Tính toán mạch điện xoay chiều. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu

 Bình luận bài viết

Ngoài các điện trở có một số điện trở, cuộn cảm và tụ điện có thể được đưa vào mạch điện. Đối với dòng điện một chiều, hành vi của chúng rất đơn giản và rõ ràng - cuộn dây có một số điện trở, thường nhỏ, bằng điện trở của dây mà nó quấn vào và tụ điện không dẫn điện, và điện trở của nó có thể được coi là lớn vô cùng ( một ngoại lệ là tụ điện oxit, có dòng điện rò rỉ nhỏ). Những phần tử này hoạt động hoàn toàn khác nhau trên dòng điện xoay chiều. Đặc biệt, một EMF cảm ứng xuất hiện ở các cực của cuộn dây và dòng điện bắt đầu chạy qua tụ điện, định kỳ sạc lại các tấm. Hãy nói về điều này chi tiết hơn.

Dòng điện xoay chiều có tên như vậy vì nó thay đổi liên tục theo thời gian. Bạn có thể nghĩ ra nhiều loại dòng điện xoay chiều khác nhau, nhưng thông thường chúng ta đang xử lý một quá trình tuần hoàn tự lặp lại sau một khoảng thời gian nhất định, được gọi là chu kỳ T. Nghịch đảo của nó được gọi là tần số của quá trình: f \u1d XNUMX/T. Đây là số dao động hoặc chu kỳ mỗi giây.

Hình dạng của các rung động cũng rất quan trọng. Cách tốt nhất để quan sát nó là bằng máy hiện sóng. Dao động có thể là một chuỗi xung tuần hoàn, hình chữ nhật, hình tam giác và nói chung là bất cứ thứ gì bạn thích. Nhưng hóa ra là bất kỳ dao động tuần hoàn phức tạp nhất nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của các dao động hình sin đơn giản nhất có tần số f, 2f, 3f, v.v. Dao động đầu tiên có tần số f được gọi là sóng hài cơ bản, các dao động tiếp theo là các sóng hài thứ hai, thứ ba, v.v. Về mặt toán học, điều này được gọi là mở rộng chuỗi Fourier và theo cách này, sự truyền các dao động phức tạp qua các mạch vô tuyến khác nhau thường được phân tích nhiều nhất. Bây giờ, chúng ta sẽ xử lý các dao động hình sin, làm cơ sở cho bất kỳ phân tích phức tạp nào hơn.

Điện áp hình sin (điều hòa) được mô tả bằng hàm U = Umsin(ωt - φ0), đồ thị của nó được thể hiện trong hình. mười một.

Đối số của hàm là thời điểm hiện tại t, tùy thuộc vào việc điện áp U thay đổi. Các giá trị còn lại đóng vai trò là tham số dao động: Um - giá trị biên độ của điện áp, hay đơn giản là biên độ; ω = 2πf - tần số góc; φ0 - pha ban đầu. Để hiểu rõ hơn ý nghĩa của các tham số này, trong hình. 12, a, b, c cho thấy sự thay đổi về biên độ, tần số và pha ban đầu ảnh hưởng như thế nào đến dao động.

Khi nói về điện áp hoặc dòng điện xoay chiều, chúng thường có nghĩa là các giá trị hiệu dụng (hiệu dụng) U, I của chúng bằng 0,7 (chính xác hơn là 1 / √2) với biên độ Um, lm, tức là U = 0,7Um, I = 0,7lm. Các phép tính có thể được thực hiện cả với biên độ và giá trị hiệu dụng, tất nhiên kết quả sẽ thu được ở cùng một giá trị.

Cần lưu ý một lần nữa rằng điều này chỉ đúng với tín hiệu thuần túy hình sin. Tín hiệu ở dạng khác có mối quan hệ hoàn toàn khác nhau giữa biên độ, giá trị trung bình và hiệu dụng. Ví dụ, đối với tín hiệu hình chữ nhật, các giá trị biên độ của điện áp và dòng điện bằng giá trị hiệu dụng và đối với tín hiệu ở dạng xung ngắn, biên độ có thể lớn hơn giá trị hiệu dụng mười lần. Giá trị trung bình của dòng điện xoay chiều thuần túy (không có thành phần không đổi) trong một khoảng thời gian bằng XNUMX.

Tỷ lệ giữa biên độ và giá trị hiệu dụng của tín hiệu không hình sin thay đổi khi nó đi qua các mạch có phần tử phản ứng, điều này phải luôn được ghi nhớ. Hãy chú ý đến những giá trị nào được hiển thị bởi các dụng cụ đo lường bạn sử dụng. Một ví dụ đơn giản về đo điện áp nguồn: vôn kế của hệ thống điện từ phản ứng với giá trị trung bình sẽ hiển thị bằng 0, vôn kế của hệ thống điện từ - giá trị hiệu dụng là 220 V, vôn kế có đầu dò cực đại - hơn 300 V. Nhưng hãy quay lại vấn đề tính toán dòng điện xoay chiều.

Nếu chỉ có điện trở hoạt động trong mạch, việc tính toán được thực hiện theo cách tương tự như trong mạch DC sử dụng định luật Ohm và quy tắc Kirchhoff. Một điều nữa là nếu cuộn cảm và tụ điện được lắp đặt trong mạch. Đại số thông thường không còn phù hợp ở đây nữa và phải sử dụng số phức.

Điện trở tổng của cuộn cảm bằng tổng điện trở tác dụng của dây dẫn và điện trở cảm ứng của cuộn dây. Cái sau có những đặc điểm đặc trưng: thứ nhất, nó tăng tỷ lệ với tần số của dòng điện xoay chiều (ở dòng điện một chiều nó bằng 90), và thứ hai, điện áp giải phóng trên nó dẫn dòng điện lệch pha XNUMX °. Tỷ lệ điện trở cảm ứng của cuộn dây với điện trở tác dụng được gọi là hệ số chất lượng và thường nằm trong khoảng từ vài đơn vị đối với cuộn dây tần số thấp đến vài trăm đơn vị đối với cuộn dây tần số cao.

Các tụ điện thường có hệ số chất lượng rất cao và điện dung của chúng tỷ lệ nghịch với tần số. Điện áp trên tụ lệch pha 90° so với dòng điện. Điện trở cảm ứng và điện dung được gọi là phản ứng. Không giống như những cái đang hoạt động, năng lượng không bị tiêu tán trên chúng - nó chỉ có thể tích tụ trong cuộn dây và tụ điện và được đưa trở lại mạch điện. Vì lý do này, điện kháng không có thật mà là đại lượng ảo và trong tính toán, dấu j = √ được đặt trước ký hiệu của chúng-1. Hơn nữa, tất cả các phép toán đại số được thực hiện theo cách thông thường, có tính đến các quy tắc: 1/j = -j, j2 = -1.

Tổng điện trở của mạch Z = r + jX chứa phần thực - điện trở tác dụng r và phần ảo - điện kháng X, và XL = jωL, XC - 1/jωC = - j/ωC. Điện trở XL và điện trở điện dung XC có dấu khác nhau, biểu thị độ lệch hoặc độ trễ của điện áp trên điện trở này so với dòng điện. Trong một số trường hợp, việc biết giá trị tuyệt đối hoặc mô đun trở kháng IZI=√ là rất hữu íchr²+X².

Ví dụ: hãy tìm tổng điện trở của mạch chứa điện trở, cuộn cảm và tụ điện (Hình 13): Z=r+jωL+1/jωC = r+j(ωL-1/jωC) = r+ jX.

Chúng ta thấy rằng điện trở hoạt động r không phụ thuộc vào tần số, trong khi X phản kháng phụ thuộc và khá đáng kể. Trên hình. Hình 14 biểu diễn đồ thị cho thấy điện kháng, điện dung và điện kháng tổng của mạch X thay đổi theo tần số như thế nào. Điện kháng tổng biến mất ở một tần số nhất định ω0 - tần số cộng hưởng.

Ở tần số cộng hưởng, điện kháng cảm ứng bằng điện dung và dấu của chúng khác nhau nên được bù. Dễ tìm: ω0L = 1/ω0С; ω02 = 1/LC. Từ đây, thu được công thức Thomson nổi tiếng về tần số cộng hưởng của mạch dao động gồm một cuộn dây và một tụ điện: f0 = 1/(2π√LC).

Vì chúng ta đang nói về mạch điện, nên sẽ rất hữu ích khi đề cập đến một thông số quan trọng khác - hệ số chất lượng của mạch điện. Nó bằng tỷ số mô đun p của điện kháng của cuộn dây hoặc tụ điện ở tần số cộng hưởng (trong đó chúng bằng nhau) với điện trở tác dụng r: Q = p / r. Nếu tụ điện có tổn hao không đáng kể, trường hợp này thường xảy ra thì hệ số chất lượng của mạch điện bằng hệ số chất lượng của cuộn dây. Điện kháng ở tần số cộng hưởng có thể được tìm thấy mà không cần tính chính tần số cộng hưởng: p = √L / C. Hệ số chất lượng là tối đa (mang tính xây dựng) và có thể đạt tới vài trăm nếu điện trở r chỉ là điện trở của dây cuộn và không có điện trở bổ sung nào được đưa vào mạch.

Tổng điện trở của mạch như hình vẽ. 13 có thể được mô tả như một điểm trong hệ tọa độ, trong đó các điện trở hoạt động được vẽ dọc theo trục hoành và các điện trở phản kháng dọc theo trục tung (Hình 15).

Đây là cách các con số thường được mô tả trên mặt phẳng phức. Ở tần số thấp, điện dung (điện kháng âm) chiếm ưu thế trong mạch và điểm nằm ở phía dưới trục hoành (trường hợp ω→0). Ở tần số cộng hưởng Z = r và X = 0. Ở tần số cao hơn tần số cộng hưởng, điểm sẽ nằm phía trên trục hoành (trường hợp ω-∞). Quỹ tích của tất cả các điểm đối với các tần số khác nhau tạo thành một đường thẳng đứng và ở bất kỳ tần số nào, rất dễ tìm được mô đun trở kháng bằng đồ thị, như được biểu thị đối với một số tần số ω>ω0.

Bây giờ, nối các đầu ra của mạch (xem Hình 13) với nguồn điện áp xoay chiều U (bộ tạo tín hiệu tiêu chuẩn có điện trở trong không đáng kể), tần số của nguồn này có thể thay đổi được (Hình 16).

Dòng điện trong mạch vẫn được xác định bằng định luật Ohm: I = U/Z. Tất nhiên, dòng điện sẽ xoay chiều, có cùng tần số với nguồn và nếu U là giá trị hiệu dụng của điện áp thì I sẽ là giá trị hiệu dụng của dòng điện. Nhưng Z là một đại lượng phức tạp! Giá trị hiện tại cũng sẽ phức tạp, có nghĩa là sự dịch pha của dòng điện so với điện áp đặt vào.

Hãy làm đơn giản hơn: chia điện áp cho mô đun trở kháng và lấy mô đun hiện tại: |l| =U/|Z|. Cần biết pha của dòng điện? Chúng ta đã có nó - đây là góc <p trên biểu đồ trong Hình. 15.

Thật vậy, ở tần số thấp, dòng điện qua điện dung dẫn đến điện áp (φ âm), ở tần số cộng hưởng φ = 0, ở tần số cao dòng điện qua điện trở cảm ứng trễ hơn điện áp (φ dương). Bây giờ chúng ta có thể dễ dàng xây dựng các đường cong cộng hưởng - các giá trị biên độ (Hình 17, a) và pha của dòng điện (Hình 17, b) trong mạch cộng hưởng nối tiếp tùy thuộc vào tần số.

Câu hỏi tự kiểm tra. Vẽ đồ thị (ít nhất là xấp xỉ) điện áp trên cuộn dây và trên tụ điện dưới dạng hàm của tần số trong thí nghiệm này (đối với mạch điện như trong Hình 16). Cũng hãy thử trả lời câu hỏi, điện áp này lớn hơn (hoặc nhỏ hơn) bao nhiêu lần so với điện áp máy phát có hệ số chất lượng của mạch Q - 100? Câu trả lời là cần thiết với độ chính xác không quá vài phần trăm.

câu trả lời. Mạch bao gồm một máy phát nối tiếp, điện trở hoạt động, điện cảm và điện dung. Để tìm ra điện áp trên cuộn dây và trên tụ điện, cần nhân cường độ dòng điện trong mạch với điện trở của các phần tử này. Ở tần số cộng hưởng, điện kháng của cuộn dây và tụ điện bằng nhau nhưng trái dấu nên chúng triệt tiêu nhau. Cường độ dòng điện trong mạch là U/r. Điện áp trên cuộn dây UL và tụ Uc bằng nhau, lệch pha và tạo thành Up/r = UQ. Như vậy, ở tần số cộng hưởng chúng lớn hơn điện áp máy phát Q = 100 lần.

Khi tần số giảm thì dòng điện trong mạch giảm, điện kháng của cuộn dây cũng giảm nên điện áp trên cuộn dây UL có xu hướng bằng không. Điện trở của điện dung tăng, do đó điện áp trên tụ Uc không giảm quá nhanh và có xu hướng không bằng 16 mà bằng điện áp máy phát U. Điều này dễ dàng nhận thấy từ mạch điện trong hình. XNUMX - ở tần số thấp nhất, điện dung lớn hơn rất nhiều so với điện cảm và tích cực nên gần như toàn bộ điện áp của máy phát đặt vào tụ điện.

Khi tần số tăng (trên tần số cộng hưởng), dòng điện trong mạch và điện dung giảm và Uc có xu hướng bằng XNUMX. Điện áp trên cuộn dây UL, do sự tăng điện kháng của nó, có xu hướng không bằng XNUMX mà bằng điện áp máy phát.

Đồ thị về sự phụ thuộc tần số của điện áp UL và UC tương tự như đồ thị hiện tại (Hình 17), nhưng các nhánh bên của đồ thị được nâng lên, trong trường hợp đầu tiên - ở bên phải (ở vùng tần số cao), trong trường hợp thứ hai - ở bên trái (ở vùng tần số thấp), như thể hiện ở cây lúa. 61.

Tác giả: V.Polyakov, Moscow

Xem các bài viết khác razdela Radio nghiệp dư cho người mới bắt đầu.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang 05.05.2024

Thế giới khoa học và công nghệ hiện đại đang phát triển nhanh chóng, hàng ngày các phương pháp và công nghệ mới xuất hiện mở ra những triển vọng mới cho chúng ta trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những đổi mới như vậy là sự phát triển của các nhà khoa học Đức về một phương pháp mới để điều khiển tín hiệu quang học, phương pháp này có thể dẫn đến tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực quang tử học. Nghiên cứu gần đây đã cho phép các nhà khoa học Đức tạo ra một tấm sóng có thể điều chỉnh được bên trong ống dẫn sóng silica nung chảy. Phương pháp này dựa trên việc sử dụng lớp tinh thể lỏng, cho phép người ta thay đổi hiệu quả sự phân cực của ánh sáng truyền qua ống dẫn sóng. Bước đột phá công nghệ này mở ra triển vọng mới cho việc phát triển các thiết bị quang tử nhỏ gọn và hiệu quả có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn. Việc điều khiển phân cực quang điện được cung cấp bởi phương pháp mới có thể cung cấp cơ sở cho một loại thiết bị quang tử tích hợp mới. Điều này mở ra những cơ hội lớn cho ... >>

Bàn phím Primium Seneca 05.05.2024

Bàn phím là một phần không thể thiếu trong công việc máy tính hàng ngày của chúng ta. Tuy nhiên, một trong những vấn đề chính mà người dùng gặp phải là tiếng ồn, đặc biệt là ở các dòng máy cao cấp. Nhưng với bàn phím Seneca mới của Norbauer & Co, điều đó có thể thay đổi. Seneca không chỉ là một bàn phím, nó là kết quả của 5 năm phát triển để tạo ra một thiết bị lý tưởng. Mọi khía cạnh của bàn phím này, từ đặc tính âm thanh đến đặc tính cơ học, đều được xem xét và cân bằng cẩn thận. Một trong những tính năng chính của Seneca là bộ ổn định im lặng, giúp giải quyết vấn đề tiếng ồn thường gặp ở nhiều bàn phím. Ngoài ra, bàn phím còn hỗ trợ nhiều độ rộng phím khác nhau, thuận tiện cho mọi người dùng. Mặc dù Seneca vẫn chưa có sẵn để mua nhưng nó được lên kế hoạch phát hành vào cuối mùa hè. Seneca của Norbauer & Co đại diện cho các tiêu chuẩn mới trong thiết kế bàn phím. Cô ấy ... >>

Khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới 04.05.2024

Khám phá không gian và những bí ẩn của nó là nhiệm vụ thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học từ khắp nơi trên thế giới. Trong bầu không khí trong lành của vùng núi cao, cách xa ô nhiễm ánh sáng thành phố, các ngôi sao và hành tinh tiết lộ bí mật của chúng một cách rõ ràng hơn. Một trang mới đang mở ra trong lịch sử thiên văn học với việc khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới - Đài thiên văn Atacama của Đại học Tokyo. Đài quan sát Atacama nằm ở độ cao 5640 mét so với mực nước biển mở ra cơ hội mới cho các nhà thiên văn học trong việc nghiên cứu không gian. Địa điểm này đã trở thành vị trí cao nhất cho kính viễn vọng trên mặt đất, cung cấp cho các nhà nghiên cứu một công cụ độc đáo để nghiên cứu sóng hồng ngoại trong Vũ trụ. Mặc dù vị trí ở độ cao mang lại bầu trời trong xanh hơn và ít bị nhiễu từ khí quyển hơn, việc xây dựng đài quan sát trên núi cao đặt ra những khó khăn và thách thức to lớn. Tuy nhiên, bất chấp những khó khăn, đài quan sát mới mở ra triển vọng nghiên cứu rộng lớn cho các nhà thiên văn học. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ Điện thoại thông minh giá rẻ của Lenovo với chip Snapdragon 17.01.2015 Điện thoại thông minh 4G giá rẻ mới của Lenovo đã được ra mắt tại CES 2015 ở Las Vegas. Tác phẩm mới thuộc dòng A của nhà sản xuất Trung Quốc. Mẫu Lenovo A6000 sử dụng màn hình IPS 5 inch độ phân giải 1280 x 720 pixel. Phần cứng của máy dựa trên vi xử lý lõi tứ Qualcomm Snapdragon 410 với xung nhịp 1,2 GHz và hệ thống đồ họa Adreno 306. Hệ điều hành Android 4.4 KitKat với lớp vỏ Vibe 2.0 độc quyền chịu trách nhiệm về thành phần phần mềm. Chiếc điện thoại rẻ tiền này có camera chính 8 megapixel với chức năng tự động lấy nét và đèn flash LED. Moodule quang học phía trước cho ảnh tự chụp và cuộc gọi điện video là 2 megapixel. Dung lượng RAM được giới hạn ở 1 GB, dung lượng bộ nhớ flash là 8 GB. Lưu trữ nội dung kỹ thuật số có thể mở rộng bằng thẻ nhớ microSD có thể tháo rời. Thiết bị được công bố hỗ trợ các giao tiếp không dây sau: 4G LTE, 3G, Wi-Fi 802.11 b / g / n, Bluetooth 4.0 và GPS. Có hai khe cắm thẻ SIM. Dung lượng pin được công bố là 2300 mAh. Thiết bị nặng 128 gram và độ dày của thân máy là 8,2 mm. Giá Lenovo A6000 - $ 169.

Tin tức thú vị khác:

▪ Vật chất tối có thể làm nóng các hành tinh từ bên trong

▪ Đại dương dưới Bắc Kinh

▪ Bộ xử lý điện thoại thông minh độc quyền của LG

▪ Máy hút bụi Robot Toshiba mới

▪ Siêu âm cột sống

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Thợ điện trong nhà. Lựa chọn các bài viết

▪ bài viết hyđrát. biểu hiện phổ biến

▪ bài viết Hầu hết cư dân sống trong một ngôi nhà ở thành phố nào? đáp án chi tiết

▪ bài Đói Cơm. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng

▪ bài viết Bộ lặp - phần đính kèm tìm hướng vào đài phát thanh trong băng tần 27 MHz. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ Bài viết Đồng hồ ma thuật. tiêu điểm bí mật

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web

www.diagram.com.ua
2000-2024