегородка. Для обеспечения хорошего теплового контакта необходимо поверхность транзистора, прилежащую к радиатору, смазать невысыхающей смазкой, например силиконовой. Это позволит снизить тепловое сопротивление контакта в полтора-два раза. А если радиатор содержит раковины или другие изъяны, удалить которые невозможно, можно использовать свинцовую прокладку. Для этого пластину свинца аккуратно раскатывают или расплющивают между двумя гладкими плоскими брусками до толщины около 0,5 мм и вырезают прокладку необходимых размеров и формы. Мелкозернистой наждачной бумагой зачищают обе ее стороны, устанавливают под транзисторы и туго сжимают узел винтами. Прокладка не должна быть толще 1 мм, так как теплопроводность свинца не высока.
Радиаторы с транзисторами крепят к корпусу прибора с помощью отверстий в их отгибах. Платы усилителя и электронной сирены укрепляют в корпусе подходящих размеров. На передней стенке корпуса устанавливают динамическую головку, переменный резистор и выключатель питания.
Напротив диффузора головки в стенке вырезают отверстие и закрывают его неплотной тканью. Входные зажимы усилителя и выходные зажимы электронной сирены размещают на задней стенке корпуса.
При налаживании усилителя в первую очередь измеряют напряжение в общей точке соединения эмиттера транзистора VT4 и коллектора транзистора VT5 — оно должно быть равно половине напряжения источника питания. Точнее это напряжение устанавливают подбором сопротивления резистора R2. Далее проверяют ток покоя коллекторов выходных транзисторов, включив миллиамперметр в цепь коллектора любого из транзисторов. Наилучший режим — не более 20 мА — устанавливают подбором диода. Так, если ток значительно превышает указанное значение, устанавливают диод с меньшим прямым сопротивлением или включают параллельно ему такой же диод. При малом значении тока понадобится диод с бóльшим прямым сопротивлением, либо включить последовательно с диодом резистор и подбором сопротивления резистора установить нужный ток. На этом налаживание заканчивается.
При большой громкости звучания усилитель совместно с электронной сиреной потребляет значительный ток и источника питания из двух батарей хватит на 2…3 часа непрерывной работы. Поэтому включать прибор надо на непродолжительное время.
Переходное искажение типа «ступеньки» можно наблюдать с помощью осциллографа. Для этого подать на вход усилителя с генератора звуковых частот напряжение частотой 1 кГц и такой величины, чтобы выходное напряжение усилителя, т. е. напряжение на эквиваленте нагрузки — резисторе сопротивлением, равным сопротивлению динамической головки, — было равно 0,5…1 В. Если теперь закоротить выводы диода VD1, появятся искажения типа «ступеньки».
3.5.4. Когда напряжение сети нестабильно [1]
Предлагаемое устройство защищает радиоаппаратуру быстрым отключением ее от питающей сети при изменении ее напряжения более допустимых пределов.
Решать описанные проблемы поможет полуавтомат, схема которого приведена на рис. 3.35.
Рис. 3.35. Схема полуавтомата защиты радиоаппаратуры
Основой предлагаемого полуавтомата служит мощное электромагнитное реле K1. Для питания его обмотки постоянным током применен выпрямительный мост VD2—VD4, подключенный к сети через гасящие конденсаторы С1 и С2. Включают устройство кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом реле K1 срабатывает, а его замыкающиеся контакты К1.1 блокируют контакты пусковой кнопки. Конденсатор С1 обеспечивает необходимый пусковой ток реле при включении. В рабочем режиме реле удерживается током, текущим через конденсатор С2, до напряжения сети не ниже 160 В. При налаживании устройства емкость конденсатора С2 (а иногда и конденсатора С1) приходится подбирать для каждого типа реле индивидуально.
При повышении напряжения сети до 240 В открываются стабилитроны VD7 и VD8. Одновременно срабатывает оптрон U1 и открывается тринистор VS1, который блокирует цепь питания обмотки реле К1. В результате реле отпускает, его размыкающиеся контакты К1.1 отключают нагрузку устройства от питающей сети переменного тока.
Конденсатор С3, шунтирующий резистор R3 в цепи управления тринистором VS1, предотвращает срабатывание защиты от импульсных помех. Резисторы Rl, R2 ограничивают броски тока через контакты пусковой кнопки SB1, одновременно являясь «предохранителями» в случае пробоя конденсатора С1 или С2.
Диод VD5 улучшает быстродействие устройства, которое определяется в основном типом примененного реле и составляет доли секунды. Время отпускания реле РЭН33, использованного в описываемом устройстве, не превышает 4 мс, что вполне достаточно для надежного срабатывания защиты. Резистор R5 ограничивает ток, текущий через светодиод оптрона U1. Подбором его (в пределах 8…25 кОм) можно регулировать в небольших пределах (5…10 В) порог срабатывания защиты по превышению входного напряжения.
Конструктивно полуавтомат выполнен в виде переносного удлинителя (рис. 3.36).
Рис. 3.36. Конструкция полуавтомата
На его лицевой стенке-крышке установлены сетевая розетка Х2, кнопочный выключатель SB1 (КМ2-1 или П2К без фиксации) и индикатор HL1. Электромагнитное реле (РЭН33), тринистор VS1 и все другие детали смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного материала, которая размещена в пластмассовом корпусе.
Реле К1 может быть любого типа на рабочее напряжение 12…60 В, а его контакты рассчитаны на ток не менее 2…3 А при напряжении сети 220 В. При этом, соответственно, должно быть и номинальное напряжение конденсатора С4.
Конденсаторы С1 и С2 — К73, МБМ, МБГО на номинальное напряжение не менее 350 В (С2 лучше на 400 В). Стабилитроны VD7 и VD8 заменимы на аналогичные, суммарное напряжение стабилизации которых может быть от 310 до 340 В при токе 10… 12 мА. При меньшем суммарном напряжении стабилизации этих приборов (250…300 В) резистор R5 должен быть сопротивлением 30…47 кОм и большей рассеиваемой мощности. В этом случае увеличится нестабильности порога срабатывания защиты.
Диодный оптрон АОД101А (U1) допустимо заменить транзисторным серии АОТПО или АОТ127, соединив резистор R4 с эмиттером фототранзистора, анод тринистора VS1 — с выводом его коллектора, а между базой и эмиттером установить резистор сопротивлением 1 МОм. При этом и тринистор может быть с большим током управления, например, серии КУ201 или КУ202.
Налаживание устройства сводится в основном к подбору конденсаторов С2 и С1. Подбирая первый из них, добиваются отключения устройства при снижении напряжения сети до 160170 В, а второй — надежного включения Пусковой кнопкой SB1. Не исключен и подбор резистора R5 — для обеспечения надежного срабатывания системы защиты при напряжении сети, превышающим 240…250 В. При настройке не следует забывать о мерах электробезопасности — ведь все элементы устройства гальванически связаны с электросетью повышенной опасности.
В заключение несколько практических советов, связанных с возможными изменениями в самом устройстве защиты.
Если возникнут трудности с подбором высоковольтных стабилитронов VD7 и VD8, то возможно применение одного стабилитрона КС533А с дополнительным транзистором КТ940А, как показано на рис. 3.37, а. Переменным резистором R8 устанавливают напряжение порога срабатывания системы защиты. Однако ее надежность при этом несколько снизится, так как транзистор VT1 может «уходить на обрыв», и устройство не отключит нагрузку в случае превышения входного переменного напряжения. Стабилитроны же, как правило, выходят из строя на «замыкание», и это приводит лишь к отключению нагрузки.
Устройство удастся упростить, если заменить тринистор VS1 и оптрон U1 оптотиристором соответствующей мощности — с выходным импульсным током не менее 1 А, например, серии ЛОУ160. Полуавтомат с таким оптроном должен надежно блокировать по питанию обмотку реле К1 быстрой разрядкой конденсатора С4. Наиболее распространенный оптрон серии ЛОУ10З выдерживает импульсный ток значением до 0,5 А, которого может оказаться недостаточно для надежной работы устройства.
Вообще же оптрон можно заменить маломощным импульсным трансформатором. Подойдет, например, согласующий трансформатор усилителя 3Ч переносного транзисторного радиоприемника или аналогичный, обмотки которого содержат по 150…300 витков провода ПЭВ-2 0,15…0,3. Обмотку с меньшим числом витков подключают к цепи управления тринистором VS1 (рис. 3.37, б), а обмотку с большим числом витков — вместо излучающего диода оптрона U1. Резисторы R3 и R4 в этом случае из устройства удаляют.
Рис. 3.37. Некоторые возможные изменения в конструкции полуавтомата
Для надежной работы устройства в качестве SB1 следует установить кнопку, рассчитанную на полный пусковой ток защищаемого устройства. В цепь анода тиристора VS1 желательно установить ограничительный резистор сопротивлением порядка 10 Ом, он предохранит тиристор от возможного пробоя разрядным током конденсатора С4.
3.5.5. Тиристорный регулятор напряжения
Этот прибор позволяет регулировать напряжение на активной нагрузке в пределах от нескольких десятков вольт до 220 В при нагрузке мощностью до 1000 Вт. Принципиальная схема регулятора приведена на рис. 3.38.
Рис. 3.38. Принципиальная схема тиристорного регулятора напряжения
Тринисторы VS1 и VS2 включены навстречу друг другу — параллельно между собой и последовательно с нагрузкой; они поочередно пропускают ток то в одном, то в другом направлении.
При включении регулятора в сеть в первый момент оба тринистора закрыты и конденсаторы C1, С2 заряжаются через переменный резистор R5.
Выходное напряжение устанавливают с помощью переменного резистора R5, который совместно с конденсаторами C1, С2 образует фазосдвигающую цепочку. Тринисторы управляются импульсами, формируемыми с помощью динисторов VS3, VS4.
Если тринисторы VS1, VS2 установить на радиаторы, то можно увеличить нагрузку до 1,5 кВт.
В некоторый момент времени, который определяется сопротивлением включенной в цепь части резистора R5, когда напряжение на конденсаторах станет равным напряжению включения Uвкл динистора, открывается один из динисторов (какой именно, зависит от полярности полупериода) и параллельно конденсатору, например С2, подключается цепочка из двух резисторов R3, R4.
На резисторе R4 появляется скачок напряжения, равный половине напряжения переключения (=< 5 В). Напряжение на конденсаторе Uc2 распределяется между резисторами R3, R4 и динистором VS4. Этот скачок напряжения включит тринистор VS2, и через нагрузку потечет ток. Отключается указанный тринистор в начале отрицательного полупериода сетевого напряжения; тогда же начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй динистор и второй тринистор.
Резисторы Rl, R4, каждый по 51 Ом, рекомендуется подключать в цепь управления для повышения надежности работы тринисторов.
Особенность работы этой схемы состоит в том, что в ней используются оба полупериода переменного тока.
При использовании динисторов типа КН102Б или КН102В емкости конденсаторов C1, С2 надо уменьшить до 0,2 мкФ и 0,15 мкФ соответственно. Напряжения переключения для них равны 7 В и 10 В соответственно. Конденсаторы любые малогабаритные на напряжение не менее 300 В. Постоянные резисторы типа МЛТ или ВС, переменный резистор типа СП2-2-1.
3.5.6. Два варианта включения ламп дневного света[2]
Традиционные элементы пускового устройства лампы дневного света (ЛДС) — дроссель и стартер. При выходе из строя или отсутствии этих деталей можно воспользоваться предлагаемыми вариантами включения ЛДС с использованием доступных элементов.
На рис. 3.39, а приведена схема пускового устройства, для которого понадобится повышающий трансформатор и включенный последовательно с ним бумажный конденсатор емкостью 12…25 мкФ на напряжение не менее 350 В.
Трансформатор можно намотать на магнитопроводе сечением 2 см 2 . Его обмотка I должна содержать 500 витков провода ПЭВ-2 0,8…0,9, а обмотка II — 2800 витков провода ПЭВ-2 0,25…0,3.
В качестве трансформатора подойдет любой готовый понижающий с напряжением на вторичной обмотке 12…36 В (например, выходной трансформатор кадровой развертки телевизора ТВК-110ЛМ) и мощностью не менее 5 Вт. Его первичная обмотка используется как обмотка II, а вторичная — как I.
Рис. 3.39. Два варианта включения ламп дневного света
Емкость конденсатора не изменяют при включении в сеть нескольких (до пяти) ЛДС, соединив последовательно обмотки I их трансформаторов (рис. 3.39, б). Параллельно обмоткам подпаивают выводы выключателей, которыми можно зажигать одну, две или все лампы.
При необходимости к обмоткам II допустимо подключать две последовательно соединенные ЛДС мощностью по 20 Вт или одну мощностью 40 Вт.
3.6. ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ
3.6.1. Определение назначения обмоток сетевого трансформатора
Если требуется определить назначение обмоток трансформатора транзисторного приемника, магнитофона или магнитолы, то в первую очередь определяют сетевую обмотку, которая содержит большее число витков и поэтому обладает высоким сопротивлением. Обмотку меньшего сопротивления, обычно не превышающего 10,8 Ом, считают вторичной (понижающей).
При отсутствии омметра сетевую обмотку находят с помощью компаса. Выполняется это так. Устанавливают рядом с трансформатором или кладут прямо на его сердечник обыкновенный компас, присоединяя поочередно к выводам обмоток гальванический элемент или батарею, и наблюдают за стрелкой компаса. Та обмотка, которая отклоняет стрелку на больший угол, и представляет собой сетевую обмотку.
3.6.2. Определение числа витков обмоток сетевого трансформатора
Обмотать боковые стержни сердечника одним-двумя слоями бумаги, осторожно продевая провод, намотать на катушку трансформатора поверх имеющихся обмоток еще одну дополнительную обмотку. Число витков wдоп обмотки желательно взять не менее 25, а в качестве обмоточного провода применить любой изолированный провод диаметром 0,15…0,51 мм. Затем собрать схему, изображенную на рис. 3.40, и установить с помощью автотрансформатора такое напряжение на первичной обмотке I, при котором показание вольтметра равно Uдоп = 46 В. Перевести переключатель в положение 2–1 и записать второе показание U1 вольтметра.
Рис. 3.40. Схема для определения чиста витков сетевого трансформатора
Вычислить число витков обмотки w1 по формуле:
w1 = wдоп∙(U1/Uдоп)
После определения w1 нетрудно таким же способом вычислить число витков и других обмоток.
3.6.3. Нахождение обмотки с бóльшим числом витков
Если об обмоточных проводах трансформатора ничего не известно и сопротивления обмоток не сильно отличаются друг от друга, то обмотку трансформатора, содержащую бóльшее число витков Об, находят следующим образом.
Для этого следует иметь гальванический элемент и миллиамперметр или вольтметр. Присоединяют к одной из обмоток (например, АВ) гальванический элемент, а к другой (CD) — миллиамперметр (рис. 3.41) с предельным значением тока 1 мА. Источник напряжения и прибор подключают к обмоткам так, чтобы при включении элемента стрелка миллиамперметра отклонялась влево, а при отключении — вправо.
Рис. 3.41. Схема для нахождения обмотки трансформатора с большим числом витков
Замкнув и разомкнув контур I, меняют местами гальванический элемент и миллиамперметр и размыкают контур II. Обмотку Об определяют по величине угла отклонения стрелки. Этот угол больше в том случае, если миллиамперметр присоединён к обмотке Об.
3.6.4. Электродвигатель станет сильнее
Увеличение паспортной мощности на 15 % достигается с помощью регулируемого по напряжению выпрямительного блока. Благодаря ему устраняются потери, связанные с перемагничиванием сердечника, что существенно уменьшает вероятность выхода из строя двигателей от перегрузок, увеличивает срок их службы.
В качестве регулятора предлагается схема с использованием тиристоров типа 2У202М, 2У202Н, КУ202М, КУ202Н либо с буквенным обозначением К или Л (рис. 3.42).
Рис. 3.42. Схема регулятора напряжения для электродрели
В мостовой схеме выпрямителя используются диоды Д245А, Д246А, но можно Д245, Д246, Д245В, Д247. Резистор R1 — составной.
В качестве индикатора включения аппарата используется неоновая лампа МН-9. В схеме применены три выключателя тумблерного типа ТП1-2.
Изменяя потенциометром R3 напряжение на управляющем электроде тиристора VS1, регулируем ток, проходящий через тиристор VS1, а следовательно, и ток, проходящий через мост.
В схеме предусмотрено подключение для двух видов нагрузки: Rн1 и Rн2. Первая предназначена для потребителей переменного тока, а вторая — постоянного. Нагрузку, например, дрель включаем в один из обозначенных разрывов цепи: Rн1 или Rн2. Соответственно, надо накоротко замкнуть свободный разрыв цепи выключателем SA2 или SA3. В первом случае вращением потенциометра R3 изменяем частоту вращения дрели, во втором — изменяем и частоту вращения и мощность коллекторного электродвигателя.
Наладка собранной схемы производится с помощью регулирования двух резисторов R1 и R3 при подключенной нагрузке. Вместо R1 временно можно поставить переменный резистор сопротивлением 20 кОм. Движок его ставится в среднее положение. И далее, перемещая движок, следует добиться вращения электродвигателя под нагрузкой от максимальных до минимальных оборотов. Затем надо заменить переменный резистор постоянным.
Регулятор напряжения собирается на текстолитовой плате и размещается в подходящем корпусе сетевого удлинителя с выводом ручки потенциометра R3 наружу.
3.6.5. Устройство для намагничивания магнитов [3]
Устройство работает следующим образом (рис. 3.43).
Рис. 3.43. Схема устройства для намагничивания магнитов
После включения питания начинается заряд накопительного конденсатора С1 через цепочку VD2, R5, R6, VD1. Через 15…20 сек загорается индикатор HL1 «Готов», сигнализирующий о том, что напряжение на С1 достигло рабочей величины (120 В). Теперь можно нажать кнопку SB1, через тиристор VS1 и катушку-соленоид L1 происходит разряд конденсатора С1. Импульс тока, прошедший через L1, создает магнитное поле, которое намагничивает заготовку из магнитного материала, находящуюся внутри соленоида.
Катушка L1 может иметь различную форму и число витков, а также может быть снабжена сердечником необходимой формы из ферромагнитного материала. В данном случае катушка L1 имеет 20 витков провода МГШВ-0,35 на сердечнике из электротехнической стали, заготовки из сплава ЮНД4 в ней намагничиваются до уровня 30…50 мТл.
Очевидно, что изменив номиналы элементов схемы, можно добиться других уровней остаточной индукции, например, увеличения намагниченности можно добиться, увеличив емкость конденсатора С1 и сопротивление резистора R3.
Налаживание устройства состоит в подборе сопротивления резистора R1 до максимально возможной величины, при которой надежно открывается и затем закрывается тиристор VS1 (после зажигания индикатора «Готов» и нажатия и отпускания кнопки «Разряд»).
3.6.6. Как размагнитить инструмент
Конструкция, о которой пойдет разговор, не столько демонстрационное пособие, сколько полезный прибор для школы, кружка, дома. Ведь вам часто приходится пользоваться инструментом из магнитного материала, и вы наверняка замечали, что со временем он становится постоянным магнитом — начинает притягивать мелкие предметы и детали: гайки, шайбы, винты. А это неудобно для работы, следовательно, инструмент нужно размагничивать.
Для этой цели служит приспособление, показанное на рис. 3.44, а. Оно состоит из катушки индуктивности L1, понижающего трансформатора T1 и кнопочного выключателя SB1.
Электрическая схема соединений деталей приведена на рис. 3.44, б. Когда на катушку подают питающее напряжение, катушка создает переменное магнитное поле — оно и размагничивает инструмент.
Рис. 3.44. а) Приспособление для размагничивания инструмента б) схема устройства для размагничивания инструмента
Из плотной бумаги склейте каркас катушки толщиной 1,5…2 и длиной 80 мм. Внутренний диаметр каркаса 30…35 мм. По краям каркаса установите щечки толщиной 5…6 и диаметром 80 мм.
На каркас намотайте обмотку — примерно 1 000 витков провода ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,7…0,9 мм. Сопротивление такой обмотки будет около 8 Ом.
Понижающий трансформатор — любой конструкции, с напряжением на обмотке II 10…15 В при токе нагрузки до 2 А.
Включив установку в сеть, нажмите кнопку выключателя и введите внутрь каркаса катушки, например, отвертку. Подержите ее 10…15 с, а затем выключите установку. Если отвертка не успела размагнититься, операцию повторите.
При отсутствии намагниченных инструментов можете взять, скажем, толстый гвоздь, намагнитить его с помощью постоянного магнита, а затем размагнитить на установке. Индикатором степени намагниченности и эффекта размагничивания допустимо использовать компас.
1. Сила тока в паяльнике 0,9 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике и сопротивление обмотки паяльника.
2. Определите сопротивление электрической лампы, на баллоне которой написано: 220 В, 100 Вт.
3. У какой лампы сопротивление нити накала больше: мощностью 50 Вт или 100 Вт, если они рассчитаны на одинаковое напряжение?
4. Сопротивление какой цепи переменному току больше, во сколько раз и почему (рис. 3.45, а, б)?
Рис. 3.45. Сопротивление какой цепи переменному току больше, во сколько раз и почему?
Рис. 3.46. При каких соотношениях ХС и XL в цепи будет резонанс напряжения
6. На рис. 3.47 показан трансформатор и приведены значения напряжений и сила токов во вторичных обмотках. Укажите все возможные варианты соединения вторичных обмоток трансформатора, величины напряжений и допустимую силу токов в полученных обмотках.
Рис. 3.47. Указать все возможные варианты соединения вторичных обмоток трансформатора