Цепь электронная: определение, элементы, схемы. Топология и методы расчета – 1.2. Электрическая цепь и ее элементы

Содержание

электронная цепь — это… Что такое электронная цепь?


электронная цепь

3.10.2 электронная цепь (electronic circuit): Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным элементом.

3.16 электронная цепь (electronic circuit): Цепь, включающая минимум одно электронное комплектующее.

3.10.2 электронная цепь (electronic circuit): Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным элементом.

3.20 электронная цепь: Цепь, которая включает в себя не менее чем одно электронное комплектующее.

3.9.2 электронная цепь (electronic circuit): Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным комплектующим.

8»3

Электронная цепь

Электрическая цепь, в элементах которой используется явление электрической проводимости в газах, в вакууме и в полупроводниках

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • Электронная управляющая машина коммутационной техники связи
  • ЭЛЕКТРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Смотреть что такое «электронная цепь» в других словарях:

  • электронная цепь — Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным комплектующим. [ГОСТ Р 52161.1 2004 (МЭК 60335 1:2001)] EN electronic circuit circuit incorporating at least one electronic component [IEC 60335 1, ed. 4.0 (2001 05)] FR circuit… …   Справочник технического переводчика

  • Электронная цепь — English: Electronic circuit Электрическая цепь, в элементах которой используется явление электрической проводимости в газах, в вакууме и в полупроводниках (по ГОСТ 19880 74) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник …   Строительный словарь

  • защитная электронная цепь — 3.21 защитная электронная цепь: Электронная цепь, предотвращающая опасную ситуацию при ненормальных условиях работы. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • цепь — сущ., ж., употр. часто Морфология: (нет) чего? цепи, чему? цепи, (вижу) что? цепь, чем? цепью, о чём? о цепи и на цепи; мн. что? цепи, (нет) чего? цепей, чему? цепям, (вижу) что? цепи, чем? цепями, о чём? о цепях и о цепях 1. Цепью называют ряд… …   Толковый словарь Дмитриева

  • Электронная — 8. Электронная вычислительная машина ЭВМ Electronic computer Вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения ориги …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электронная пушка — в составе электронно лучевой трубки Электронная пушка  устройство, с помощью которого получают пучок электронов с заданной кинетической энергией и заданной конфигурации. Чаще всего используется в кинескопах и других электронно лучевых тру …   Википедия

  • ГОСТ Р МЭК 60065-2002: Аудио-, видео- и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности — Терминология ГОСТ Р МЭК 60065 2002: Аудио , видео и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности оригинал документа: 2.6 Защита от поражения электрическим током, изоля ция 2.6.1 КЛАСС I Конструкция аппарата, в которой защита от… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Рука с мечом, разрубающим цепь — ( …   Википедия

  • отказоустойчивая цепь — 3.1.54 отказоустойчивая цепь: Электрическая и/или электронная система, связанная с обеспечением безопасности, которая работает заданным образом в случае отказа оборудования. 3.1.55 выключатель безопасности: Электромеханическое устройство,… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 52161.1-2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 52161.1 2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.4.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В между… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации


Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Элементами электрической цепи являются: источник тока, нагрузка и проводники. Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь.

В состав электрической цепи могут входить и другие элементы, таки как устройства коммутации, устройства защиты.

Как известно, для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока. Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Важно, что для протекания тока в цепи, цепь должна быть замкнута!

Типы электрических цепей

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

  • последовательная электрическая цепь;
  • параллельная электрическая цепь;
  • последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательная электрическая цепь.

В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.

Рисунок 2. Последовательная электрическая цепь.

При таком соединении элементов цепи ток имеет только один путь протекания от источника тока к нагрузке.При этом общий ток цепи Iобщ будет равен току через каждый элемент цепи:

Iобщ=I1=I2=I3

Падение напряжения вдоль всей цепи, то есть на участке А-Б (Uа-б), будет равно приложенному к этому участку напряжению E и равно сумме падений напряжений на всех участках цепи (резисторах):

E=Uа-б=U1+U2+U3

Параллельная электрическая цепь.

В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.

Рисунок 3. Параллельная электрическая цепь.

В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи

Iобщ будет равен сумме токов параллельных ветвей:

Iобщ=I1+I2+I3

Падение напряжения на всех резисторах будет равно приложенному напряжению к участку с параллельным соединением резисторов:

E=U1=U2=U3

Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно (рисунок 4).

Рисунок 4. Последовательно-параллельная электрическая цепь.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Электронная цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Электронная цепь

Cтраница 1

Электронная цепь характеризуется двумя основными показателями: набором элементов и способом их соединения. В зависимости от числа полюсов, различают двухполюсные и многополюсные элементы.  [1]

Электронная цепь — электрическая цепь, в элементах которой используется явление электрической проводимости в газах, в вакууме и в полупроводниках.  [3]

Какая силовая электронная цепь постоянного тока эквивалентна трансформатору.  [4]

Анализ электронной цепи включает в себя составление математической модели исследуемой цепи, например линейной схемы замещения, и математический анализ полученной модели. Рассмотрим анализ уже полученной модели, применив теорию графов.  [5]

Анализ электронных цепей, как активных, так и пассивных, основанный на матричном исчислении, позволяет определять передаточную функцию H ( s), связывающую две физические величины.  [6]

Для электронных цепей, использующих дискретные транзисторы в виде комплектующих элементов, при решении уравнений (1.35) — (1.38) вводят упрощения: устраняют из указанных уравнений Пространственные производные от плотности неосновных носителей.  [7]

Конструктор электронных цепей часто характеризует такие системы, как системы со смешанной отрицательной и положительной обратной связью, причем последняя относится к контуру с положительным усилением. Поскольку фазовый сдвиг, связанный с обычной передаточной функцией, зависит от частоты ( и может оказаться равным 180), то дать общее определение положительной и отрицательной обратной связи тяжело. Однако в большинстве случаев применение этих терминов ясно.  [9]

Моделирование электронных цепей состоит в определении функции цепи и отклонения функции цепи. Функция цепи зависит от параметров цепи в билинейной и биквадратной форме, на биквадратный случай распространяют метод корневого годографа. В определении отклонения функции цепи используются методы максимума и минимума, теоретико-вероятностный, Монте-Карло, методика смешанного расчета.  [10]

Синтез электронных цепей связывают с выбором таких эквивалентных схем, которые обладают оптимальными допусками. Синтез электронных цепей используют при решении проблемы точности с регулируемыми параметрами цепей.  [11]

Набор электронных цепей, которым должны снабжаться процессор или периферийные устройства с целью обеспечения совместимости их интерфейсов.  [12]

В электронных цепях для придания свойства однонаправленности и независимости при соединении данного элемента цепи с последующим используются катодные или эмиттерные повторители с коэффициентом передачи, близким к единице, и малым выходным сопротивлением. Часто условие независимости практичерки выполняется, если отдельные элементы цепи разделены усилительными каскадами. В дальнейшем для простоты, рассматривая какую-либо изолированную электрическую цепь или иное устройство, будем полагать условие независимости выполненным, не указывая, как это достигается.  [14]

В теории электронных цепей принято проектирование разделять на последовательные этапы: аппроксимацию, синтез схемы, синтез параметров элементов, синтез допусков.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Электронная цепь — это… Что такое Электронная цепь?



Строительный словарь.

  • Электронная лампа
  • Электрооборудование

Смотреть что такое «Электронная цепь» в других словарях:

  • электронная цепь — Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным комплектующим. [ГОСТ Р 52161.1 2004 (МЭК 60335 1:2001)] EN electronic circuit circuit incorporating at least one electronic component [IEC 60335 1, ed. 4.0 (2001 05)] FR circuit… …   Справочник технического переводчика

  • электронная цепь — 3.10.2 электронная цепь (electronic circuit): Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным элементом. Источник: ГОСТ Р МЭК 60745 1 2005: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • защитная электронная цепь — 3.21 защитная электронная цепь: Электронная цепь, предотвращающая опасную ситуацию при ненормальных условиях работы. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • цепь — сущ., ж., употр. часто Морфология: (нет) чего? цепи, чему? цепи, (вижу) что? цепь, чем? цепью, о чём? о цепи и на цепи; мн. что? цепи, (нет) чего? цепей, чему? цепям, (вижу) что? цепи, чем? цепями, о чём? о цепях и о цепях 1. Цепью называют ряд… …   Толковый словарь Дмитриева

  • Электронная — 8. Электронная вычислительная машина ЭВМ Electronic computer Вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения ориги …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электронная пушка — в составе электронно лучевой трубки Электронная пушка  устройство, с помощью которого получают пучок электронов с заданной кинетической энергией и заданной конфигурации. Чаще всего используется в кинескопах и других электронно лучевых тру …   Википедия

  • ГОСТ Р МЭК 60065-2002: Аудио-, видео- и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности — Терминология ГОСТ Р МЭК 60065 2002: Аудио , видео и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности оригинал документа: 2.6 Защита от поражения электрическим током, изоля ция 2.6.1 КЛАСС I Конструкция аппарата, в которой защита от… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Рука с мечом, разрубающим цепь — ( …   Википедия

  • отказоустойчивая цепь — 3.1.54 отказоустойчивая цепь: Электрическая и/или электронная система, связанная с обеспечением безопасности, которая работает заданным образом в случае отказа оборудования. 3.1.55 выключатель безопасности: Электромеханическое устройство,… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 52161.1-2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 52161.1 2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.4.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В между… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации


электронная цепь — это… Что такое электронная цепь?


электронная цепь

 

электронная цепь
Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным комплектующим.
[ГОСТ Р 52161.1-2004 (МЭК 60335-1:2001)]

EN

electronic circuit
circuit incorporating at least one electronic component
[IEC 60335-1, ed. 4.0 (2001-05)]

FR

circuit électronique
circuit comportant au moins un composant électronique
[IEC 60335-1, ed. 4.0 (2001-05)]

EN

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

  • электронная управляющая машина коммутационной техники связи
  • электронная цифровая вычислительная машина

Смотреть что такое «электронная цепь» в других словарях:

  • электронная цепь — 3.10.2 электронная цепь (electronic circuit): Цепь, которая оснащена не менее чем одним электронным элементом. Источник: ГОСТ Р МЭК 60745 1 2005: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электронная цепь — English: Electronic circuit Электрическая цепь, в элементах которой используется явление электрической проводимости в газах, в вакууме и в полупроводниках (по ГОСТ 19880 74) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник …   Строительный словарь

  • защитная электронная цепь — 3.21 защитная электронная цепь: Электронная цепь, предотвращающая опасную ситуацию при ненормальных условиях работы. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • цепь — сущ., ж., употр. часто Морфология: (нет) чего? цепи, чему? цепи, (вижу) что? цепь, чем? цепью, о чём? о цепи и на цепи; мн. что? цепи, (нет) чего? цепей, чему? цепям, (вижу) что? цепи, чем? цепями, о чём? о цепях и о цепях 1. Цепью называют ряд… …   Толковый словарь Дмитриева

  • Электронная — 8. Электронная вычислительная машина ЭВМ Electronic computer Вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах Источник: ГОСТ 15971 90: Системы обработки информации. Термины и определения ориги …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электронная пушка — в составе электронно лучевой трубки Электронная пушка  устройство, с помощью которого получают пучок электронов с заданной кинетической энергией и заданной конфигурации. Чаще всего используется в кинескопах и других электронно лучевых тру …   Википедия

  • ГОСТ Р МЭК 60065-2002: Аудио-, видео- и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности — Терминология ГОСТ Р МЭК 60065 2002: Аудио , видео и аналогичная электронная аппаратура. Требования безопасности оригинал документа: 2.6 Защита от поражения электрическим током, изоля ция 2.6.1 КЛАСС I Конструкция аппарата, в которой защита от… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Рука с мечом, разрубающим цепь — ( …   Википедия

  • отказоустойчивая цепь — 3.1.54 отказоустойчивая цепь: Электрическая и/или электронная система, связанная с обеспечением безопасности, которая работает заданным образом в случае отказа оборудования. 3.1.55 выключатель безопасности: Электромеханическое устройство,… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 52161.1-2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 52161.1 2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.4.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В между… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации


RC цепь | Практическая электроника

R – это резистор, С – конденсатор, а вместе они образуют RC-цепь, то есть это цепь, которая состоит из конденсатора и резистора. Все просто  😉

Немного теории

Как вы помните, конденсатор представляет из себя две обкладки на некотором расстоянии друг от друга.

обкладки конденсатора

Вы, наверное, помните, что его емкость зависит от площади обкладок, от расстояния между ними, а также от вещества, которое находится между обкладками.  Или формулой для плоского конденсатора:

формула плоского конденсатора

где

RC цепь

Ладно, ближе к делу. Пусть у нас имеется конденсатор. Что с ним можно сделать? Правильно, зарядить 😉  Для этого берем источник постоянного напряжения и подаем заряд на конденсатор, тем самым заряжая его:

RC цепь

В результате, у нас конденсатор зарядится. На одной обкладке будет положительный заряд, а на другой обкладке – отрицательный:

Даже если убрать батарею, у нас заряд на конденсаторе все равно сохранится в течение какого-то времени.

Сохранность заряда зависит от сопротивления материала между пластинами. Чем оно меньше, тем быстрее со временем будет разряжаться конденсатор, создавая ток утечки. Поэтому самыми плохими, в плане сохранности заряда, являются электролитические конденсаторы, или в народе – электролиты:

электролитические конденсаторы

Но что произойдет, если к конденсатору мы подсоединим резистор?

Конденсатор разрядится, так как цепь станет замкнутой.

Постоянная времени RC-цепи

Кто хоть чуть-чуть шарит в электронике, прекрасно понимает эти процессы. Это все банальщина. Но дело в том, что мы не можем наблюдать процесс разрядки конденсатора, просто посмотрев на цепь. Для этого нам понадобится цифровой осциллограф с функцией записи сигнала. Благо на моем рабочем столе уже есть место этому прибору:

Итак, план действий будет такой: мы будем заряжать конденсатор с помощью блока питания, а потом разряжать  его на резисторе и смотреть осциллограмму, как разряжается конденсатор. Соберем классическую схему, которая есть в любом учебнике по электронике:

в этот момент мы заряжаем конденсатор

потом переключаем тумблер S в другое положение и разряжаем конденсатор, наблюдая процесс разряда конденсатора на осциллографе

Думаю, с этим все понятно. Ну что же, приступим к сборке.

Берем макетную плату и собираем схемку. Конденсатор я взял емкостью в 100мкФ, а резистор 1 КилоОм.

Вместо тумблера S я буду вручную перекидывать желтый проводок.

Ну все, цепляемся щупом осциллографа к резистору

и смотрим осциллограмму, как разряжается конденсатор.

разряд конденсатора

Те, кто впервые читает про RC-цепи, думаю, немного удивлены. По логике, разряд должен проходить прямолинейно, но здесь мы видим загибулину.  Разряд происходит по так называемой экспоненте. Так как я не люблю алгебру и матанализ, то не буду приводить различные математические выкладки. Кстати, а что  такое экспонента? Ну экспонента – это график функции “е в степени икс”. Короче, все учились в школе, вам лучше знать 😉

Так как при замыкании тумблера у нас получилась RC-цепь, то у нее есть такой параметр, как постоянная времени RC-цепи. Постоянная времени RC-цепи обозначается буквой t , в другой литературе обозначают большой буквой T. Чтобы было проще для понимания, давайте также будем обозначать постоянную времени RC цепи большой буквой Т.

Итак, думаю стоит запомнить, что постоянная времени RC-цепи равняется произведению номиналов сопротивления и емкости и выражается в секундах, или формулой:

T=RC

где T – постоянная времени , Секунды

R – сопротивление, Ом

С – емкость, Фарады

Давайте посчитаем, чему равняется постоянная времени нашей цепи. Так как у меня конденсатор емкостью в 100 мкФ, а резистор 1 кОм, то постоянная времени равняется T=100 x 10-6 x 1 х 103 =100 x 10-3 = 100 миллисекунд.

Для тех, кто любит считать глазами, можно построить уровень в 37% от амплитуды сигнала и затем уже аппроксимировать на ось времени. Это и будет постоянная времени RC-цепи. Как вы видите, наши алгебраические расчеты почти полностью сошлись с геометрическими, так как цена деления стороны одного квадратика по времени равняется 50 миллисекундам.

постоянная времени RC цепи

В идеальном случае конденсатор сразу же заряжается, если на него подать напряжение. Но в реальном все-таки есть некоторое сопротивление ножек, но все равно можно считать, что заряд происходит почти мгновенно. Но что будет, если заряжать конденсатор через резистор? Разбираем прошлую схему и стряпаем новую:

исходное положение

как только мы замыкаем ключ S, у нас конденсатор начинает заряжаться от нуля и до значения 10 Вольт, то есть до значения, которое мы выставили на блоке питания

Наблюдаем осциллограмму, снятую с конденсатора

заряд конденсатора

Ничего общего не увидели с прошлой осциллограммой, где мы разряжали конденсатор на резистор? Да, все верно. Заряд тоже идет по экспоненте ;-). Так как радиодетали у нас одинаковые, то и постоянная времени тоже одинаковая. Графическим способом она высчитывается как 63% от амплитуды сигнала

RC цепь

Как вы видите, мы получили те же самые 100 миллисекунд.

По формуле постоянной времени RC-цепи, нетрудно догадаться, что изменение номиналов сопротивления и конденсатора повлечет за собой изменение и постоянной времени. Поэтому, чем меньше емкость и сопротивление, тем короче по времени постоянная времени. Следовательно, заряд или разряд будет происходить быстрее.

Для примера, давайте поменяем значение емкости конденсатора в меньшую сторону. Итак, у нас был конденсатора номиналом в 100 мкФ, а мы поставим 10 мкФ, резистор оставляем такого же номинала в 1 кОм. Посмотрим еще раз на графики заряда и разряда.

Вот так заряжается наш конденсатор номиналом в 10 мкФ

RC цепь

А вот так он разряжается

RC цепь

Как вы видите, постоянная времени цепи в разы сократилась. Судя по моим расчетам она стала равняться T=10 x 10-6 x 1000 = 10 x 10-3 = 10 миллисекунд. Давайте проверим графо-аналитическим способом, так ли это?

Строим на графике заряда или разряда прямую на соответствующем уровне и аппроксимируем ее на ось времени. На графике разряда будет проще 😉

RC цепь

Одна сторона квадратика по оси времени у нас 10 миллисекунд (чуть ниже рабочего поля написано M:10 ms), поэтому нетрудно посчитать, что постоянная времени у нас 10 миллисекунд ;-). Все элементарно и просто.

То же самое можно сказать и про сопротивление.  Емкость я оставляю  такой же, то есть 10 мкФ, резистор меняю с 1 кОм на 10 кОм. Смотрим, что получилось:

RC цепь

По расчетам постоянная времени должна быть T=10 x 10-6 x 10 x 103 = 10 x 10-2 = 0,1 секунда или 100 миллисекунд. Смотрим графо-аналитическим способом:

RC цепь

100 миллисекунд 😉

Вывод: чем больше номинал конденсатора и резистора, тем больше постоянная времени, и наоборот, чем меньше номиналы этих радиоэлементов, тем меньше постоянная времени. Все просто 😉

Ладно, думаю, с этим все понятно. Но куда можно применить этот принцип зарядки и разрядки конденсатора?  Оказывается, применение нашлось…

 

Интегрирующая цепь

Собственно сама схема:

А что будет, если мы на нее будем подавать прямоугольный сигнал с разной частотой?  В дело идет китайский генератор функций:

Выставляем на нем частоту 1 Герц и размахом в 5 Вольт

Желтая осциллограмма – это сигнал с генератора функций, который подается на вход интегрирующей цепи на клеммы Х1, Х2, а с выхода мы снимаем красную осциллограмму, то есть с клемм Х3, Х4:

осциллограмма интегрирующей цепи

Как вы могли заметить, конденсатор почти полностью успевает зарядиться и  разрядиться.

Но что будет, если мы добавим частоту? Выставляю на генераторе частоту в 10 Герц. Смотрим что у нас получилось:

RC цепь

Конденсатор не успевает заряжаться и разряжаться как уже приходит новый  прямоугольный импульс. Как мы видим, амплитуда выходного сигнала очень сильно просела, можно сказать, он скукожился ближе к нулю.

А сигнал в 100 Герц вообще не оставил ничего от сигнала, кроме малозаметных волн

RC цепь

Сигнал в 1 Килогерц на выходе вообще не дал ничего…

RC цепь

Еще бы! Попробуй-ка с такой частотой перезаряжать конденсатор 🙂

Все то же самое касается и других сигналов: синусоиды и треугольного. везде выходной сигнал почти равен нулю на частоте 1 Килогерц и выше.

RC цепь

RC цепь

“И это все, на что способна интегрирующая цепь?” – спросите вы. Конечно нет! Это было только начало.

Давайте разберемся… Почему у нас с возрастанием частоты сигнал стал прижиматься к нулю и потом вообще пропал?

Итак, во-первых, эта цепь у нас получается как делитель напряжения, и во-вторых, конденсатор – это частотно-зависимый радиоэлемент. Его сопротивление зависит от частоты. Про это можно прочитать в статье конденсатор в цепи постоянного и переменного тока. Следовательно, если бы мы подавали постоянный ток на вход (у постоянного тока частота 0 Герц), то и на выходе бы тоже получили тот же самый постоянный ток такого же значения, которое загоняли на вход. В это случае конденсатору ведь по барабану. Все что он сможет сделать в этой ситуации – тупо зарядиться по экспоненте и все. На этом его участь  в цепи постоянного тока заканчивается и он стает диэлектриком для постоянного тока.

Но как только в цепь подается переменный сигнал, конденсатор вступает в игру. Тут его сопротивление уже зависит от частоты. И чем она больше, тем меньшим сопротивлением обладает конденсатор. Формула сопротивления конденсатора от частоты:

RC цепь

где

ХС  – это сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и равняется приблизительно 3,14

F – частота, Герц

С – емкость конденсатора, Фарад

Итак, что в результате получается? А получается то, что чем больше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. На нулевой частоте у нас сопротивление конденсатора в идеале стает равно бесконечности (поставьте в формулу 0 Герц частоту). А так как у нас получился делитель напряжения

следовательно, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение. С ростом частоты сопротивление конденсатора очень сильно уменьшается и поэтому падение напряжения на нем стает почти 0 Вольт, что мы и наблюдали на осциллограмме.

Но на этом ништяки не заканчиваются.

Давайте вспомним, что из себя представляет сигнал с постоянной составляющей. Это есть ничто иное, как сумма переменного сигнала и постоянного напряжения. Взглянув на рисунок ниже, вам все станет ясно.

То есть в нашем случае можно сказать, этот сигнал (ниже на картинке) имеет в своем составе постоянную составляющую, другими словами, постоянное напряжение

Для того, чтобы выделить постоянную составляющую из этого сигнала, нам достаточно прогнать его через нашу интегрирующую цепь. Давайте  рассмотрим все это на примере. С помощью нашего генератора функций мы поднимем нашу синусоиду “над полом”, то есть сделаем вот так:

Итак, все как обычно, желтый входной сигнал цепи, красный  – выходной. Простая двухполярная синусоида дает нам на выходе RC интегрирующей цепи 0 Вольт:

RC цепь

Чтобы  понять, где нулевой уровень сигналов, я их пометил квадратиком:

RC цепь

Теперь давайте я добавлю постоянную составляющую в синусоиду, а точнее – постоянное напряжение, благо это сделать мне позволяет генератор функций:

RC цепь

Как вы видите, как только я поднял синус “над полом”, на выходе цепи я получил постоянное напряжение величиной в 5 Вольт. Именно на 5 Вольт я поднимал сигнал в генераторе функций ;-). Цепочка  выделила постоянную составляющую из синусоидального приподнятого сигнала без проблем. Чудеса!

Но мы так и не разобрались, почему цепь называется интегрирующей? Кто хорошо учился в школе, в классе эдак 8-9, то наверняка помнит геометрический смысл интеграла – это есть ничто иное, как площадь под кривой.

Давайте рассмотрим тазик с кубиками льда в двухмерной плоскости:

Что будет, если весь лед растает и превратится в воду? Все верно, вода ровным слоем покроет тазик одной плоскостью:

Но какой будет этот уровень воды? Вот именно – средний. Это среднее значение этих башен из кубиков льда. Так вот, интегрирующая цепочка делает то же самое! Тупо усредняет значение сигналов до одного постоянного уровня! Можно сказать, усредняет площадь до одного постоянного уровня.

Но самый смак получается тогда, когда мы подаем на вход прямоугольный сигнал. Давайте так и сделаем. Подадим положительный меандр на RC интегрирующую цепь.

RC цепь

Как вы видите, постоянная составляющая меандра равна половине его амплитуды. Думаю, вы уже и сами догадались, если бы представили тазик с кубиками льда). Или просто подсчитайте площадь каждого импульса и размажьте его равномерным слоем по осциллограмме, как гов…  как сливочное масло по хлебу 😉

Ну а теперь самое веселое. Сейчас я буду менять скважность  нашего прямоугольного сигнала, так как скважность – это ничто иное, как отношение периода на длительность импульса, следовательно, мы будем менять длительность импульсов.

Уменьшаю длительность импульсов

RC цепь

Увеличиваю длительность импульсов

RC цепь

Если никто ничего до сих пор не заметил, просто взгляните на уровень красной осциллограммы и все станет понятно.  Вывод: управляя скважностью, мы можем менять уровень постоянной составляющей. Именно этот принцип и заложен в ШИМ (Широтно-Импульсной Модуляции). О ней как-нибудь поговорим в отдельной статье.

 

Дифференцирующая цепь

Еще одно ругательное слово, которое пришло с математики – дифференцирующий. Башка начинает сразу же болеть от одного только их произношения. Но, куда деваться? Электроника и математика неразлучные друзья.

А вот и сама дифференциальная цепочка

В схеме мы только переставили резистор и конденсатор местами

Ну а теперь проведем также все опыты, как мы делали с интегрирующей цепью. Для начала подаем на вход дифференциальной цепи низкочастотный двухполярный меандр с частотой в 1,5 Герца и с размахом в 5 Вольт.  Желтый сигнал – это сигнал с генератора частоты, красный –  с выхода дифференциальной цепочки:

RC цепь

Как вы видите, конденсатор успевает почти полностью разрядится, поэтому у нас получилась вот такая красивая осциллограмма.

Давайте увеличим частоту до 10 Герц

RC цепь

Как видите, конденсатор не успевает разрядиться, как уже приходит новый импульс.

Сигнал в 100 Герц сделал кривую разряда еще менее заметной.

RC цепь

Ну и добавим частоту до 1 Килогерца

RC цепь

Какой на входе, такой и на выходе 😉 С такой частотой конденсатор вообще не успевает разряжаться, поэтому вершинки выходных импульсов гладкие и ровные.

Но и на этом тоже ништяки не заканчиваются.

Давайте я подниму входной сигнал над “уровнем моря”, то есть выведу его в положительную часть полностью. Смотрим, что получается на выходе (красный сигнал)

RC цепь

Ничего себе, красный сигнал по форме и по положению остался таким же, посмотрите – в нем нет постоянной составляющей, как в желтом сигнале, который мы подавали из нашего генератора функций.

Могу даже желтый сигнал вывести в отрицательную область, но на выходе мы все равно получим переменную составляющую сигнала без всяких хлопот:

RC цепь

Да и вообще пусть сигнал будет с небольшой  отрицательной постоянной составляющей, все равно на выходе мы получим переменную составляющую:

RC цепь

Все то же самое касается и любых других сигналов:

RC цепь

RC цепь

В результате опытов мы видим, что основная функция дифференциальной цепи – это выделение переменной составляющей из сигнала, который содержит в себе как переменную, так и постоянную составляющую. Иными словами – выделение переменного тока из сигнала, который состоит из суммы переменного тока и постоянного тока.

Почему так происходит? Давайте разберемся. Рассмотрим нашу дифференциальную цепь:

Если внимательно рассмотреть эту схему, то мы можем увидеть тот же самый делитель напряжения, как и в интегрирующей цепи. Конденсатор – частотно-зависимый радиоэлемент. Итак, если подать сигнал с частотой  в 0 Герц (постоянный ток), то у нас конденсатор тупо зарядится и потом вообще перестанет пропускать через себя ток. Цепь будет в обрыве. Но если мы будем подавать переменный ток, то и через конденсатор он тоже начнет проходить. Чем больше частота – тем меньше сопротивление конденсатора. Следовательно, весь переменный сигнал будет падать на резисторе, с которого мы как раз и снимаем сигнал.

Но если мы будем подавать смешанный сигнал, то есть переменный ток + постоянный ток, то на выходе мы получим просто переменный ток. В этом мы с вами уже убеждались на опыте. Почему так произошло? Да потому что конденсатор не пропускает через себя постоянный ток!

Заключение

Интегрирующую цепь также называют фильтром низких частот (ФНЧ), а дифференцирующую – фильтром высоких частот (ФВЧ). Более подробно про фильтры читаем здесь. Чтобы точнее их сделать, нужно провести расчет на нужную вам частоту. RC цепи используются везде, где надо выделить постоянную составляющую (ШИМ), переменную составляющую (межкаскадное соединение усилителей), выделить фронт сигнала, сделать задержку и тд… По мере глубины погружения в электронику вы будете часто встречаться с ними.

Занятие 01. Простейшая электрическая цепь

Простейшая схемаПростейшая электрическая цепь состоит из источника электрического тока и потребителя. Возьмем, например, в качестве источника обычную батарейку, а в качестве потребителя обычную лампочку. Если лампочку и батарейку соединить проводниками параллельно, то лампочка загорится. Конечно при этом должно соблюдаться условие, что рабочее напряжение лампочки соответствует рабочему напряжению батарейки. В данном примере напряжение равно 1,5 вольта.

Для того, чтобы цепь можно было разрывать тогда, когда нам удобно — в один из проводников добавим выключатель.

Итак, на первом рисунке вы видите схематичное изображение простейшей электрической цепи, состоящей из источника питания (батарейки), потребителя (лампочки) и устройства для разрыва цепи (выключателя). На следующем рисунке туже самую цепь мы изобразим в виде чертежа.

Чертеж электрической цепи

Соединительные провода на чертеже обозначаются обычными линиями. Вверху чертежа кружок со скещенными линиями обозначает лампочку. Внизу батарейка обозначается двумя линиями, отображенными перпендикулярно к соединительным проводам. Одна линия короче (это отрицательный полюс), другая длиннее (это положительный полюс). Линии изображены параллельно друг другу и не соприкасаются, т.к. между отрицательным и положительным полюсом должна быть среда или пространство, не проводящее электрический ток.

Когда цепь замкнута (выключатель включен), то ток идет от отрицательного полюса к положительному. Лампочка также является проводником тока, но у неё в отличие от обычных проводников в результате нагрева спираль светится и создается эффект свечения. Как только мы размыкаем цепь (выключатель отключен) электроны останавливаются и эффект свечения прекращается.

Сама батарейка состоит из электролита и воткнутых в него электродов, к которым подключаются электрические провода. Внутри электролита протекает химическая реакция, в результате которой между электродами возникает разность потенциалов, которая называется «напряжение разомкнутой цепи». Отрицательный электрод по-отношению к электролиту называется «окислителем». Окислитель принимает электроны из электролита. Положительный электрод по-отношению к электролиту называется «восстановитель». Восстановить отдает электроны электролиту. Электроды различаются тем, что состоят из разных металлов. К примеру, отрицательный электрод изготавливают из цинка или лития. Положительный электрод представляет собой смесь оксида марганца, графита и ацетиленовой сажи. Сама химическая реакция в батарейке не может происходить вечно и прекращается, когда потенциал её компонентов заканчивается. В этом случае батарейка называется «разряженной» и она теряет способность вырабатывать электрический ток.

Настоящая электрическая цепь

На третьем рисунке мы видим, как эта конструкция выглядит по-настоящему. Конечно это учебная схема и в быту схемы немного сложнее и источником питания чаще всего служат не батарейки, а ток, который поступает к нам в квартиры и в офисы по линиям электропередач от электростанций, вырабатывающих электроэнергию.

В квартире источником электрической энергии служат розетки напряжением 220В. К ним подключаются электроприборы, они могут не только просто светиться как лампочка, но и выполнять более сложные функции, например, телевизор, компьютер, микроволновая печь, утюг и множество других устройств, которыми мы пользуемся в поседневной жизни.

По линиям электропередач чаще всего передается не постоянный, а переменный ток, т.к. переменный ток более приспособлен для передачи электроэнергии на большие расстояния. Напряжение в сетях линий электропередач так же значительно выше, чем в батарейке и может быть опасно для жизни, если с ним обращаться неосторожно.

Общая схема электроснабжения

В общем случае электроэнергия, вырабатываемая электростанцией передается на большие расстояния в города и регионы. При подходе к городу линия электропередачи подключена к трансформаторной подстанции, которая понижает напряжение линии и передает электроэнергию дальше вглубь города или района к распределяющим подстанциям, которые в свою очередь передают электроэнергию конечным потребителям.

У конечных потребителей, как правило, установлена трансформаторная подстанция, понижающая напряжение 6-10кВ до 220В, провода из неё уже заводятся в помещения, квартиры, офисы, цеха, мастерские и другие объекты. На входе в квартиру или другое помещение чаще всего устанавливают счётчики электрической энергии, благодаря которым оценивается расход электроэнергии и начисляется оплата за неё.

И если применить нашу простейшую электрическую цепь в квартире, то она будет выглядеть примерно так, как на следующем рисунке. Здесь потребителем является лампочка 220В, которая получает питание от розетки. Выключатель в данном случае можно не использовать, т.к. разъдинителем цепи здесь является вилка и розетка.

Контрольные вопросы по теме

Итак, мы рассмотрели общую схему электроснабжения и простейшую электрическую цепь. Все наши последующие темы будут посвящены более подробному изучению материала, который мы вкратце сейчас рассмотрели.

Проверьте себя, насколько хорошо вы усвоили прочитанный материал, ответив на контрольные вопросы:

1. Нарисуйте схему простейшей электрической цепи.

2. За счет чего в замкнутой цепи возникает ток?

3. За счет чего батарейка вырабатывает электрический ток?

4. Нарисуйте упрощённую схему прохождения электроэнергии от электростанции потребителю.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о