7. Анализ цепей с неисправными компонентами | 4. Последовательные и параллельные цепи | Часть1

7. Анализ цепей с неисправными компонентами

Анализ цепей с неисправными компонентами

Работа радиомастера часто связана с поиском и устранением неполадок в неисправных цепях. Анализ неисправных цепей требует от радиолюбителя глубокого понимания фундаментальных основ электроники, умения формулировать гипотезы, способность оценивать значимость различных гипотез (почему одна причина может быть вероятнее другой), а так же творческий подход в применении решений для устранения проблемы. Несмотря на то, что все эти навыки можно свести в научную методологию, многие мастера по ремонту радиоаппаратуры согласятся, что устранение неполадок — это искусство, для овладения которым могут понадобится годы. 

 

Любому радиолюбителю очень важно интуитивное понимание того, как неисправные компоненты влияют на различные конфигурации цепей.

В данной статье мы исследуем только некоторые эффекты воздействия неисправных компонентов на последовательные и параллельные цепи, более подробно эта тема будет раскрыта позднее, в статьях про последовательно-параллельные цепи.

Давайте начнем с простой последовательной цепи:

 

 

Если все компоненты функционируют должным образом, то мы математически можем определить все токи и напряжения этой схемы:

 

 

Теперь предположим, что резистор R₂ у нас короткозамкнут. Короткое замыкание означает что резистор сейчас действует как обычный провод, который практически не имеет сопротивления. Схема в этом случае будет вести себя так,  как будто параллельно резистору подключена «перемычка» («Перемычка» — это общий термин для временно подключенного провода в цепи). Причина короткого замыкания в этом примере для нас не имеет значения, нам важно только его влияние на схему:

 

 

При закороченном резисторе R₂ общее сопротивление цепи уменьшится. Так как напряжение, производимое батареей, является величиной постоянной, снижение общего сопротивления вызовет увеличение общей силы тока.

 

 

Поскольку сила тока в цепи увеличилась с 20 до 60 миллиампер, увеличится и напряжение на резисторах R₁ и R₃ (которые не изменили своего сопротивления). Резистор R₂, закороченный перемычкой, фактически устраняется из цепи, так как его сопротивление равно нулю. Напряжение на этом резисторе так же будет иметь нулевое значение.

Если резистор R₂ будет не замкнут а «оборван», то его сопротивление увеличится до бесконечности:

 

 

 

При бесконечном сопротивлении резистора R₂ общее сопротивление последовательной цепи так же будет бесконечно (для последовательной цепи R_общ = R₁ + R₂ + . … R_n

). Общая сила тока в этом случае будет иметь нулевое значение, что означает отсутствие в цепи потока электронов, способного произвести напряжение на резисторах R₁ и R₃. Полное напряжение батареи проявится на выводах оборванного резистора R₂.

Аналогичный метод анализа можно применить и к параллельной цепи. Для начала мы проанализируем «исправную» параллельную цепь:

 

 

 

 

Если предположить, что резистор R₂ в этой цепи «оборван», то последствия будут следующими:

 

 

 

Заметьте, что «оборванная» ветвь нашей параллельной цепи влияет только на ток этой ветки и на общий ток  схемы. В связи с тем, что напряжение в параллельной цепи одинаково на всех ее компонентах, вышедший из строя резистор R₂ ни как не повлияет на напряжения резисторов R₁ и R₃ — оно останется прежним — 9 вольт. Отсюда следует, что при неизменных значениях напряжения и сопротивления резисторов R

1 и R₃ величина проходящего через них тока также не изменится.

Такая ситуация аналогична домашней системе освещения, в которой все лампочки получают рабочее напряжение от силовых проводов, смонтированных параллельным способом. Включение и выключение лампочки в одной комнате этой системы (включается и выключается одна ветвь параллельной цепи) не влияет на работу ламп в других комнатах. Данное действие затрагивает только  ток этой лампы, и общий ток системы освещения:

 

 

Теперь давайте рассмотрим короткое замыкание одного из резисторов в простой параллельной цепи.

В идеальном случае (с идеальным источником напряжения и нулевым сопротивление соединительных проводов), короткозамкнутый резистор в одной из ветвей этой цепи не повлияет на другие ее ветви. Но это в идеале, в реальности же эффект будет не совсем таким, а почему, мы увидим в следующих примерах:

 

 

 

Короткозамкнутый резистор (сопротивление которого равно 0 Ом) теоретически потребляет бесконечный ток от любого источника напряжения (I = U/0). В нашем случае нулевое сопротивление резистора R

2 уменьшает общее сопротивление цепи до нуля, увеличивая тем самым общую силу тока до бесконечности. Пока источник напряжения поддерживает свою величину на уровне 9 вольт, токи оставшихся двух ветвей цепи (R₁ и R₃) не изменятся.

Отличительной особенностью этой «идеальной» схемы является то, что при подаче  бесконечного количества электронов (тока) на короткозамкнутую нагрузку, напряжение ее источника питания остается неизменным.

  В реальной жизни такое невозможно.  Даже если короткозамкнутый резистор имеет небольшое сопротивление (не нулевое), никакой реальный источник напряжения не сможет одновременно выдержать огромные перегрузки по току и поддержать постоянную величину напряжения. Причиной всему этому служит внутреннее сопротивление, которое является неотъемлемой частью всех без исключения источников электрической энергии:

 

 

Внутренние сопротивления источников питания превращают простые параллельные цепи в последовательно-параллельные. Такие сопротивления как правило очень малы чтобы оказывать заметное влияние на работу схемы, но при больших токах, которые возникают вследствие замыкания компонентов, их влияние многократно увеличивается. В нашем случае, короткое замыкание резистора R

2 приведет к тому, что практически все напряжение сосредоточится на внутреннем сопротивлении источника, а резисторы R₁, R₂ и R₃ останутся почти без напряжения:

 

 

 

Следует отметить, что намеренное короткое замыкание через контакты любого источника напряжения — это плохая идея.

Даже если полученный в результате такого замыкания ток (высокая температура, вспышки и искры) не причинит вреда находящимся поблизости людям, источник питания, скорее всего, будет поврежден, если он не был специально разработан для обработки коротких замыканий.

В последующих статьях мы подведем вас к анализу схем с неизвестными величинами, т. е. к анализу последствий отказов компонентов схем, в которых вам неизвестны значения напряжений источников питания, сопротивлений резисторов и т.д. Данная статья служит первым шагом к такому анализу.

В то время как обычный анализ (с применением Закона Ома и принципов последовательных и параллельных цепей), базирующийся на численных величинах — является количественным анализом, анализ схем с неизвестными величинами можно назвать качественным анализом. Другими словами, мы будем анализировать качественное влияние неисправностей на цепь, а не точные величины.  В конечном итоге вы добьетесь глубокого интуитивного понимания работы электрической схемы.

   

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Закорочена

Cтраница 4

Так как щетки / — 1 закорочены и сопротивление цепи мало, то небольшая по величине ЭДС, наводимая потоком управления Фу при вращении якоря ЭМУ с угловой скоростью Q, создает в цепи щеток / — 1 значительный по величине ток / х и, следовательно, значительный поперечный рабочий поток Фрп Фч, являющийся входным магнитным потоком второй ( основной) ступени усиления мощности.  [47]

При нижнем положении того же движка закорочена емкость С3, и в области низких частот происходит завал амплитудно-частотной характеристики относительно среднего положения характеристики.  [49]

После установки вводов необходимо проверить, закорочены ли все выводы обмоток трансформаторов тока. При отсутствии таких закороток во время испытания силового трансформатора на разомкнутой обмотке трансформатора тока возникает высокое напряжение, опасное для обслуживающего персонала и изоляции трансформатора тока возникает высокое напряжение, ное намагничивание, и такой трансформатор тока при последующей эксплуатации обычно дает резко искаженные величины вторичного тока.  [50]

Вторичная обмотка при этом должна быть закорочена и соединена с заземленным корпусом.  [51]

Во время коммутации вторичная цепь трансформатора закорочена вентилями.  [52]

В исходном состоянии все резисторы делителя закорочены и напряжение на выходе равно нулю.  [54]

При отсутствии входного сигнала база транзистора Ti закорочена на землю, транзистор Т2 закрыт. Положительное напряжение с коллектора транзистора Т2 передается на базу транзистора Т3 и переводит его в режим насыщения; на выходе появляется положительное напряжение.  [56]

Выводы силовых и измерительных трансформаторов должны быть закорочены на все время монтажных работ.  [57]

Это означает, что конденсаторы могут быть закорочены.  [58]

При этом обмотки дросселя А как бы закорочены.  [59]

В момент пайки все выиодм должны быть закорочены.  [60]

Страницы:      1    2    3    4    5

Анализ неисправности компонентов

Добавлено 6 января 2021 в 17:26

Сохранить или поделиться

Работа технического специалиста часто включает в себя «поиск и устранение неисправностей» (troubleshooting, обнаружение и устранение проблемы) в неисправных схемах. Хорошее устранение неисправностей – это требующие больших усилий и вознаграждаемые усилия, требующие глубокого понимания основных концепций, способности формулировать гипотезы (предполагаемые объяснения, почему схема не работает), способности оценивать ценность различных гипотез на основе их вероятности (насколько одна конкретная причина может быть вероятнее другой), а также творческое начало в применении решения для исправления проблемы.

Несмотря на то, что эти навыки можно преобразовать в научную методологию, большинство опытных специалистов по устранению неполадок согласятся, что устранение неисправностей требует особого искусства, и что для полного развития этого искусства могут потребоваться годы опыта.

Обязательный навык – это интуитивное понимание того, как неисправности компонентов влияют на цепи в различных конфигурациях. Мы рассмотрим некоторые влияния неисправностей компонентов как в последовательных, так и в параллельных цепях здесь, а затем в большей степени в конце главы «Последовательно-параллельные комбинированные цепи».

Анализ неисправностей в простой последовательной цепи

Начнем с простой последовательной схемы:

Рисунок 1 – Простая последовательная схема

Когда все компоненты в этой цепи функционируют надлежащим образом, мы можем математически определить все токи и падения напряжения:

Рисунок 2 – Таблица параметров последовательной цепи

Закороченные компоненты в последовательной цепи

Теперь предположим, что R₂ выходит из строя, создавая короткое замыкание. Короткое замыкание означает, что резистор теперь работает как простой кусок провода с небольшим сопротивлением или без него. Схема будет вести себя так, как если бы к R₂ была подключена «перемычка» (если вам интересно, «перемычка» – это общий термин для временного подключения проводов в цепи). Что вызывает короткое замыкание в R₂, в этом примере для нас не важно; нам интересно только его влияние на схему:

Рисунок 3 – Закороченный компонент в последовательной цепи

Если R₂ закорочен либо перемычкой, либо из-за неисправности внутренней части резистора, общее сопротивление цепи уменьшится. Поскольку выходное напряжение батареи является постоянным (по крайней мере, в нашем идеальном моделировании), уменьшение общего сопротивления цепи означает, что общий ток цепи должен увеличиться:

Рисунок 4 – Таблица параметров последовательной цепи в случае закороченного компонента

Когда ток в цепи увеличивается с 20 мА до 60 мА, также увеличивается падение напряжения на R₁ и R₃ (которые не изменили сопротивления), поскольку на этих двух резисторах падают все 9 вольт. R₂, обойденный очень низким сопротивлением перемычки, эффективно исключается из схемы, сопротивление между его выводами снижается до нуля. Таким образом, падение напряжения на R₂ даже при увеличенном общем токе равно нулю вольт.

Оборванные компоненты в последовательной цепи

И напротив, если R₂ выйдет из строя, создав «разрыв» (сопротивление возрастет почти до бесконечности), это также вызовет сильные изменения в остальной части схемы:

Рисунок 5 – Оборванный компонент в последовательной цепиРисунок 6 – Таблица параметров последовательной цепи в случае оборванного компонента

Когда резистор R₂ имеет бесконечное сопротивление, а общее сопротивление является суммой всех отдельных сопротивлений в последовательной цепи, общий ток уменьшается до нуля. При нулевом токе цепи отсутствует ток, вызывающий падение напряжения на R₁ или R₃. На выводах R₂, наоборот, появится полное напряжение питания цепи.

Анализ неисправностей в простой параллельной цепи

Мы можем применить тот же метод анализа до/после и к параллельным цепям. Сначала мы определяем, как должна вести себя исправная параллельная цепь.

Рисунок 7 – Простая параллельная схемаРисунок 8 – Таблица параметров параллельной цепи

Оборванные компоненты в параллельной цепи

Предположим, что в этой параллельной цепи R₂ «оборван», последствия будут следующими:

Рисунок 9 – Оборванный компонент в параллельной цепиРисунок 10 – Таблица параметров параллельной цепи в случае оборванного компонента

Обратите внимание, что в этой параллельной цепи оборванная ветвь влияет только на ток через эту ветвь и общий ток цепи. Общее напряжение, одинаково распределяемое между всеми компонентами в параллельной цепи, будет одинаковым для всех резисторов. Из-за того, что источник напряжения имеет тенденцию поддерживать неизменное напряжение, его напряжение не изменится и, будучи подключенным параллельно со всеми резисторами, он будет поддерживать все напряжения на резисторах такими же, как и раньше: 9 вольт. Поскольку это напряжение является единственным общим параметром в параллельной цепи, а другие резисторы не изменили значения сопротивлений, их токи остаются неизменными.

Применительно к домашнему освещению

Вот что происходит в схеме домашнего освещения: все лампы получают рабочее напряжение от силовой проводки, проложенной параллельно. Включение и выключение одной лампы (одна ветвь в этой параллельной цепи разрывается и восстанавливается) не влияет на работу других ламп в комнате, только на ток в этой одной лампе (цепь ветви) и на общий ток, питающий все лампы в комнате.

Рисунок 11 – Домашнее освещение

Закороченные компоненты в параллельной цепи

В идеальном случае (с идеальными источниками напряжения и соединительным проводом с нулевым сопротивлением) закороченные резисторы в простой параллельной цепи также не будут влиять на то, что происходит в других ветвях цепи. В реальной жизни эффект не совсем такой, и мы увидим почему на следующем примере:

Рисунок 12 – Закороченный компонент в параллельной цепиРисунок 13 – Таблица параметров параллельной цепи в случае закороченного компонента

Закороченный резистор (сопротивление 0 Ом) теоретически будет потреблять бесконечный ток от любого конечного источника напряжения (I = E/0). В этом случае нулевое сопротивление R₂ также уменьшает общее сопротивление цепи до нуля ом, увеличивая общий ток до бесконечности. Однако пока источник напряжения остается стабильным на уровне 9 вольт, токи других ветвей (I_R1 и I_R3) останутся неизменными.

Предположения о неидеальности

Однако критическое допущение в этой «идеальной» схеме состоит в том, что источник питания будет поддерживать неизменное номинальное напряжение при подаче бесконечного значения тока на короткозамкнутую нагрузку. Это просто нереально. Даже если короткое замыкание имеет небольшое сопротивление (в отличие от абсолютно нулевого сопротивления), ни один реальный источник напряжения не может выдерживать огромную перегрузку по току и одновременно поддерживать стабильное напряжение.

Это в первую очередь связано с внутренним сопротивлением, присущим всем источникам электроэнергии, которое связано с физическими свойствами материалов, из которых они построены:

Рисунок 14 – Неидеальный источник напряжения

Эти внутренние сопротивления, какими бы маленькими они ни были, превращают нашу простую параллельную схему в последовательно-параллельную комбинированную схему. Обычно внутреннее сопротивление источников напряжения достаточно мало, чтобы им можно было спокойно пренебречь, но когда возникают большие токи, появляющиеся из-за короткого замыкания компонентов, влияние внутреннего сопротивления источника становится очень заметным.

В этом случае закороченный R₂ приведет к тому, что почти всё напряжение упадет на внутреннем сопротивлении батареи, при этом почти не останется напряжения на резисторах R₁, R₂ и R₃:

Рисунок 15 – Закороченный компонент в параллельной цепи при неидеальных условияхРисунок 16 – Таблица параметров параллельной цепи в случае закороченного компонента при неидеальных условиях

Достаточно сказать, что преднамеренное прямое короткое замыкание на клеммах любого источника напряжения – плохая идея. Даже если возникающий в результате сильный ток (тепло, вспышки, искры) не причинит вреда людям, находящимся поблизости, источник напряжения, скорее всего, будет поврежден, если только он не был специально разработан для защиты от коротких замыканий, чего нет у большинства источников напряжения.

В конечном итоге, в этой книге я проведу вас через анализ цепей без использования каких-либо значений, то есть через анализ последствий неисправностей компонентов в цепи, не зная точно, сколько вольт выдает батарея, сколько ом сопротивления в ней, в каждом резисторе и т.д. Этот раздел служит вводным шагом к такому анализу.

В то время как обычное применение закона Ома и правил последовательных и параллельных цепей выполняется с числовыми значениями («количественно»), этот новый вид анализа без точных чисел я называю качественным анализом. Другими словами, мы будем анализировать качества эффектов в цепи, а не их точные количества. Результатом для вас станет гораздо более глубокое интуитивное понимание работы электрических схем.

Резюме

• Чтобы определить, что произойдет в цепи в случае неисправности компонента, заново начертите эту схему с эквивалентным сопротивлением отказавшего компонента и пересчитайте все значения.
• Способность интуитивно определять, что произойдет со схемой с любым неисправным компонентом, является важным навыком для любого специалиста по устранению неполадок в электронике. Лучший способ научиться – экспериментировать с расчетами схем и реальными схемами, уделяя пристальное внимание тому, что меняется в случае неисправности, что остается неизменным и почему!
• Закороченный компонент – это компонент, сопротивление которого резко снизилось.
• Оборванный компонент – это компонент, сопротивление которого резко возросло. Следует отметить, что резисторы имеют тенденцию выходить из строя, обрываясь, чаще, чем, закорачиваясь, и они почти никогда не выходят из строя, если только они не подвергаются физической или электрической перегрузке.

Оригинал статьи:

Теги

Внутреннее сопротивлениеДля начинающихКороткое замыканиеОбрывОбучениеПараллельная цепьПоиск и устранение неисправностей / TroubleshootingПоследовательная цепьСхемотехника

Сохранить или поделиться

Электрические схемы — Студопедия

1. B 15 № 1404. Как из­ме­нит­ся со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи АВ, изоб­ра­жен­но­го на ри­сун­ке, если ключ К разо­мкнуть?

Со­про­тив­ле­ние каж­до­го ре­зи­сто­ра равно 4 Ом.

1) умень­шит­ся на 4 Ом

2) умень­шит­ся на 2 Ом

3) уве­ли­чит­ся на 2 Ом

4) уве­ли­чит­ся на 4 Ом

Ре­ше­ние.

До раз­мы­ка­ния ключа, изоб­ра­жен­ные на ри­сун­ке вер­ти­каль­но со­про­тив­ле­ния за­ко­ро­че­ны, схема пред­став­ля­ет собой про­сто ре­зи­стор R.

Если разо­мкнуть ключ, «вер­ти­каль­ные» со­про­тив­ле­ния пе­ре­ста­нут быть за­ко­ро­чен­ным и схема ста­нет пред­став­лять собой по­сле­до­ва­тель­но со­еди­не­ние ре­зи­сто­ра R с двумя па­рал­лель­но со­еди­нен­ны­ми ре­зи­сто­ра­ми R. Сле­до­ва­тель­но со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи после раз­мы­ка­ния ключа будет равно:

.

Таким об­ра­зом, со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи уве­ли­чит­ся на 2 Ом.

Пра­виль­ный ответ: 3.

2. B 15 № 1408. На фо­то­гра­фии — элек­три­че­ская цепь.

По­ка­за­ния вольт­мет­ра даны в воль­тах.Чему будут равны по­ка­за­ния вольт­мет­ра, если его под­клю­чить па­рал­лель­но ре­зи­сто­ру 2 Ом? Вольт­метр счи­тать иде­аль­ным.

1) 0,3 В

2) 0,6 В

3) 1,2 В

4) 1,8 В

Ре­ше­ние.

Со­глас­но за­ко­ну Ома, сила тока, со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка и на­пря­же­ние между его кон­ца­ми свя­за­ны со­от­но­ше­ни­ем . По­сколь­ку ре­зи­стор 1 Ом и ре­зи­стор 2 Ом под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но, сила тока, те­ку­ще­го через них, сов­па­да­ет. Сле­до­ва­тель­но, иде­аль­ный вольт­метр, под­клю­чен­ный па­рал­лель­но к ре­зи­сто­ру 2 Ом, по­ка­жет на­пря­же­ние

.

Пра­виль­ный ответ: 3.

3. B 15 № 1409. На ри­сун­ке по­ка­зан уча­сток цепи по­сто­ян­но­го тока.

Ка­ко­во со­про­тив­ле­ние этого участ­ка, если ?

1) 7 Ом

2) 2,5 Ом

3) 2 Ом

4) 3 Ом

Ре­ше­ние.

Уча­сток пред­став­ля­ет собой по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ра r и двух па­рал­лель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров 3r. Сле­до­ва­тель­но, со­про­тив­ле­ние этого участ­ка равно .

Пра­виль­ный ответ: 2.

4. B 15 № 1410. На фо­то­гра­фии — элек­три­че­ская цепь.

По­ка­за­ния вклю­чен­но­го в цепь ам­пер­мет­ра даны в ам­пе­рах. Какое на­пря­же­ние по­ка­жет иде­аль­ный вольт­метр, если его под­клю­чить па­рал­лель­но ре­зи­сто­ру 3 Ом?

1) 0,8 В

2) 1,6 В

3) 2,4 В

4) 4,8 В

Ре­ше­ние.

Со­глас­но за­ко­ну Ома, сила тока, со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка и на­пря­же­ние между его кон­ца­ми свя­за­ны со­от­но­ше­ни­ем . Все ре­зи­сто­ры под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но, а зна­чит, через них всех течет оди­на­ко­вый ток силой 0,8 A. Таким об­ра­зом, иде­аль­ный вольт­метр, под­клю­чен­ный па­рал­лель­но к ре­зи­сто­ру 3 Ом, по­ка­жет на­пря­же­ние

Пра­виль­ный ответ: 3.

5. B 15 № 1411. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно

1)

2) R

3) 2R

4) 3R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа пра­вая по­ло­ви­на схемы ока­жет­ся за­ко­ро­чен­ной, по­лу­чив­ша­я­ся схема будет эк­ви­ва­лен­та двум под­клю­чен­ным па­рал­лель­но ре­зи­сто­рам.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно: .

Пра­виль­ный ответ: 1.

6. B 15 № 1412. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 3R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа левая по­ло­ви­на схемы ока­жет­ся за­ко­ро­чен­ной, по­лу­чив­ша­я­ся схема будет эк­ви­ва­лен­та про­сто од­но­му ре­зи­сто­ру.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно R.

Пра­виль­ный ответ: 2.

7. B 15 № 1413. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе K равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 3R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа схема будет пред­став­лять собой па­рал­лель­ное со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра с двумя по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ны­ми ре­зи­сто­ра­ми.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе K равно:

.

Пра­виль­ный ответ: 1.

8. B 15 № 1414. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе K равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 3R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа пра­вая по­ло­ви­на схемы ока­жет­ся за­ко­ро­чен­ной, по­лу­чив­ша­я­ся схема будет эк­ви­ва­лен­та двум под­клю­чен­ным по­сле­до­ва­тель­но ре­зи­сто­рам.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе K равно: .

Пра­виль­ный ответ: 3.

9. B 15 № 1415. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1) 0

2) R

3) 2R

4) 3R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа клем­мы ока­жут­ся за­ко­ро­чен­ны­ми.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно 0.

Пра­виль­ный ответ: 1.

10. B 15 № 1417. Уча­сток цепи со­сто­ит из трех по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров, со­про­тив­ле­ния ко­то­рых равны r, 2r и 3r Со­про­тив­ле­ние участ­ка умень­шит­ся в 1,5 раза, если убрать из него:

1) пер­вый ре­зи­стор

2) вто­рой ре­зи­стор

3) тре­тий ре­зи­стор

4) пер­вый и вто­рой ре­зи­сто­ры

Ре­ше­ние.

Уча­сток цепи, со­сто­я­щий из трех по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров с со­про­тив­ле­ни­я­ми r, 2r и 3r, имеет со­про­тив­ле­ние . Чтобы умень­шить это со­про­тив­ле­ние в 1,5 раза, то есть сде­лать его рав­ным:

,

не­об­хо­ди­мо убрать со­про­тив­ле­ние 2r. Сле­до­ва­тель­но, нужно убрать вто­рой ре­зи­стор.

Пра­виль­ный ответ: 2.

11. B 15 № 1419. На ри­сун­ке по­ка­зан уча­сток цепи по­сто­ян­но­го тока, со­дер­жа­щий 3 ре­зи­сто­ра.

Если со­про­тив­ле­ние каж­до­го ре­зи­сто­ра 21 Ом, то со­про­тив­ле­ние всего участ­ка цепи:

1) 63 Ом

2) 42 Ом

3) 14 Ом

4) 7 Ом

Ре­ше­ние.

Уча­сток цепи пред­став­ля­ет собой два по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ра, к ко­то­рым па­рал­лель­но под­со­еди­нен еще один. Сле­до­ва­тель­но, со­про­тив­ле­ние всего участ­ка равно:

.

Пра­виль­ный ответ: 3.

12. B 15 № 1421. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1) 0

2)

3)

4)

Ре­ше­ние.

1 спо­соб:

После за­мы­ка­ния ключа левая по­ло­ви­на схемы ока­жет­ся за­ко­ро­чен­ной, по­лу­чив­ша­я­ся схема будет эк­ви­ва­лен­та про­сто од­но­му ре­зи­сто­ру.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно R.

Пра­виль­ный ответ: 2.

2 спо­соб:

Рас­смот­рим левую по­ло­вин­ку схемы после за­мы­ка­ния ключа. Она пред­став­ля­ет собой па­рал­лель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­ем R и со­еди­ни­тель­но­го про­во­да с пре­не­бре­жи­мо малым со­про­тив­ле­ни­ем. По­это­му по пра­ви­лу под­сче­та об­ще­го со­про­тив­ле­ния па­рал­лель­но со­еди­нен­ных про­вод­ни­ков по­лу­ча­ем, что со­про­тив­ле­ние левой по­ло­вин­ки равно .

Таким об­ра­зом, со­про­тив­ле­ние левой по­ло­вин­ки схемы равно нулю. От­сю­да сразу по­лу­ча­ем, что пол­ное со­про­тив­ле­ние схемы после за­мы­ка­ния ключа равно .

13. B 15 № 1422. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 0

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа схема будет эк­ви­ва­лен­та па­рал­лель­но­му со­еди­не­нию двух ре­зи­сто­ров.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно: .

Пра­виль­ный ответ: 1.

14. B 15 № 1423. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 0

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа левая по­ло­ви­на схемы ока­жет­ся за­ко­ро­чен­ной, по­лу­чив­ша­я­ся схема будет эк­ви­ва­лен­та про­сто од­но­му ре­зи­сто­ру.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно R.

Пра­виль­ный ответ: 2.

15. B 15 № 1424. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 3R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа левая по­ло­ви­на схемы ока­жет­ся за­ко­ро­чен­ной, по­лу­чив­ша­я­ся схема будет эк­ви­ва­лен­та по­сле­до­ва­тель­но­му со­еди­не­нию трех ре­зи­сто­ров.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно: .

Пра­виль­ный ответ: 4.

16. B 15 № 1425. На участ­ке цепи, изоб­ра­жен­ном на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние каж­до­го из ре­зи­сто­ров равно R.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

1)

2) R

3) 2R

4) 0

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа схема будет эк­ви­ва­лен­та по­сле­до­ва­тель­но­му со­еди­не­нию двух пар па­рал­лель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно:

.

Пра­виль­ный ответ: 2.

17. B 15 № 1426. Рас­счи­тай­те общее со­про­тив­ле­ние элек­три­че­ской цепи, пред­став­лен­ной на ри­сун­ке.

1) 6 Ом

2) 4 Ом

3) 3 Ом

4) 0,25 Ом

Ре­ше­ние.

Элек­три­че­ская цепь пред­став­ля­ет собой по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ра 1 Ом с па­рал­лель­но со­еди­нен­ны­ми ре­зи­сто­ра­ми 2 Ом и еще одним ре­зи­сто­ром 1 Ом. Со­про­тив­ле­ние такой схемы равно:

.

Пра­виль­ный ответ: 3.

18. B 15 № 1427. Со­про­тив­ле­ние цепи на ри­сун­ке равно:

1) 11 Ом

2) 6 0м

3) 4 Ом

4) 1 0м

Ре­ше­ние.

Элек­три­че­ская цепь пред­став­ля­ет собой по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ра 2 Ом с па­рал­лель­но со­еди­нен­ны­ми ре­зи­сто­ра­ми 6 Ом и 3 Ом. Со­про­тив­ле­ние такой схемы равно:

.

Пра­виль­ный ответ: 3.

19. B 15 № 1436. Каким будет со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи (см. ри­су­нок), если ключ К за­мкнуть?

(Каж­дый из ре­зи­сто­ров имеет со­про­тив­ле­ние R.):

1) 2R

2) 0

3) 3R

4) R

Ре­ше­ние.

После за­мы­ка­ния ключа клем­мы ока­жут­ся за­ко­ро­чен­ны­ми.

Пол­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка при за­мкну­том ключе К равно 0.

20. B 15 № 3230. На ри­сун­ке пред­став­ле­на элек­три­че­ская цепь. Ам­пер­метр и вольт­метр счи­тай­те иде­аль­ны­ми. Вольт­метр по­ка­зы­ва­ет на­пря­же­ние 2 В. Ам­пер­метр по­ка­зы­ва­ет силу тока

1) 0,2 А

2) 0,5 А

3) 0,8 А

4) 1,2 А

Ре­ше­ние.

Рео­стат, два ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­я­ми 4 Ом и 6 Ом и ам­пер­метр под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но, а зна­чит, через них течет оди­на­ко­вый ток. Ис­поль­зуя закон Ома для участ­ка цепи, опре­де­лим силу тока, те­ку­ще­го через ре­зи­стор с со­про­тив­ле­ни­ем 4 Ом: . Имен­но такую силу тока и по­ка­зы­ва­ет ам­пер­метр.

21. B 15 № 3231. На ри­сун­ке пред­став­ле­на элек­три­че­ская цепь. Вольт­метр по­ка­зы­ва­ет на­пря­же­ние 2 В. Счи­тая ам­пер­метр и вольт­метр иде­аль­ны­ми, опре­де­ли­те по­ка­за­ния ам­пер­мет­ра.

1) 0,2 А

2) 0,5 А

3) 0,8 А

4) 1,2 А

Ре­ше­ние.

Рео­стат, два ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­я­ми 4 Ом и 10 Ом и ам­пер­метр под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но, а зна­чит, через них течет оди­на­ко­вый ток. Ис­поль­зуя закон Ома для участ­ка цепи, опре­де­лим силу тока, те­ку­ще­го через ре­зи­стор с со­про­тив­ле­ни­ем 10 Ом: Имен­но такую силу тока и по­ка­зы­ва­ет ам­пер­метр.

22. B 15 № 3232. На ри­сун­ке пред­став­ле­на элек­три­че­ская цепь. Ам­пер­метр и вольт­метр счи­тай­те иде­аль­ны­ми. Вольт­метр по­ка­зы­ва­ет на­пря­же­ние 12 В. Ам­пер­метр по­ка­зы­ва­ет силу тока

1) 0,2 А

2) 0,5 А

3) 0,8 А

4) 1,2 А

Ре­ше­ние.

Рео­стат, два ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­я­ми 4 Ом и 6 Ом и ам­пер­метр под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но, а зна­чит, через них течет оди­на­ко­вый ток. Вольт­метр под­клю­чен к участ­ку цепи, пред­став­ля­ю­ще­му собой по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние двух ре­зи­сто­ров. Общее со­про­тив­ле­ние этого участ­ка цепи равно . Ис­поль­зуя закон Ома, опре­де­лим силу тока, те­ку­ще­го через ре­зи­сто­ры: . Имен­но такую силу тока и по­ка­зы­ва­ет ам­пер­метр.

23. B 15 № 3233. На ри­сун­ке пред­став­ле­на элек­три­че­ская цепь. Ам­пер­метр и вольт­метр счи­тай­те иде­аль­ны­ми. Вольт­метр по­ка­зы­ва­ет на­пря­же­ние 12 В. Ам­пер­метр по­ка­зы­ва­ет силу тока

1) 0,2 А

2) 0,5 А

3) 0,8 А

4) 1,2 А

Ре­ше­ние.

Рео­стат, три ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­я­ми 4 Ом, 5 Ом и 6 Ом и ам­пер­метр под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но, а зна­чит, через них течет оди­на­ко­вый ток. Вольт­метр под­клю­чен к участ­ку цепи, пред­став­ля­ю­ще­му собой по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние трёх ре­зи­сто­ров. Общее со­про­тив­ле­ние этого участ­ка цепи равно

Ис­поль­зуя закон Ома, опре­де­лим силу тока, те­ку­ще­го через ре­зи­сто­ры: . Имен­но такую силу тока и по­ка­зы­ва­ет ам­пер­метр.

24. B 15 № 3331. Ка­ко­во со­про­тив­ле­ние изоб­ражённого на ри­сун­ке участ­ка цепи, если со­про­тив­ле­ние каж­до­го ре­зи­сто­раr?

1)

2)

3) 4r

4)

Ре­ше­ние.

Уча­сток цепи пред­став­ля­ет собой три по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ра, к ко­то­рым па­рал­лель­но под­со­еди­нен еще один такой же ре­зи­стор. Сле­до­ва­тель­но, со­про­тив­ле­ние всего участ­ка равно

.

25. B 15 № 3332. Два ре­зи­сто­ра вклю­че­ны в элек­три­че­скую цепь па­рал­лель­но, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Зна­че­ния силы тока в ре­зи­сто­рах , . Для со­про­тив­ле­ний ре­зи­сто­ров спра­вед­ли­во со­от­но­ше­ние

1)

2)

3)

4)

Ре­ше­ние.

При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии на­пря­же­ния на ре­зи­сто­рах сов­па­да­ют. Со­глас­но за­ко­ну Ома для участ­ка цепи:  Сле­до­ва­тель­но,

.

26. B 15 № 3379. На ри­сун­ке при­ве­де­на фо­то­гра­фия элек­три­че­ской цепи, со­бран­ной уче­ни­ком для ис­сле­до­ва­ния за­ви­си­мо­сти силы тока, про­хо­дя­ще­го через ре­зи­стор, от на­пря­же­ния на нем. Для того чтобы через ре­зи­стор про­те­кал ток силой 1 А, на­пря­же­ние на нем долж­но быть равно:

1) 0,2 В

2) 3,4 В

3) 5,7 В

4) 7,6 В

Ре­ше­ние.

Из ри­сун­ка можно опре­де­лить по­ка­за­ния ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра. Од­на­ко пред­ва­ри­тель­но надо вспом­нить опре­де­ле­ние цены де­ле­ния из­ме­ри­тель­но­го при­бо­ра. Цену де­ле­ния можно опре­де­лить, раз­де­лив рас­сто­я­ние между бли­жай­ши­ми циф­ра­ми на шкале на число де­ле­ний между ними. На­при­мер, для вольт­мет­ра имеем: .

На фо­то­гра­фии видно, что при на­пря­же­нии на ре­зи­сто­ре в 4,3 В сила тока через него равна 0,75 А. На­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре и сила тока через него про­пор­ци­о­наль­ны, со­глас­но за­ко­ну Ома, . Сле­до­ва­тель­но, для того чтобы через ре­зи­стор тек ток силой 1 А, не­об­хо­ди­мо при­ло­жить к нему на­пря­же­ние .

27. B 15 № 3381.

Уче­ник со­брал элек­три­че­скую цепь, изоб­ра­жен­ную на ри­сун­ке. Какая энер­гия вы­де­лит­ся во внеш­ней части цепи при про­те­ка­нии тока в те­че­ние 10 мин? Не­об­хо­ди­мые дан­ные ука­за­ны на схеме. Ам­пер­метр счи­тать иде­аль­ным.

1) 600 Дж

2) 21 600 Дж

3) 36 кДж

4) 3600 Дж

Ре­ше­ние.

Со­глас­но за­ко­ну Джо­у­ля-Ленца, энер­гия вы­де­ля­ю­ща­я­ся за время при про­те­ка­нии через со­про­тив­ле­ние ве­ли­чи­ной тока равна . На схеме уче­ни­ка ре­зи­сто­ры 2 Ом и 4 Ом со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, а зна­чит, их общее со­про­тив­ле­ние равно Ом. Сила тока равна 1 А. Таким об­ра­зом, во внеш­ней цепи за 10 минут вы­де­лит­ся .

28. B 15 № 3394.

Уча­сток цепи со­сто­ит из двух оди­на­ко­вых па­рал­лель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров и , каж­дый с со­про­тив­ле­ни­ем 2 Ом, и ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­ем 3 Ом.

Общее со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи равно:

1) 1 Ом

2) 2 Ом

3) 31 Ом

4) 4 Ом

Ре­ше­ние.

Сна­ча­ла най­дем общее со­про­тив­ле­ние двух па­рал­лель­но со­еди­нен­ных ре­зи­сто­ров и : Ом. Ре­зи­стор под­со­еди­нен к ним по­сле­до­ва­тель­но. Сле­до­ва­тель­но общее со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи равно Ом.

29. B 15 № 3421.

Два ре­зи­сто­ра вклю­че­ны в элек­три­че­скую цепь по­сле­до­ва­тель­но. Как со­от­но­сят­ся по­ка­за­ния иде­аль­ных вольт­мет­ров, изоб­ра­жен­ных на ри­сун­ке:

1)

2)

3)

4)

Ре­ше­ние.

Через иде­аль­ный вольт­метр не течет ток, он имеет бес­ко­неч­ное со­про­тив­ле­ние, а по­то­му не вли­я­ет на ве­ли­чи­ны токов и на­пря­же­ний в сети. При по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии, через ре­зи­сто­ры течет оди­на­ко­вый ток. Со­глас­но за­ко­ну Ома, сила тока через про­вод­ник и на­пря­же­ние, при­ло­жен­ное к нему свя­за­ны со­от­но­ше­ни­ем . Таким об­ра­зом, по­ка­за­ния вольт­мет­ров свя­за­ны со­от­но­ше­ни­ем: .

30. B 15 № 3422.

Схема элек­три­че­ской цепи по­ка­за­на на ри­сун­ке. Когда ключ К разо­мкнут, иде­аль­ный вольт­метр по­ка­зы­ва­ет 8 В. При за­мкну­том ключе вольт­метр по­ка­зы­ва­ет 7 В. Со­про­тив­ле­ние внеш­ней цепи равно 3,5 Ом. Чему равно ЭДС ис­точ­ни­ка тока?

1) 7 В

2) 8 В

3) 15 В

4) 24,5 В

Ре­ше­ние.

По­сколь­ку по­ка­за­ния вольт­мет­ра, под­со­еди­нен­но­го к ис­точ­ни­ку ме­ня­ют­ся при за­мы­ка­нии ключа, это озна­ча­ет, что ис­точ­ник не иде­аль­ный, и его внут­рен­не со­про­тив­ле­ние от­лич­но от нуля. По­ка­за­ния во вто­ром слу­чае мень­ше, так как через ис­точ­ник на­чи­на­ет течь ток, и часть на­пря­же­ния па­да­ет на внут­рен­нем со­про­тив­ле­нии. В пер­вом же слу­чае, тока в сети нет. Более точно го­во­ря, ток был, пока про­ис­хо­ди­ла за­ряд­ка кон­ден­са­то­ра, но после того, как кон­ден­са­тор за­ря­дил­ся, ток пре­кра­тил­ся. А зна­чит, в пер­вом слу­чае, вольт­метр по­ка­зы­ва­ет ЭДС ис­точ­ни­ка. Она равна 8 В.

31. B 15 № 3424.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема элек­три­че­ской цепи. Что про­изой­дет с общим со­про­тив­ле­ни­ем цепи при за­мы­ка­нии ключа К? Со­про­тив­ле­ние цепи

1) уве­ли­чит­ся при любых зна­че­ни­ях и

2) умень­шит­ся при любых зна­че­ни­ях и

3) умень­шит­ся, толь­ко если

4) уве­ли­чит­ся, толь­ко если

Ре­ше­ние.

При за­мы­ка­нии ключа два ре­зи­сто­ра ока­жут­ся под­клю­чен­ны­ми па­рал­лель­но. При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии двух ре­зи­сто­ров общее со­про­тив­ле­нии все­гда мень­ше, чем со­про­тив­ле­ние лю­бо­го из них. Про­ве­рим это, на­при­мер для со­про­тив­ле­ния , для вто­ро­го про­ве­ря­ет­ся ана­ло­гич­но. Рас­смот­рим раз­ность:

Пра­виль­ный ответ: 2.

32. B 15 № 3471. На ри­сун­ке при­ве­де­на элек­три­че­ская цепь. Чему равна ра­бо­та элек­три­че­ско­го тока за 5 мин про­те­ка­ния тока на участ­ке цепи, к ко­то­ро­му под­клю­чен вольт­метр?

1) 6300 Дж

2) 630 Дж

3) 10,5 Дж

4) 0,3 Дж

Ре­ше­ние.

Ра­бо­та тока за время свя­за­на с на­пря­же­ни­ем и силой тока со­от­но­ше­ни­ем . Из ри­сун­ка видно, что на­пря­же­ние равно , а сила тока . Сле­до­ва­тель­но, ра­бо­та тока равна .

Пра­виль­ный ответ: 2.

33. B 15 № 3522. Чему равно со­про­тив­ле­ние элек­три­че­ской цепи между точ­ка­ми и , если каж­дый из ре­зи­сто­ров имеет со­про­тив­ле­ние ?

1)

2)

3)

4)

Ре­ше­ние.

По­сколь­ку все ре­зи­сто­ры оди­на­ко­вые, из сим­мет­рии схемы за­клю­ча­ем, что по­тен­ци­а­лы точек и равны , а зна­чит, ток по вер­ти­каль­ной пе­ре­мыч­ке по за­ко­ну Ома, не по­те­чет (так как на­пря­же­ние на ней равно нулю: ) и ее можно вы­бро­сить из рас­смот­ре­ния и не учи­ты­вать при под­сче­те об­ще­го со­про­тив­ле­ния (так как что с ней, что без нее, ток течет все­гда оди­на­ко­во). Этот факт можно по­нять еще сле­ду­ю­щим об­ра­зом. Пред­по­ло­жим, что ток течет по пе­ре­мыч­ке вниз, «пе­ре­вер­нем» всю схему во­круг го­ри­зон­таль­ной оси, ток в пе­ре­мыч­ке те­перь будет течь вверх, но сама схема не по­ме­ня­лась, зна­чит в ней ток дол­жен быть такой же, как до пе­ре­во­ро­та. Един­ствен­ный ва­ри­ант удо­вле­тво­рить этому тре­бо­ва­нию, по­тре­бо­вать, чтобы ток в пе­ре­мыч­ке был равен нулю.

Таким об­ра­зом, мы пе­ре­хо­дим к более про­стой схеме, ее общее со­про­тив­ле­ние можно легко по­счи­тать, ис­поль­зуя пра­ви­ла для по­сле­до­ва­тель­но­го и па­рал­лель­но­го под­клю­че­ния про­вод­ни­ков: .

Если бы со­про­тив­ле­ния были бы раз­ны­ми, то при­ве­ден­ные здесь ар­гу­мен­ты по­те­ря­ли бы силу и при­ш­лось бы ис­кать общее со­про­тив­ле­ние пер­во­на­чаль­ной схемы, ис­поль­зуя за­ко­ны Кирх­го­фа.

Пра­виль­ный ответ: 4.

34. B 15 № 3529.

Какое из не­ра­венств верно отоб­ра­жа­ет со­от­вет­ствие между мощ­но­стя­ми, вы­де­ля­ю­щи­ми­ся на ре­зи­сто­рах ; ; ; ?

1)

2)

3)

4)

Ре­ше­ние.

Спер­ва за­ме­тим, что пол­ные со­про­тив­ле­ния верх­ней и ниж­ней вет­вей схемы сов­па­да­ют: .

Сле­до­ва­тель­но, ток раз­де­лит­ся между этими вет­вя­ми ровно по­по­лам. Таким об­ра­зом, через все со­про­тив­ле­ния течет оди­на­ко­вый ток. Мощ­ность, вы­де­ля­ю­ща­я­ся на ре­зи­сто­ре, свя­за­на с силой тока, те­ку­ще­го через него и ве­ли­чи­ной со­про­тив­ле­ния со­от­но­ше­ни­ем .

Сле­до­ва­тель­но, чем мень­ше со­про­тив­ле­ние, тем мень­ше вы­де­ля­ю­ща­я­ся на нем мощ­ность. По­сколь­ку , за­клю­ча­ем, что .

Пра­виль­ный ответ: 3.

35. B 15 № 3537.

Ис­точ­ник тока имеет ЭДС , внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние , , . Какой силы ток течет через ис­точ­ник?

1) 1 А

2) 2 А

3) 4 А

4) 1,63 А

Ре­ше­ние.

Опре­де­лим спер­ва пол­ное со­про­тив­ле­ние на­груз­ки в цепи. На­груз­ка пред­став­ля­ет собой па­рал­лель­но со­еди­нен­ные ре­зи­сто­ры и , к ко­то­рым по­сле­до­ва­тель­но под­клю­чен ре­зи­стор , сле­до­ва­тель­но, общее со­про­тив­ле­ние на­груз­ки равно . По за­ко­ну Ома для пол­ной цепи, сила тока равна .

Пра­виль­ный ответ: 2.

36. B 15 № 3538.

Ис­точ­ник тока имеет ЭДС , внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние , , . Какой силы ток течет через ис­точ­ник?

1) 1 А

2) 2 А

3) 4 А

4) 1,63 А

Ре­ше­ние.

Опре­де­лим спер­ва пол­ное со­про­тив­ле­ние на­груз­ки в цепи. На­груз­ка пред­став­ля­ет собой па­рал­лель­но со­еди­нен­ные ре­зи­сто­ры , и , сле­до­ва­тель­но, общее со­про­тив­ле­ние на­груз­ки на­хо­дит­ся сле­ду­ю­щим об­ра­зом: . По за­ко­ну Ома для пол­ной цепи, сила тока равна .

Пра­виль­ный ответ: 3.

37. B 15 № 3587. На ри­сун­ке по­ка­за­на схема элек­три­че­ской цепи. Через какой ре­зи­стор течет наи­боль­ший ток?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ре­ше­ние.

Схема пред­став­ля­ет собой па­рал­лель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ров №2, №3 и №4, к ко­то­рым по­сле­до­ва­тель­но под­клю­чен ре­зи­стор №1. При по­сле­до­ва­тель­ном под­клю­че­нии сила тока оди­на­ко­вая. При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии сила тока де­лит­ся между ре­зи­сто­ра­ми таким об­ра­зом, чтобы на­пря­же­ния на всех ре­зи­сто­рах было оди­на­ко­во. Сле­до­ва­тель­но, мак­си­маль­ный ток течет через ре­зи­стор №1.

Пра­виль­ный ответ: 1.

38. B 15 № 3603. На ри­сун­ке по­ка­за­на схема элек­три­че­ской цепи. Через какой ре­зи­стор течет наи­мень­ший ток?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ре­ше­ние.

Схема пред­став­ля­ет собой па­рал­лель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ров №2 и №3, к ко­то­рым по­сле­до­ва­тель­но под­клю­че­ны ре­зи­сто­ры №1 и №4. При по­сле­до­ва­тель­ном под­клю­че­нии сила тока оди­на­ко­вая. При па­рал­лель­ном со­еди­не­нии сила тока де­лит­ся между ре­зи­сто­ра­ми таким об­ра­зом, чтобы на­пря­же­ния на всех ре­зи­сто­рах было оди­на­ко­во. Таким об­ра­зом, сразу можно за­клю­чить, что через ре­зи­сто­ры №1 и №4 течет боль­ший ток, чем через ре­зи­сто­ры №2 и №3. По за­ко­ну Ома на­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре свя­за­но с те­ку­щим через него током со­от­но­ше­ни­ем: . А зна­чит, для па­рал­лель­но под­клю­чен­ных ре­зи­сто­ров имеем: . Сле­до­ва­тель­но, ми­ни­маль­ный ток течет через ре­зи­стор №3.

Пра­виль­ный ответ: 3.

39. B 15 № 3794. Со­про­тив­ле­ние каж­до­го ре­зи­сто­ра в цепи, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, равно 100 Ом. Уча­сток под­ключён к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния вы­во­да­ми и . На­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре равно 12 В. На­пря­же­ние между вы­во­да­ми схемы равно

1) 12 В

2) 18 В

3) 24 В

4) 36 В

Ре­ше­ние.

Ре­зи­сто­ры , и под­клю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но. Сле­до­ва­тель­но, через них течет оди­на­ко­вый ток. По­сколь­ку их со­про­тив­ле­ния сов­па­да­ют, за­клю­ча­ем, ис­поль­зуя закон Ома для участ­ка цепи, что на­пря­же­ния на всех этих трех ре­зи­сто­рах оди­на­ко­вые и равны 12 В. При по­сле­до­ва­тель­ном под­клю­че­нии на­пря­же­ния скла­ды­ва­ют­ся. Таким об­ра­зом, к участ­ку цепи, вклю­ча­ю­ще­му со­про­тив­ле­ния , , при­ло­же­но на­пря­же­ние

.

Но это и есть на­пря­же­ние между вы­во­да­ми схемы .

Пра­виль­ный ответ: 4.

40. B 15 № 5365. На ри­сун­ке по­ка­за­на схема участ­ка элек­три­че­ской цепи. По участ­ку АВ течёт по­сто­ян­ный ток А. Какое на­пря­же­ние по­ка­зы­ва­ет иде­аль­ный вольт­метр, если со­про­тив­ле­ние Ом?

1) 1В

2) 2 В

3) 0

4) 4 В

Ре­ше­ние.

Иде­аль­ный вольт­метр по­ка­жет на­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре ко­то­рое по за­ко­ну Ома равно Верх­ний уча­сток цепи и ниж­ний уча­сток цепи в па­рал­лель­ном участ­ке имеют оди­на­ко­вое со­про­тив­ле­ние, по­это­му сила тока в этих участ­ках оди­на­ко­вая и Тогда

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 2.

41. B 15 № 5400. На ри­сун­ке по­ка­за­на схема участ­ка элек­три­че­ской цепи. По участ­ку АВ течёт по­сто­ян­ный ток А. Какое на­пря­же­ние по­ка­зы­ва­ет иде­аль­ный вольт­метр, если со­про­тив­ле­ние Ом?

1) 1В

2) 2 В

3) 3 B

4) 0

Ре­ше­ние.

Иде­аль­ный вольт­метр по­ка­жет на­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре ко­то­рое по за­ко­ну Ома равно Верх­ний уча­сток цепи и ниж­ний уча­сток цепи в па­рал­лель­ном участ­ке имеют оди­на­ко­вое со­про­тив­ле­ние, по­это­му сила тока в этих участ­ках оди­на­ко­вая и Тогда

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 3.

42. B 15 № 6049. На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема участ­ка элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­ще­го из трёх ре­зи­сто­ров R₁ , R₂ , R₃ . На каком из сле­ду­ю­щих ри­сун­ков при­ве­де­на элек­три­че­ская схема этого участ­ка цепи, эк­ви­ва­лент­ная за­дан­ной?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ре­ше­ние.

Пред­ста­вим, что мы из­ги­ба­ем про­во­да схемы, так чтобы по­лу­чил­ся один из при­ведённых выше ри­сун­ков. При таких пре­об­ра­зо­ва­ни­ях по­лу­чим, что при­ведённая схема эк­ви­ва­лент­на схеме, указ­н­ной под но­ме­ром 3.

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром: 3.

43. B 15 № 6084.

На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема участ­ка элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­ще­го из трёх ре­зи­сто­ров R₁, R₂ , R₃ . На каком из сле­ду­ю­щих ри­сун­ков при­ве­де­на элек­три­че­ская схема этого участ­ка цепи, эк­ви­ва­лент­ная за­дан­ной?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Ре­ше­ние.

Пред­ста­вим, что мы из­ги­ба­ем про­во­да схемы, так чтобы по­лу­чил­ся один из при­ведённых выш

Как мне доказать моему учителю физики, что параллельное добавление батареи не удваивает ток?

Вот как неправильно применяется принцип суперпозиции.

Когда мы применяем метод суперпозиции, мы рассматриваем каждый источник энергии в цепи изолированно, одновременно «отключая» другие источники энергии. Затем мы добавляем результаты. «Отключение» других источников энергии означает уменьшение их до нуля: 0 В для источников напряжения и 0 А для источников тока.

Теперь (идеальные) источники напряжения имеют нулевое сопротивление. Поэтому, когда они выключены, они становятся короткими: кусок идеального провода. Идеальные источники тока имеют бесконечный импеданс. Когда они выключены и генерируют ток 0А, они открыты.

Таким образом, в двух словах: источники напряжения, которые не рассматриваются, закорочены; источники тока открыты.

Ошибка учителя заключается в замене исключенного источника питания, источника напряжения, на разомкнутую цепь: буквально вытаскивая ее из принципиальной схемы. Это верно только для источников тока.

ΩΩ

^{смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab}

Ага! И вот теперь происходит то, что большая часть тока протекает через делитель напряжения R2-R3. Узел цепи между R2 и R3 находится почти на 40 В, и поэтому R1 видит 1А тока.

Конечно, промежуточное напряжение очень чувствительно к точным значениям R2 и R3, что нереально. Это не проблема.

mΩmΩ

(Чтобы моделировать это с большей реалистичностью, мы должны включить внутреннее сопротивление батареи. То есть мы не заменяем батареи, которые мы анализируем, не короткими замыканиями, а их внутренним сопротивлением.)

Почему применяется упрощенное рассуждение делителя напряжения: это потому, что маленькие значения R2-R3 перекрывают большое значение R1. Мы можем нарисовать схему анализа следующим образом:

^{смоделировать эту схему}

Когда полное сопротивление через делитель напряжения меньше, чем примерно в двадцать раз меньше его нагрузки (правило 1:20), мы можем сделать вид, что нагрузки нет при расчете напряжения в средней точке. Здесь разница в тысячи, благодаря сознательному выбору R2 и R3.

Конечно, вместо этого краткого рассуждения мы можем провести точный анализ, согласно которому ток через R2 равен сумме токов через R3 и R1, а напряжение средней точки оказывается чуть меньше 40 В из-за крошечного Эффект нагрузки R1.

CN0382 Circuit Note | Analog Devices

Аналоговый входной интерфейс

AD7124-4 представляет собой малопотребляющий, малошумящий, полностью интегрированный аналоговый входной интерфейс для прецизионных измерительных систем. Данное устройство содержит малошумящий 24-битный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и может быть сконфигурирован либо на работу с четырьмя дифференциальными входами, либо с семью несимметричными или псевдодифференциальными входами. Встроенный каскад усиления с низким уровнем шума позволяет подключать источник сигналов небольшой амплитуды непосредственно к АЦП.

Одним из основных преимуществ AD7124-4 является то, что он позволяет пользователю выбрать один из трех интегрированных режимов энергопотребления. Выбранный режим определяет потребляемый ток, диапазон скоростей обновления выходных данных и среднеквадратическое значение шума. Данное устройство также предлагает на выбор несколько вариантов фильтров, что еще больше повышает универсальность разработки.

AD7124-4 также может обеспечивать одновременное подавление сетевых помех 50 Гц и 60 Гц при работе с частотой обновления выходных данных 25 SPS (установление сигнала за один цикл).

AD7124-4 характеризуется высочайшей степенью интеграции элементов сигнальной цепи. Это устройство содержит в себе прецизионный, малощумящий источник опорного напряжения с малым дрейфом, а также поддерживает работу с внешним дифференциальным опорным напряжением, которое может быть буферизировано с помощью внутреннего буфера. К другим ключевым интегрированным блокам компонента относятся программируемые источники тока возбуждения с малым дрейфом, источники диагностических токов, а также генератор напряжения смещения, который устанавливает синфазное напряжение канала равным AVDD/2. Ключ цепи низкого напряжения питания позволяет пользователям отключать питание мостовых датчиков в интервалах между преобразованиями, обеспечивая наименьшее энергопотребление. Компонент также даёт пользователю возможность выбора между внутренним и внешним источником тактового сигнала.

Интегрированный блок управления последовательностью преобразования позволяет пользователю выбирать несколько каналов AD7124-4 для автоматического последовательного преобразования, упрощая обмен данными с компонентом. Одновременно может быть активно до 16 каналов, включая как каналы аналоговых входных сигналов, так и диагностические каналы, например, каналы контроля уровней напряжения питания или опорного напряжения. Эта уникальная особенность позволяет чередовать диагностику с преобразованиями сигналов внешних источников. AD7124-4 поддерживает независимое конфигурирование каждого отдельного канала. Компонент позволяет реализовать до восьми конфигурационных настроек. Каждая конфигурация включает в себя варианты изменения коэффициента усиления, типа фильтра, частоты обновления выходных данных, буферизации и источника опорного напряжения. Пользователь может назначать любую из этих конфигураций любому из каналов.

AD7124-4 также обладает широкими возможностями функциональной диагностики, которая является частью набора функций этого компонента. Они включают в себя возможности проверки данных с использованием контрольной суммы (CRC), возможности проверки сигнальной цепочки и возможности проверки работоспособности последовательного интерфейса, что дает возможность реализовать более надежное решение. Эти диагностические функции позволяют уменьшить количество внешних компонентов, необходимых для реализации диагностики, благодаря чему сокращается требуемое пространство на печатной плате, время проектирования и стоимость. Значение доли безопасных отказов (SFF), показанное в тесте FMEDA (анализ видов, эффектов и диагностики отказов) для стандартного варианта применения, превышает 90% в соответствии с IEC 61508.

Входы для подключения датчиков

Данная схема может работать с 3-проводными и 4-проводными резистивными датчиками температуры (RTD), термопарами и датчиками давления, которые можно подключать через 8-контактный разъем. AD7124-4 имеет все функциональные элементы, необходимые для получения данных от этих датчиков. При работе с любыми типами датчиков АЦП в данном случае функционирует в режиме среднего энергопотребления. При этом также используется фильтр, который обеспечивает одновременное подавление сетевых помех 50 Гц и 60 Гц при преобразовании со скоростью 25 SPS. После подключения датчика к цепи, АЦП настраивается в соответствии с типом подключенного датчика. Также может быть выполнена внутренняя калибровка полного диапазона и смещения с целью минимизации ошибки смещения и ошибки полного диапазона. Калибровка инициируется по команде через интерфейс UART или интерфейс HART.

AD7124-4 имеет несколько встроенных средств диагностики, которые позволяют повысить надежность конечного устройства. В данной схеме функция обнаружения обрыва провода гарантирует целостность проводного соединения с датчиками, а состояние сброса при включении питания (POR) непрерывно отслеживается в регистре состояния, чтобы пользователь был проинформирован при возникновении сброса при включении питания. Состояние регистра ошибок считывается при каждом преобразовании, и его содержимое отправляется по интерфейсу HART вместе с выходными данными датчика.

RTD

Резистивный датчик температуры (RTD) может измерять температуру в диапазоне от –200 °C до +600 °C. Наиболее распространенными моделями таких датчиков являются Pt100 и Pt1000, которые сделаны из платины. В данном случае к схеме подключен датчик Pt100.

4-проводный RTD

На рисунке 2 показано, как 4-проводный датчик Pt100 подключается к цепи.

Рисунок 2. 4-проводный RTD

Один из источников тока возбуждения в микросхеме AD7124-4 обеспечивает сигнал возбуждения Pt100. Максимальное сопротивление Pt100 составляет 313,71 Ом (при 600 °C). Если ток возбуждения установлен на 250 мкА, максимальное напряжение, генерируемое на Pt100, составит

Если коэффициент усиления матрицы с программируемым усилением (PGA) будет установлен на 16, максимальное напряжение на входе модулятора будет равно

помощью прецизионного резистора 5,6 кОм (0,05%, 10 ppm/°С) формируется опорное напряжение. Значение опорного резистора RREF выбирается таким образом, чтобы напряжение, генерируемое на нем, имело минимальное значение 1,25 В, то есть напряжение на входе модулятора в зависимости от аналогового входного сигнала было бы меньше или равно опорному напряжению. Ток 250 мкА, который подается на Pt100, также протекает через резистор 5,6 кОм, что свидетельствует об относительном (ратиометрическом) характере выходного сигнала. Таким образом, любое изменение тока возбуждения не влияет на работу схемы. Напряжение, генерируемое на прецизионном резисторе, равно

Антиалайзинговые фильтры установлены на входе аналогового сигнала и входе опорного сигнала. Эти фильтры подавляют любые помехи, кратные наложению частоты дискретизации модулятора на интересующую полосу. Также имеются буферы опорного сигнала, которые гарантируют, что эти фильтры и внешние резисторы не приведут к появлению ошибок усиления. Буферы аналогового входного сигнала включаются автоматически, потому что эти буферы всегда активируются при использовании PGA. Для буферов опорного сигнала требуется некоторый запас по напряжению (100 мВ относительно положительной и отрицательной шин питания). В связи с этим на землю был подключен резистор 470 Ом, который обеспечивает данный запас.

Для обеспечения тока возбуждения 250 мкА требуется запас в 370 мВ. Напряжение на этом выводе равно (470 + 5600 + 313,71) Ом × 250 мкА = 1,6 В, что является приемлемой величиной.

Линии AIN4 и AIN5 используются в качестве входов аналогового сигнала AINP и AINM.

Резисторы 1 кОм на выводах разъема имеют двойное назначение: они являются составляющими элементами антиалайзинговых фильтров, а также защищают аналоговые входы в случае перенапряжения (например, из-за неправильного подключения).

В схемотехнических указаниях CN-0381 представлены дополнительные сведения о подключении 4-проводных датчиков Pt100 к AD7124-4, а также о линеаризации или последующей обработке преобразований.

Схема, представленная на рисунке 1, также может работать с 4-проводными датчиками Pt1000. Схема подключения будет такой же, как и для Pt100. Конфигурация АЦП при этом также будет аналогична конфигурации, описанной ранее в этом разделе, но с той лишь разницей, что коэффициент усиления PGA будет равен 1.

3-проводный RTD

На рисунке 3 представлена схема подключения 3-проводного датчика Pt100.

Рисунок 3. 3-проводный RTD

AD7124-4 имеет два согласованных источника тока возбуждения. Они оба используются при работе с 3-проводным резистивным датчиком температуры с целью осуществления компенсации сопротивления проводов. Поскольку максимальное сопротивление Pt100 составляет 313,71 Ом (при 600 °C), токи возбуждения устанавливаются на 250 мкА. Опорный резистор RREF подтягивается к питанию. В результате один источник тока возбуждения 250 мкА (IOUT0) подключается к выводу AIN6 и выдает ток, который проходит через прецизионный опорный резистор 5,6 кОм (0,05%, 10 ppm/°C), а затем через Pt100. Второй источник тока 250 мкА (IOUT1) подключается к выводу AIN7. Ток этого источника генерирует напряжение из-за наличия сопротивления проводов, которое противоположно напряжению, генерируемому вследствие наличия сопротивления проводов током от источника с выводом AIN6. В результате этого погрешность из-за сопротивления проводов сводится к минимуму.

Напряжение, генерируемое при прохождении тока через опорный резистор 5,6 кОм равно:

Максимальное напряжение, генерируемое при прохождении тока через Pt100, составляет:

При установке коэффициента усиления PGA на 16 напряжение на модуляторе AD7124-4 будет равно:

Это напряжение находится в пределах допустимого диапазона, так как оно меньше, чем опорное напряжение.

Антиалайзинговые фильтры установлены на входе аналогового сигнала и входе опорного сигнала. Эти фильтры подавляют любые помехи, кратные наложению частоты дискретизации модулятора на интересующую полосу. Также имеются буферы опорного сигнала, которые гарантируют, что эти фильтры и внешние резисторы не приводят к появлению ошибок усиления. Буферы аналогового входного сигнала включаются автоматически, потому что эти буферы всегда активируются при использовании PGA. Для буферов опорного сигнала требуется некоторый запас по напряжению (100 мВ относительно положительной и отрицательной шин питания). В связи с этим на землю был подключен резистор 470 Ом, который обеспечивает данный запас.

Для обеспечения тока возбуждения 250 мкА требуется запас в 370 мВ. Напряжение на этом выводе равно (470 Ом × 2 × 250 мкА) + (5600 + 313,71) Ом × 250 мкА = 1,713 В, что является приемлемой величиной.

В схемотехнических указаниях CN-0383 представлены дополнительные сведения о подключении 3-проводных датчиков Pt100 к AD7124-4, а также о линеаризации или последующей обработке преобразований.

Схема, представленная на рисунке 1, также может работать с 3-проводными датчиками Pt1000. Схема подключения будет такой же, как и для Pt100. Конфигурация АЦП при этом также будет аналогична конфигурации, описанной ранее в этом разделе, но с той лишь разницей, что коэффициент усиления PGA будет равен 1.

Термопара

На рисунке 4 представлена схема подключения термопары.

Рисунок 4. Термопара T-типа

Термопара представляет собой соединение двух разных типов проводов. В результате в точке спая создается напряжение, зависящее от температуры. Например, термопара T-типа генерирует напряжение 40 мкВ, как правило, при изменении температуры на 1 °C.

Напряжение термопары должно быть смещено относительно напряжения системы. AD7124-4 содержит источник V_BIAS, который смещает напряжение термопары на (AV_DD — AV_SS)/2. Напряжение смещения генерируется на канале AIN6 и подается на термопару, как показано на рисунке 4. Напряжение смещения также можно генерировать на линии аналогового входа AINM. Однако в этом случае сопротивления и емкости внешних резисторов и конденсаторов должны быть ограничены, так как напряжение смещения, генерируемое на AINM, и отфильтрованное напряжение, присутствующее на AINP, будут отличаться, причем эта разница будет достаточно велика и повлияет на результат преобразования.

Результат измерения температуры с помощью термопары является абсолютным, и в связи с этим для осуществления преобразования используется встроенный ИОН на 2,5 В. В данном случае используется термопара T-типа. Эта термопара может измерять температуру в диапазоне от -200 °C до +400 °C, вследствие чего диапазон изменения напряжения термопары в процессе измерения составит от -8 мВ до +16 мВ. Коэффициент усиления PGA установлен на 128.

Для компенсации холодного спая используется NTC-термистор (10 кОм, 1%, 3435 К).

Рисунок 5. Термистор

Питание термистора осуществляется с помощью внутреннего опорного напряжения, коэффициент усиления для осуществления преобразования в данном случае равен 1.

Здесь:

V_REF – опорное напряжение
ADC_CODE – это код, считанный с AD7124-4
2²⁴ – максимальный размер кода, определяемый разрешением АЦ

Сопротивление термистора R_NTC равно:

Здесь:

R_REF = 5.6 кОм
V_REF – опорное напряжение

Объединив эти уравнения, получим:

Здесь:

ADC_CODE – код, считанный с AD7124-4
R_REF = 5.6 кОм
FS_CODE – максимальный размер кода, определяемый разрешением AD7124-4 (224)

Далее в микроконтроллере значение сопротивления преобразуется в значение температуры с использованием таблицы преобразования на основе уравнения термистора.

Здесь:

T – температура, зарегистрированная термистором (K)
R₀ = 10 кОм
β = 3435 K
T₀ = 298.15 K

Окончательная температура в °C будет равна T — 273,15.

Резистор 5,6 кОм также обеспечивает запас по напряжению для аналогового входа, поскольку в данном случае активированы буферы аналогового входа, и для них требуется запас 100 мВ. Этот резистор также защищает цепь, так как он сможет ограничить ток в случае неправильного подключения.

В схемотехнических указаниях CN-0384 CN-0384 представлены дополнительные сведения о подключении термопары к AD7124-4, а также о линеаризации или последующей обработке преобразований.

Датчик давления

Датчик давления, возбуждаемый напряжением, может быть подключен в соответствии со схемой, показанной на рисунке 6, а датчик давления, возбуждаемый током, можно подключить по схеме, представленной на рисунке 7. В данном случае используется датчик давления компании Honeywell (Honeywell S&C 24PCDFA6D).

Рисунок 6. Датчик давления, возбуждаемый напряжением

Рисунок 7. Датчик давления, возбуждаемый током

В случае с архитектурой, возбуждаемой напряжением, в качестве напряжения возбуждения используется AV_DD (3,3 В). Если AV_DD используется для возбуждения тензодатчика, в качестве напряжение возбуждения может быть использовано непосредственно опорное напряжение АЦП. Обратите внимание, что как в цепь нижнего плеча датчика, так и в цепь его верхнего плеча были добавлены резисторы с целью обеспечения запаса по напряжению буферов AD7124-4. Коэффициент усиления в данном случае равен 16.

В случае с возбуждением током оба тока возбуждения 100 мкА выходят из линии AIN6, в результате чего общий ток возбуждения датчика становится равным 200 мкА. Здесь также коэффициент усиления равен 16. С помощью прецизионного резистора 5,6 кОм генерируется опорное напряжение. Такая схема свидетельствует об относительном (ратиометрическом) характере выходного сигнала, то есть любое изменение тока возбуждения не влияет на работу схемы.

На печатной плате предусмотрена возможность подключения нижнего плеча датчика к GND или к линии питания AD7124-4.

Как указывалось ранее, входы аналоговых и опорных сигналов имеют антиалайзинговые фильтры для подавления любых помех, возникающих на частотах, кратных частоте дискретизации АЦП. Последовательно включенные резисторы также ограничивают ток при возникновении перенапряжения.

Моделирование работы основного датчика

Схема включает в себя резистивную цепь и потенциометр, которые позволяют моделировать работу датчика (схема моделирования работы основного датчика, показанная на рисунке 1). С помощью потенциометра, напряжение между AIN0 (AINP) и AIN1 (AINM) можно изменять в диапазоне от приблизительно -0,09 В до приблизительно 1,36 В. Для организации преобразования в данной схеме используется встроенный источник опорного напряжения. Коэффициент усиления AD7124-4 в данном случае установлен на 1, при этом включены буферы аналоговых входных сигналов. Такая конфигурация позволяет пользователю оценить работу схемы без необходимости подключения внешнего датчика.

Цифровая обработка данных, алгоритм и организация связи

Демонстрационное программное обеспечение (включенное в пакет поддержки проектирования CN-0382) выполняет инициализацию и настройку, обрабатывает данные с аналоговых входов, управляет аналоговым выходом и осуществляет обмен данными по интерфейсу HART. Для всех упомянутых датчиков требуется линеаризация или компенсация. Эта линеаризация выполняется в программном обеспечении. Для получения дополнительных сведений о работе с резистивными датчиками температуры и термопарами и требуемой линеаризации ознакомьтесь со схемотехническими указаниями Circuit Note CN-0381, Circuit Note CN-0383 и Circuit Note CN-0384.

Аналоговый выход

AD5421 имеет в своем составе малопотребляющий прецизионный 16-разрядный ЦАП и выходной драйвер токовой петли 4-20 мА и реализует все функции, необходимые для обеспечения аналогового выхода полевого прибора.

AD5421 обменивается данными с микроконтроллером через интерфейс SPI.

AD5421 также имеет ряд диагностических функций, обеспечивающих диагностику работы токовой петли 4-20 мА. Встроенный вспомогательный АЦП может измерять напряжение на линиях петли прибора через резистивный делитель, состоящий из резисторов 20 МОм и 1 МОм, который подключен к выводу VLOOP. Этот АЦП также может измерять температуру микросхемы, считывая данные со встроенного датчика температуры. Микроконтроллер может настраивать AD5421 и считывать все диагностические данные этой микросхемы, впрочем, AD5421 также может работать автономно.

Программное обеспечение контролирует любое изменение выходного тока при считывании каждого значения, чтобы предотвратить нарушение связи по интерфейсу HART.

Связь по интерфейсу HART

В AD5700 встроен полноценный модем HART FSK. Этот модем подключается к микроконтроллеру через стандартный интерфейс UART, дополненный сигналами запроса на отправку (RTS) и обнаружения несущей (CD).

Выходной сигнал HART масштабируется до необходимой амплитуды с помощью емкостного делителя, состоящего из конденсаторов 0,068 мкФ и 0,22 мкФ, и заводится на линию CIN микросхемы AD5421, где он объединяется с выходным сигналом ЦАП с целью управления и модуляции выходного тока.

Входной сигнал HART от LOOP+ через простой пассивный RC-фильтр заходит на линию ADC_IP микросхемы AD5700. RC-фильтр работает в качестве полосового фильтра для демодулятора HART, а также улучшает устойчивость системы к электромагнитным помехам, что особенно важно для отказоустойчивых систем, работающих в жестких промышленных условиях.

Малопотребляющий генератор AD5700 генерирует сигналы тактовой частоты для HART-модема с помощью внешнего кварцевого резонатора 3,6864 МГц, подключенного непосредственно к выводам XTAL1 и XTAL2.

Защита выхода

Супрессор (TVS-диод) защищает токовую петлю 4-20 мА от перенапряжения. Для обеспечения надежной защиты следует выбрать номинальное напряжение TVS-диода так, чтобы не превышалось абсолютное максимальное напряжение AD5421 на выводе REGIN, которое равно 60 В. Обратите внимание, что ток утечки TVS-диода может повлиять на точность выходного тока, поэтому при выборе этого компонента обратите внимание на ток утечки при заданном напряжении петли и диапазоне температур.

С AD5421 можно использовать внешний полевой транзистор с обедненным каналом с целью увеличения максимального напряжения токовой петли.

Данная схема защищена от приложения напряжения обратной полярности за счет использования двух диодов, включенных последовательно с выходными линиями петли.

Ферритовые бусинки, включенные последовательно с выходными линиями петли, вместе с конденсатором 4700 пФ позволяют повысить устойчивость системы к электромагнитным помехам. Из-за технических характеристик сети HART на линиях петли не следует использовать более высокую емкость.

Стабилитрон 4,7 В, характеризующийся малой утечкой, защищает встроенный в микросхему AD5421 измерительный резистор 50 Ом в случае возникновения скачка напряжения между линией COM микросхемы AD5421 и линией LOOP- (например, при отладке схемы).

Источники питания и управление питанием

Вся электрическая схема полевого прибора, в том числе источники тока возбуждения датчика, должна работать при ограниченном количестве энергии, доступной от токовой петли 4-20 мА. Это стандартная задача при проектировании любого полевого прибора с питанием от токовой петли. На схеме рисунка 1 представлен пример решения как для малопотребляющих, так и для высопроизводительных систем. Все микросхемы, задействованные в данном примере, характеризуются низким энергопотреблением, и в этой схеме используются их встроенные функции для реализации универсальной структуры управления питанием и оптимального решения с питанием от токовой петли.

AD5421 питается от токовой петли 4-20 мА и обеспечивает стабилизированное низкое напряжение для остальных компонентов схемы. Напряжение на линии REG_OUT микросхемы AD5421 может программно настраиваться в диапазоне от 1,8 В до 12 В в зависимости от требований схемы. В схеме на рисунке 1 используется вариант с напряжением питания 9 В. Цепь датчика изолирована от цепи токовой петли 4-20 мА с помощью простого двухтактного DC/DC преобразователя. Микроконтроллер синхронизирует работу ключа ADG5433, который генерирует неперекрывающиеся прямоугольные сигналы напряжением 9 В для управления трансформатором. Коэффициент преобразования напряжения трансформатора составляет 2:1. Напряжение на вторичной обмотке, равное 4,5 В, выпрямляется и стабилизируется с помощью ADP162, который образует малошумящий источник питания 3,3 В для AD7124-4. И аналоговые, и цифровые блоки AD7124-4 питаются от стабилизатора ADP162. Тем не менее, здесь также используется фильтр, состоящий из дросселя L1 и резистора R19, чтобы предотвратить влияние шума от цифровых схем на аналоговые блоки.

AD5421 обеспечивает напряжение питание 3,3 В для цифровых схем в цепи токовой петли. Это напряжение питания используется непосредственно микроконтроллером и AD5700.

RC-фильтр на выводе REG_OUT, состоящий из двух конденсаторов 10 мкФ и резистора 10 Ом, позволяет подавить любые помехи от токовой петли, которые могут повлиять на работу аналоговой схемы. Он также подавляет любые помехи, создаваемые элементами схемы, в частности контроллером и цифровой схемой, которые могут накладываться на сигналы токовой петли, что очень важно для обеспечения надежной связи по интерфейсу HART.

HART-модем AD5700 получает питание через дополнительный RC-фильтр, состоящий из резистора 470 Ом и конденсатора 1 мкФ. Этот фильтр очень важен в системах с питанием от петли, поскольку он предотвращает наложение токового шума от AD5700 на выходной сигнал токовой петли 4-20 мА, что может сильно повлиять на качество связи по HART. Для тактирования модема AD5700 используется подключенный к выводам XTAL1 и XTAL2 внешний резонатор с конденсаторами 8,2 пФ, которые также подключены к шине заземления, что является вариантом, обеспечивающим наименьшее энергопотребление.

Одним из основных преимуществ AD7124-4 является то, что этот АЦП обеспечивает универсальность в плане использования одного из трех интегрированных режимов энергопотребления. Выбранный режим определяет потребляемый ток, диапазон скоростей обновления выходных данных и среднеквадратическое значение шума. Для портативного оборудования или приборов с питанием от токовой петли 4-20 мА оптимальным выбором будет режим низкого или среднего энергопотребления. Для систем управления технологическим процессом, которые не испытывают недостатка в энергии, можно использовать режим высокого энергопотребления, который позволяет значительно снизить уровень шума. Для этой схемы с питанием от токовой петли используется режим среднего энергопотребления. Для получения дополнительной информации о режимах энергопотребления ознакомьтесь с документацией на AD7124-4.

Вывод PSW с заземляющим ключом микросхемы AD7124-4 позволяет управлять источником возбуждения/питания при работе с датчиком давления. При включении прибора этот ключ по умолчанию находится в разомкнутом состоянии. Это состояние по умолчанию позволяет перед включением датчика полностью настроить систему, в том числе настроить соответствующий режим энергопотребления, и в конечном итоге оно позволяет минимизировать любые возможные скачки напряжения на выходе токовой петли при включении прибора.

При работе с резистивным датчиком температуры этот датчик питается от программируемого источника тока AD7124-4, поэтому его питание полностью контролируется программным обеспечением. Аналогичным образом в случае с термопарами источники напряжения смещения и опорного напряжения встроены в AD7124-4, поэтому они также управляются программным образом.

Программное обеспечение

Микроконтроллер взаимодействует с AD7124-4 и AD5421 посредством интерфейса SPI. Он обменивается данными с AD5700 через интерфейс UART, а именно UART0. Программное обеспечение загружается в микроконтроллер через второй интерфейс UART микроконтроллера, а именно UART1.

После включения питания микроконтроллер настраивает все три устройства, AD7124-4 настраивается для работы с термопарой Т-типа. AD7124-4 работает в режиме непрерывного преобразования. Вследствие этого вывод DOUT/RDY данной микросхемы также подключен к линии прерывания микроконтроллера. Каждый раз, когда АЦП заканчивает преобразование и делает его результат доступным, для микроконтроллера генерируется прерывание, во время которого он считает этот результат преобразования. Затем микроконтроллер линеаризует и обрабатывает данные. Результат обработки отправляется в ЦАП AD5421 для его передачи по токовой петле 4-20 мА. Программное обеспечение, используемое для демонстрации функциональности и возможностей схемы, содержится в пакете поддержки проектирования CN-0382. Это программное обеспечение поддерживает работу со всеми типами датчиков, упомянутых в этом схемотехническом указании. Документация по изменению программного обеспечения для работы с различными типами датчиков и подробные сведения о загрузке программного обеспечения в микроконтроллер также представлены в пакете поддержки проектирования CN-0382.

Пример кода включает в себя возможности ответа ведомого на основные команды протокола HART с целью демонстрации функциональности и возможностей аппаратной части. Впрочем, этот пример кода не включает уровни протокола связи HART.

Каждый из резисторов имеет сопротивление 150 ом

На сколько изменится сопротивление участка цепи АВ, изображенного на рисунке, если ключ К разомкнуть? Сопротивление каждого резистора равно 4 Ом. (Ответ дайте в омах. Если сопротивление увеличится, изменение считайте положительным, если уменьшится — отрицательным.)

До размыкания ключа резисторы, изображенные на рисунке вертикально, закорочены, схема представляет собой просто резистор R.

Если разомкнуть ключ, «вертикальные» резисторы перестанут быть закороченным и схема станет представлять собой последовательное соединение резистора R с двумя параллельно соединенными резисторами R. Следовательно, сопротивление участка цепи после размыкания ключа будет равно

Таким образом, сопротивление участка цепи увеличится на 2 Ом.

Добрый день! Вопрос, наверное, слегка не в тему, но что значит вертикально закорочены? И как определить, как пойдет тот при замыкании или размыкании ключа?

«Вертикальные» — в данном контексте является просто указанием на резисторы, нарисованные на схеме вертикально.

Две точки называют закороченными, если они соединены проводником с пренебрежимо малым сопротивлением, коим является соединительный провод. Такие точки оказываются под одинаковым потенциалом.

Посмотрите комментарий к задаче 1411

На фотографии — электрическая цепь. Показания вольтметра даны в вольтах. Чему будут равны показания вольтметра, если его подключить параллельно резистору 2 Ом? (Ответ дайте в вольтах. Вольтметр считать идеальным.)

Согласно закону Ома, сила тока, сопротивление проводника и напряжение между его концами связаны соотношением Поскольку резистор 1 Ом и резистор 2 Ом подключены последовательно, сила тока, текущего через них, совпадает. Следовательно, идеальный вольтметр, подключенный параллельно к резистору 2 Ом, покажет напряжение

На рисунке показан участок цепи постоянного тока. Каково сопротивление этого участка, если ?

Участок представляет собой последовательное соединение резистора r и двух параллельно соединенных резисторов 3r. Следовательно, сопротивление этого участка равно

На фотографии — электрическая цепь. Показания включенного в цепь амперметра даны в амперах. Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, если его подключить параллельно резистору 3 Ом? (Ответ дайте в вольтах.)

Согласно закону Ома, сила тока, сопротивление проводника и напряжение между его концами связаны соотношением Все резисторы подключены последовательно, а значит, через них всех течет одинаковый ток силой 0,8 A. Таким образом, идеальный вольтметр, подключенный параллельно к резистору 3 Ом, покажет напряжение

На участке цепи, изображенном на рисунке, сопротивление каждого из резисторов равно Чему равно полное сопротивление участка при замкнутом ключе К?

После замыкания ключа правая половина схемы окажется закороченной, получившаяся схема будет эквивалента двум подключенным параллельно резисторам.

Полное сопротивление участка при замкнутом ключе равно

Не учитывается третий резистор потому что ток идет по пути наименьшего сопротивления?

Начну с совета: «Раз и навсегда забудьте эту фразу про то, что ток течет по пути наименьшего сопротивления». Она иногда приводит людей к очень странным выводам, так что от нее больше вреда, чем пользы. А что стоит помнить? Это законы о токах и напряжениях при параллельном и последовательном соединениях. Если у Вас есть два параллельно соединенных проводника, то ток между ними делится таким образом, чтобы напряжения на них совпадали. По закону Ома получается, что чем меньше одно сопротивление, чем другое, тем большая часть тока через него потечет. Если оба сопротивления отличны от нуля, то через них обоих течет ток. В нашем же случае (после замыкания ключа) получается, что сверху есть какое-то ненулевое сопротивление, а снизу идет просто соединительный провод, сопротивлением которого всегда пренебрегают. По законам для параллельного соединения:

.

При этом сумма и должна давать полный, конечный по величине ток в цепи. Единственная возможность для того, чтобы эти уравнения выполнялись: потребовать, чтобы . То есть, если есть закороченный участок, то его можно смело выкидывать из рассмотрения, ток туда не пойдет. В других случаях, ток всегда как-то распределяется. Например, если бы в левой части схемы были не одинаковые сопротивления, то ток пошел бы не «по пути наименьшего сопротивления», а через оба из них.

P.S. Возможно, я немного переусердствовал, и зря Вас обвинил, может Вы и так все правильно для себя трактовали, в этом случае прошу извинить меня, но у меня просто был опыт общения с людьми, которые реально путались из-за этой фразы.

Спасибо за расшифровку, теперь понимаю! Вы не переусердствовали, все отлично объяснили. Спасибо, еще раз!

Идёт приём заявок

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

1. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 1 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I = 2 А (см. рисунок). Какое напряжение показывает идеальный вольтметр?

2. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 2 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I (см. рисунок). Идеальный вольтметр показывает напряжение 9 В. Чему равна сила тока I?

3. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 10 Ом каждый соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I = 6 А (см. рисунок). Какое напряжение показывает идеальный вольтметр?

4. На плавком предохранителе счётчика электроэнергии указано: «15 А, 380 В». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включать в сеть, чтобы предохранитель не расплавился?

5. На плавком предохранителе счётчика электроэнергии указано: «10 А, 220 В». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включать в сеть, чтобы предохранитель не расплавился?

6. К батарее с ЭДС, равной 24 В, и внутренним сопротивлением 2 Ом подключили резистор с сопротивлением 4 Ом. Какова сила тока в цепи?

7. В схеме, изображённой на рисунке, ЭДС источника тока равна 5 В, а его внутреннее сопротивление 2 Ом. Сила тока в цепи 1 А. Каково показание вольтметра, если он идеальный?

8. В цепи из двух одинаковых последовательно включённых резисторов за час выделяется количество теплоты, равное 200 Дж. Какое количество теплоты будет выделяться за час в цепи, в которой количество резисторов и подводимое к ним напряжение увеличено в 3 раза?

9. В цепи из двух одинаковых последовательно включённых резисторов за час выделяется количество теплоты, равное 250 Дж. Какое количество теплоты будет выделяться в цепи из этих резисторов за час, если их включить параллельно, а подводимое к ним напряжение уменьшить в 2 раза?

10. Каждый из резисторов в схеме, изображённой на рисунке, имеет сопротивление 150 Ом. Каким будет сопротивление участка цепи, если ключ К замкнуть?

11. Силы электростатического взаимодействия между двумя точечными заряженными телами равны по модулю 20 мН. Каким станет модуль этих сил, если заряд каждого тела увеличить в 3 раза?

12. Силы электростатического взаимодействия между двумя точечными заряженными телами равны по модулю 80 мН. Каким станет модуль этих сил, если расстояние между телами увеличить в 2 раза?

13. По участку цепи, состоящему из резистора R = 4 кОм, течёт постоянный ток I = 100 мА. За какое время на этом участке выделится количество теплоты Q = 2,4 кДж?

14. На фотографии представлена электрическая цепь. Показания вольтметра даны в вольтах, амперметра — в амперах. Чему равно сопротивление неизвестного резистора? Вольтметр и амперметр считать идеальными.

15. Точка В находится на середине отрезка АС. Неподвижные точечные заряды q1 = 10 нКл и q2 = -20 нКл расположены в точках А и С соответственно (см. рисунок). Какой заряд надо поместить в точку А взамен заряда q1, чтобы напряжённость электрического поля в точке В увеличилась в 2 раза, не меняя направления?

16. На фотографии представлена электрическая цепь. Показания вольтметра даны в вольтах, амперметра — в амперах. Чему равно сопротивление неизвестного резистора? Вольтметр и амперметр считать идеальными.

17. На участке цепи, изображённом на рисунке, сопротивление каждого из резисторов равно 2 Ом. Определите полное сопротивление участка цепи.

18. При скорости v1 поступательного движения прямолинейного проводника в постоянном однородном магнитном поле на концах проводника возникает разность потенциалов U. При движении этого проводника в том же направлении в той же плоскости со скоростью v2 разность потенциалов на концах проводника уменьшилась в 4 раза. Чему равно отношение v2/v1?

19. В цепи из двух одинаковых последовательно включённых резисторов за час выделяется количество теплоты Q1, если к цепи подводится напряжение U. В цепи из пяти таких же резисторов, соединённых последовательно, за час выделяется количество теплоты Q2, если к этой цепи подводится напряжение 3U. Чему равно отношение Q2/Q1?

20. В цепи из трёх одинаковых последовательно включённых резисторов за час выделяется количество теплоты Q1, если к цепи подводится напряжение U. В цепи из двух таких же резисторов, соединённых последовательно, за час выделяется количество теплоты Q2, если к этой цепи подводится напряжение 5U. Чему равно отношение Q2/Q1?

21. Два неподвижных точечных заряда действуют друг на друга с силами, модуль которых равен F. Во сколько раз увеличится модуль этих сил, если один заряд увеличить в 3 раза, другой заряд уменьшить в 2 раза, а расстояние между ними оставить прежним?

22. Два неподвижных точечных заряда действуют друг на друга с силами, модуль которых равен F. Во сколько раз уменьшится модуль этих сил, если один заряд уменьшить в 5 раз, другой заряд увеличить в 2 раза, а расстояние между ними оставить прежним?

23. Участок цепи состоит из двух последовательно соединённых длинных цилиндрических проводников, сопротивление первого из которых равно 4R, а второго 2R. Во сколько раз уменьшится общее сопротивление этого участка, если удельное сопротивление и длину первого проводника уменьшить вдвое?

24. Во сколько раз увеличится ускорение заряженной пылинки, движущейся в электрическом поле, если её заряд увеличить в 6 раз, а напряжённость поля уменьшить в 2 раза? Силу тяжести и сопротивление воздуха не учитывать.

25. Во сколько раз увеличится ускорение заряженной пылинки, движущейся в электрическом поле, если её заряд уменьшить в 2 раза, а напряжённость поля увеличить в 3 раза? Силу тяжести и сопротивление воздуха не учитывать.

1. Ответ: 3. 2. Ответ: 3. . Ответ: 30. 4. Ответ: 5700. 5. Ответ: 2200. 6. Ответ: 4. 7. Ответ: 3. 8. Ответ: 600. 9. Ответ: 250. 10. Ответ: 150. 11. Ответ: 180. 12. Ответ: 20. 13. Ответ: 60. 14. Ответ: 1. 15. Ответ: 40.

16. Ответ: 2. 17. Ответ: 5. 18. Ответ: 0,25. 19. Ответ: 3,6. 20. Ответ: 37,5.

21. Ответ: 1,5. 22. Ответ: 2,5. 23. Ответ: 2. 24. Ответ: 3. 25. Ответ: 1,5.

Чему станет равно сопротивление участка электрической цепи, если ключ замкнуть? Каждый из резисторов имеет сопротивление 20 Ом.

Ток идет по пути наименьшего сопротивления в цепи.

Сопротивление замкнутого участка равно нулю.

73% выпускников не работают по специальности, потому что.

— Выбрали профессию, опираясь только на опыт друзей и родителей
— Не учли свои личностные особенности, способности и интересы
— Выбрали вуз, опираясь только на баллы ЕГЭ

электричество — Измерение напряжения при коротком замыкании

Предположим простое короткое замыкание щупов мультиметра в любой точке цепи:

Нормально, но напряжение питания 5 В должно выйти на ограничение по току. У вас не может быть 5 В и короткое замыкание.

Можно ли предположить, что считываемое напряжение будет равно 0 В, поскольку все точки на проводе имеют одинаковое напряжение?

Да.

Если мы затем добавим резистор и измерим напряжение на резисторе, при каком сопротивлении вы зарегистрируете 5 В?

Зависит от текущей мощности источника питания.Например, если он может подавать 2 А при 5 В, тогда …

Как закон Ома это подтверждает?

… \ $ R = \ frac {V} {I} = \ frac {5} {2} = 2,5 \ \ Omega \ $ и это минимальное сопротивление цепи, которое блок питания может поддерживать при поддержании 5 В.

Всегда работает.

---

Примечания:

Когда вы используете кнопку CircuitLab на панели инструментов редактора, редактируемые схемы сохраняются в соответствии с вашим вопросом. Аккаунт не требуется. Никаких скриншотов или загрузки не требуется.

Обозначения электрических единиц, названные в честь человека, пишутся с заглавной буквы, а при написании — строчными. Итак, V — вольт, A — ампер, W — ватт, K — кельвин (тогда как маленький k — килограммы) и заглавная \ $ \ Omega \ $ означает ом.

---

Что меня сбивает с толку, так это то, что вывод на GND внезапно показывает 0, даже когда сопротивление> 2,5 увеличивается? Почему бы ему не считывать его с меньшим сопротивлением, даже если схема «требует» большего тока, чем может выдержать блок питания?

GND в цепи — это просто ориентир.Вы можете думать об этом как о том месте, где мы обычно подключаем черный провод мультиметра, который переключается на V DC. Поскольку рассматриваемый провод толстый и сделан из хорошего проводника, все точки вдоль провода будут иметь потенциал земли при измерении с помощью красного щупа измерителя. В реальной цепи с током показания в милливольтах будут увеличиваться по мере удаления красного провода от черного.

Рисунок 1. Реостат. Обратите внимание на провод сопротивления намотки и открытую полосу с подвижным контактом.Источник: Resistor Guide.

Теперь, если мы добавим резистор, ситуация изменится. Ток уменьшается, и если бы мы могли прикоснуться к красному щупу в различных точках вдоль резистора, мы бы увидели повышение напряжения до 1 В при 20% снизу, 2 В при 40% и т. Д., Пока мы не дойдем до верха. и мы бы измерили 5 В. Мы могли бы использовать реостат на фотографии, подключив один конец к +5 В, а другой к GND. Затем подсоедините красный зонд к дворнику и переместите его.

На самом деле, я спрашиваю, если ток одинаковый во всей цепи, как один вывод знает, что он направлен вверх от резистора, и, следовательно, показывает 5 В, а другой — вниз, и считывает 0 В.Я спрашиваю об этом в теории и на практике.

Штырь не знает, но вольтметр может его измерить. Разность потенциалов с GND уменьшается по мере того, как мы движемся вниз по резистору.

Обрыв и короткое замыкание

Ultimate Electronics: практическое проектирование и анализ схем

---

Особое поведение при двух крайностях сопротивления: нуле и бесконечности. Читать 4 мин

Обрыв цепи и короткое замыкание — это два специальных термина, которые обозначают противоположные крайние значения числовой линии сопротивления.

Мы можем взглянуть на схему, посмотрев на любую пару открытых клемм:

В контексте любых двух выводов цепи:

Короткое замыкание означает, что две клеммы соединены извне с сопротивлением R = 0 , так же, как идеальный провод. Это означает, что для любого значения тока существует нулевая разница напряжений. (Обратите внимание, что настоящие провода имеют ненулевое сопротивление!)

Разрыв цепи означает, что две клеммы являются точками, внешне отключены , что эквивалентно сопротивлению R = ∞ .Это означает, что между двумя выводами может течь нулевой ток, независимо от разницы напряжений. (Обратите внимание, что очень высокое напряжение может вызвать протекание дуги тока даже через большие воздушные или вакуумные зазоры!)

Идея взглянуть на два терминала цепи и посмотреть на поведение в этих двух крайностях — мощная идея.

Как в теории, так и на практике слово «внешне» не имеет особого значения. Это произвольная граница, отделяющая «исходное» поведение схемы от нового поведения, когда мы вносим определенные изменения в любую пару узлов.Эта искусственная граница рассматривает остальную часть схемы, внутренние части черного ящика, как немодифицированные. Сделав это предположение, мы можем сделать только одно небольшое изменение вне черного ящика и увидеть его влияние на черный ящик.

---

Идеальный вольтметр на обрыв. Обрыв цепи — это ограничивающее приближение для реального вольтметра, который будет иметь некоторое большое (но не бесконечное) сопротивление.

Идеальный амперметр — короткозамкнутый. Короткое замыкание — это ограничивающее приближение для реального амперметра, который будет иметь небольшое (но не нулевое) сопротивление.

Подробнее см. В разделе «Мультиметры и измерения».

---

Подобно тому, как вольтметр и амперметр измеряют, подключая два щупа к цепи, теоретический анализ часто выполняется, рассматривая только два узла цепи.

Обрыв и короткое замыкание обеспечивают две полезные точки на кривой V-I.

В частности:

• Напряжение разомкнутой цепи — это разница напряжений, измеренная между двумя клеммами, когда ток не подается и не подается.
• Ток короткого замыкания — это ток, который протекает, когда клеммы вынуждены иметь нулевую разность напряжений.

Мы будем использовать эти два значения в эквивалентных схемах Thevenin и Norton Equivalent Circuits.

---

На практике мы хотели бы, чтобы схемы, которые мы строим, выдерживали как нормальные условия, для которых они предназначены, так и некоторые необычные условия, которые случаются время от времени, но не должны приводить к необратимым повреждениям.

Обрыв цепи случается даже тогда, когда он нежелателен.Например, всякий раз, когда что-то отключается или отключается, у нас возникает состояние разомкнутой цепи.

Короткие замыкания случаются даже тогда, когда они нежелательны. Например, если разъем на мгновение закорачивает между двумя клеммами при установке или крошечная металлическая стружка оказывается в неправильном месте, мы имеем дело с коротким замыканием.

По возможности, мы должны спроектировать так, чтобы обрыв и короткое замыкание происходили в различных местах в цепи, особенно на любых открытых входах и выходах.Мы должны проектировать так, чтобы любые отказы были временными и / или устраняемыми, например, с автоматическим выключателем.

---

Преднамеренное R = 0 Ом резисторы (короткое замыкание) иногда добавляются к печатной плате, потому что разработчик хочет гибкости для изменения значения без необходимости перепроектировать печатную плату позже, если они хотят добавить некоторое ненулевое последовательное сопротивление (или другой последовательный компонент) в будущем .

Точно так же иногда добавляются преднамеренные перемычки (разомкнутая цепь), потому что разработчик хочет гибкости для подключения секции позже, возможно, для добавления параллельного сопротивления.

Оба они позволяют гибко вносить изменения, разделяя при этом одни и те же производственные накладные расходы. Это снижает затраты на единицу и позволяет избежать дорогостоящих затрат времени на реконструкцию.

---

В следующем разделе, Эквивалентные схемы Thevenin и Norton Equivalent Circuits, мы увидим, как концепция двух выводов может быть применена для упрощенного приближения того, что находится в «схеме черного ящика», помеченной выше.

---

Роббинс, Майкл Ф. Ultimate Electronics: Практическое проектирование и анализ схем. CircuitLab, Inc., 2021, ultimateelectronicsbook.com. Доступно. (Авторское право © CircuitLab, Inc., 2021)

бесплатных военных карточек про серию схем

Вопрос	Ответ
Что такое последовательная цепь?	Самая простая схема. Ток (I) протекает по единственному пути через все компоненты в цепи.
Что такое компоненты?	Это электрические устройства, используемые для управления работой цепи.
Как протекает ток в последовательной цепи?	Ток течет от отрицательной клеммы источника напряжения к положительной клемме источника напряжения.
Как рассчитать ток?	Путем деления приложенного напряжения на общее сопротивление.
Как рассчитывается сопротивление (R) в последовательной цепи?	Сложите резисторы.
Изменится ли ток в какой-либо точке последовательной цепи?	Ток не одинаков в каждой точке последовательной цепи.
Что такое падение напряжения?	Падение напряжения — это напряжение, которое возникает на резисторе, когда через резистор протекает ток.
Какое напряжение в последовательной цепи?	Это сумма всех падений напряжения в последовательной цепи
Как найти падение напряжения на отдельном резисторе?	Умножьте ток (I) на измеряемый резистор.
Как проверить, соответствует ли падение напряжения источнику напряжения?	Вы складываете падение напряжения на резисторах, и полученная сумма равна источнику напряжения
Как рассчитать приложенное напряжение?	Приложенное напряжение равно сумме падений напряжения.VA = Vr1 + Vr2 + Vr3 или используйте закон Ома VA = IXRt
Сопротивление и —— в последовательной цепи пропорциональны друг другу?	Сопротивление и напряжение
Какова процедура поиска неисправности в любой электронике?	Процедура должна быть логической и систематической
Каковы шаги для устранения неисправностей любой цепи?	1. Проанализируйте схему. 2. Проверьте настройку. 3. Рассчитайте и измерьте значения. 4.Проверить результаты.
Как проводятся измерения напряжения?	Без разрыва цепи.
Как проводятся измерения тока или сопротивления?	Для проведения этих измерений цепь должна быть разомкнута.
Какие три неисправности являются общими в последовательной цепи?	1. Открытие, 2. Короткая позиция, 3. Измененное значение
Когда происходит «ОТКРЫТЬ»?	Когда компонент не обеспечивает пути прохождения тока.Открытый компонент вызывает падение всего приложенного напряжения на открытом компоненте.
Что происходит, когда резистор начинает размыкаться?	Сопротивление увеличивается. Когда резистор полностью размыкается, сопротивление увеличивается до максимального или бесконечного значения (∞)
Что происходит, когда резистор полностью размыкается?	Сопротивление настолько велико, что ток прекращается.
Как определить, есть ли в цепи разомкнутый компонент?	Измерьте напряжение, измерьте падение напряжения на каждом резисторе в цепи.Если у вас есть резистор, у которого падение напряжения равно приложенному напряжению, вы определили открытый резистор.
Что такое шорт?	Короткое замыкание возникает, когда резистор не оказывает сопротивления протеканию тока в последовательной цепи.
Что происходит с падением напряжения на закороченном компоненте?	Нет падения напряжения.
Что происходит, когда в компоненте происходит полное замыкание?	Нет сопротивления току.Это то же самое, что заменить резистор куском провода.
Что происходит с током, протекающим через закороченный компонент?	Максимальный ток через компонент.
Как найти закороченный компонент в цепи?	Измерьте напряжение. Измерьте падение напряжения на каждом компоненте цепи.
Что произойдет, если вы измеряете компонент, на котором нет падения напряжения?	Вы определили закороченный компонент.
Когда появляется «ИЗМЕНЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ»?	Изменение значения происходит, когда значение компонента увеличивается или уменьшается.
Что происходит с падением напряжения в цепи seris с компонентом, который изменил значение?	Падение напряжения на этом компоненте больше или меньше расчетного значения.
Влияет ли изменение значения компонента на протекание тока в последовательной цепи?	Да Из-за изменения значения измеренные значения будут отличаться от рассчитанных вами.
Падение напряжения на разомкнутом компоненте в последовательной цепи составляет?	Равно приложенному напряжению
Падение напряжения на закороченном компоненте в последовательной цепи равно?	Ноль

Влияние обрыва и короткого замыкания

ВЛИЯНИЕ ОТКРЫТОГО И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Ранее в этой главе обсуждались термины обрыв и короткое замыкание.Следующее обсуждение касается воздействия на цепь при обрыве или коротком замыкании.

Основное различие между разрывом в параллельной цепи и разрывом в последовательной цепи состоит в том, что в параллельной цепи разрыв не обязательно приведет к отключению цепи. Если разомкнутая ситуация возникает в последовательном участке цепи, тока не будет, потому что нет полного пути для протекания тока. Если, с другой стороны, размыкание происходит по параллельному пути, некоторый ток все равно будет течь в цепи.Параллельная ветвь, в которой происходит обрыв, будет эффективно отключена, общее сопротивление цепи УВЕЛИЧИТСЯ, а общий ток УМЕНЬШИТСЯ.

Чтобы прояснить эти моменты, на рис. 3-61 показана последовательная параллельная цепь. Сначала будет рассмотрен эффект разрыва последовательной части этой цепи. На рисунке 3-61 (A) показана нормальная схема, R _T = 40 Ом и I _T = 3 ампера. На рисунке 3-61 (B) в последовательной части цепи показан обрыв, нет полного пути для тока, и сопротивление цепи считается бесконечным.

Рисунок 3-61. — Последовательно-параллельная схема с обрывами.

На рисунке 3-61 (C) показано отверстие в параллельной ветви R ₃ . Нет пути для тока через R ₃ . В цепи ток течет только через R ₁ и R ₂ . Поскольку существует только один путь для прохождения тока, R ₁ и R ₂ фактически включены последовательно.

В этих условиях R _T = 120 Ом и I _T = 1 ампер. Как видите, когда в параллельной ветви происходит обрыв, общее сопротивление цепи увеличивается, а общий ток цепи уменьшается.

Короткое замыкание в параллельной сети имеет эффект, аналогичный короткому замыканию в последовательной цепи. Как правило, короткое замыкание вызывает увеличение тока и возможность повреждения компонентов независимо от типа задействованной цепи. Чтобы проиллюстрировать этот момент, на рис. 3-62 показана последовательно-параллельная сеть, в которой возникают короткие замыкания. На рисунке 3-62 (A) показана нормальная схема. R _T = 40 Ом и I _T = 3 ампера.

Рисунок 3-62. — Последовательно-параллельная цепь с короткими замыканиями.

На рисунке 3-62 (B) R ₁ закорочен. R ₁ теперь имеет нулевое сопротивление. Суммарное сопротивление цепи теперь равно сопротивлению параллельной сети R ₂ и R ₃ , или 20 Ом. Ток в цепи увеличился до 6 ампер. Весь этот ток проходит через параллельную сеть (R ₂ , R ₃ ), и это увеличение тока, скорее всего, приведет к повреждению компонентов.

На рисунке 3-62 (C), R ₃ закорочен.При замкнутом R ₃ происходит короткое замыкание параллельно с R ₂ . Короткое замыкание направляет ток вокруг R ₂ , эффективно удаляя R ₂ из цепи. Общее сопротивление цепи теперь равно сопротивлению R ₁ , или 20 Ом.

Как известно, R ₂ и R ₃ образуют параллельную сеть. Сопротивление сети можно рассчитать следующим образом:

Дано:

Решение:

Общий ток цепи с замкнутым R ₃ составляет 6 ампер.Весь этот ток протекает через R ₁ и, скорее всего, повредит R ₁ . Обратите внимание, что даже при том, что была закорочена только одна часть параллельной сети, вся параллельная сеть была отключена.

Как обрывы, так и короткие замыкания, если они происходят в цепи, приводят к общему изменению эквивалентного сопротивления. Это может вызвать нежелательные эффекты в других частях схемы из-за соответствующего изменения общего протекания тока. Короткое замыкание обычно приводит к отказу компонентов в цепи, которая не имеет должным образом предохранителей или иным образом не защищена.Неисправность может принять форму сгоревшего резистора, поврежденного источника или возгорания компонентов схемы и проводки.

Предохранители и другие устройства защиты цепей устанавливаются в цепи оборудования для предотвращения повреждений, вызванных увеличением тока. Эти устройства защиты цепи предназначены для размыкания при повышении тока до заданного значения. Устройства защиты цепи подключаются последовательно к цепи или части цепи, которую защищает устройство. Когда устройство защиты цепи размыкается, ток в цепи прекращается.

Более подробное объяснение предохранителей и других устройств защиты цепей представлено в Модуле 3, Введение в защиту цепей, управление и измерения.

Какое влияние на общее сопротивление и общий ток в цепи оказывает обрыв в (а) параллельной ветви и (б) в последовательной части?

Какое влияние на общее сопротивление и общий ток в цепи оказывает короткое замыкание в (а) параллельной ветви и (б) в последовательной части?

Если одна ветвь параллельной сети закорочена, какая часть тока цепи протекает через остальные ветви?

ОСНОВНАЯ ЦЕПЬ2

BASICCIRCUIT2 АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЦЕПЕЙ И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Устранение неисправностей — это процесс выявления причин неисправностей или неисправностей. проблема в цепи.Следующие определения служат руководством для обсуждение устранения неполадок:

(1) Короткое замыкание — цепь с низким сопротивлением. Это может быть через власть источник или между сторонами цепи. Обычно это создает сильный ток поток, который приведет к сгоранию или повреждению проводника цепи или компонентов.

(2) Обрыв цепи — цепь, которая не является полной или непрерывной.

(3) Непрерывность — состояние непрерывности или взаимосвязанности; сказал о цепи, которая не разорвана или не имеет обрыва.

(4) Разрыв — противоположность непрерывности, указывающая на то, что цепь сломан или не непрерывен.

Рисунок 8-141 включает некоторые из наиболее распространенных источники разомкнутых цепей (обычно называемые «разомкнутыми» или «разомкнутыми»). Свободный соединение или отсутствие соединения — частая причина обрыва цепи. В A на рисунке 8-141 конец проводника отделился. от клеммы аккумулятора. Этот тип неисправности размыкает цепь и останавливает ток.Другой тип неисправности, который вызовет разомкнутая цепь — это перегоревший резистор, показанный в B на рисунке 8-141. Когда резистор перегревается, изменяется величина его сопротивления; и, если текущий расход через него достаточно велик, он может сгореть и разомкнуть цепь. В C, D и E на рис. 8-141, еще три вероятные причины разомкнутых цепей.

Показанные отверстия часто можно найти путем визуального осмотра; однако многие обрывы цепи не видны.В таких случаях счетчик должен использоваться. Схема, показанная на рисунке 8-142, предназначена для протекания тока. через лампу, но из-за разомкнутого резистора лампа не загорится. Чтобы найти это отверстие, можно использовать вольтметр или омметр.
	Если к лампе подключен вольтметр, как показано на рисунке 8-143, вольтметр покажет ноль. Поскольку в цепи не может протекать ток из-за разомкнутого резистора на лампе нет падения напряжения.Это иллюстрирует правило устранения неполадок, которое следует помнить: когда вольтметр подключен к исправному (не неисправному) компоненту в обрыв цепи, вольтметр покажет ноль.
Затем вольтметр подключается к разомкнутому резистору, как показано на рисунке. на рисунке 8-144. Вольтметр замкнул цепь шунтированием (параллельным) перегоревший резистор, позволяющий течь току. Ток будет течь из отрицательная клемма АКБ, через выключатель, через вольтметр и лампу, обратно к плюсовой клемме аккумуляторной батареи.Однако сопротивление вольтметра настолько велико, что протекает только очень небольшой ток в цепи. Ток слишком мал, чтобы зажечь лампу, но вольтметр покажет напряжение аккумулятора. Еще один момент устранения неполадок, о котором стоит помнить: Когда вольтметр подключается к разомкнутому компоненту в последовательной цепи, он будет читать батарею или приложенное напряжение.
	Этот тип неисправности обрыва цепи также можно отследить с помощью омметр.При использовании омметра проверяемый компонент схемы должен быть изолирован, а источник питания отключен от цепи. В этом корпуса, как показано на рисунке 8-145, эти требования можно выполнить, открыв выключатель цепи. Омметр обнуляется и помещается поперек (параллельно с) лампа. В этой схеме считывается некоторое значение сопротивления. Этот иллюстрирует еще один важный момент устранения неполадок: когда омметр правильно подключен к компоненту схемы и показания сопротивления получается, компонент имеет непрерывность и не открыт.
Когда омметр подключен к разомкнутому резистору, как показано на Рисунок 8-146 указывает на бесконечное сопротивление или разрыв. Таким образом, обрыв цепи был обнаружен как вольтметром, так и омметром. Разрыв в последовательной цепи приведет к прекращению протекания тока. Короткая замыкание или «короткое замыкание» вызовет противоположный эффект. Короткометражка по серии цепь производит больший, чем обычно, ток. Некоторые примеры шорт, как показано на рисунке 8-147, два оголенных провода в цепь, которая соприкасается друг с другом, два вывода резистора соединены вместе и т. д.Таким образом, короткое замыкание можно охарактеризовать как соединение двух проводов. цепи через очень низкое сопротивление.
	На рисунке 8-148 схема предназначена для зажигания лампы. Резистор включен в цепь для ограничения протекания тока. Если резистор закорочен, как показано на рисунке, ток увеличится, и лампа станет ярче. Если приложенное напряжение было достаточно высоким, лампа перегорит, но в этом случае предохранитель защитит лампу, открыв первый.
Обычно короткое замыкание приводит к разрыву цепи из-за продувки. (размыкание) предохранителя или перегорание элемента схемы. Но в некоторых схемах как показано на рисунке 8-149, могут быть дополнительные резисторы. что не позволит одному закороченному резистору увеличить ток достаточно, чтобы перегореть предохранитель или сжечь компонент. Таким образом, с одним резистором закорочена, цепь будет продолжать работать, так как мощность рассеивается другими резисторами не превышает номинал предохранителя. Для обнаружения закороченного резистора во время работы цепи вольтметр может быть использован. Когда он подключен к любому из несормированных резисторов, часть приложенного напряжения будет отображаться на шкале вольтметра. Когда он подключен к закороченному резистору, вольтметр покажет нуль.
	Закороченный резистор, показанный на рисунке 8-150, можно найти с помощью омметра.Сначала размыкается переключатель, чтобы изолировать компоненты схемы. На рисунке 8-150, эта схема показана с омметром, подключенным к каждому из резисторы. Только омметр, подключенный к закороченному резистору показывает нулевое значение, указывая на то, что этот резистор закорочен. Процедуры, используемые при поиске и устранении неисправностей параллельной цепи, иногда отличается от используемых в последовательной цепи. В отличие от последовательной схемы, параллельная цепь имеет более одного пути, по которому течет ток.Вольтметр не может использоваться, так как, когда он помещается на открытый резистор, он будет Считайте падение напряжения в параллельной ветви. Но амперметр или модифицированный использование омметра может быть использовано для обнаружения разомкнутой ветви в параллельном схема.

Если открытый резистор, показанный на рисунке 8-151, был визуально не видно, цепь будет функционировать должным образом, так как ток будет продолжать течь в двух других ветвях цепи.Чтобы определить, что цепь не работает должным образом, общее сопротивление, полный ток, а токи ответвления цепи должны быть рассчитаны как будто в цепи не было обрыва:

Так как напряжение, приложенное к ответвлениям, одинаковое и значение сопротивления каждой ветви известно,

Амперметр, установленный в цепи для считывания общего тока, покажет 2 амперы вместо расчетных 3 ампер.Поскольку ток 1 ампер должны проходить через каждую ветвь, очевидно, что одна ветвь открытым. Если амперметр подключен в ветви, одну за другой, открытая ветвь будет расположена по нулевому показанию амперметра.

Модифицированное использование омметра также может определить местонахождение этого типа открытых. Если омметр подключен к разомкнутому резистору, как показано на рисунке на рисунке 8-152 ошибочное прочтение непрерывности получится.Даже если переключатель цепи разомкнут, резистор разомкнут. все еще параллельно с R1 и R2, и омметр покажет открытый резистор имел сопротивление 15 Ом, эквивалентное сопротивление параллельная комбинация R1 и R2. Таким образом, необходимо разомкнуть цепь, как показано на рисунке 8-153 в Чтобы проверить сопротивление R3. Таким образом резистор не шунтируется. (параллельно), и показания омметра укажут на бесконечное сопротивление.С другой стороны, если в этой цепи должен произойти обрыв (рисунок 8-153) между батареей и точкой A, или между батареей и точкой B, ток не будет течь в цепи.

Как и в последовательной цепи, короткое замыкание в параллельной цепи обычно вызвать разрыв цепи из-за перегорания предохранителя. Но, в отличие от последовательной схемы, один закороченный компонент в параллельной цепи остановит ток, вызывая предохранитель открыть.В этом можно убедиться, обратившись к схеме на рисунке. 8-154. Если резистор R3 закорочен, цепь с почти нулевым сопротивлением будет будет предложен ток, и весь ток в цепи будет проходить через ветвь, содержащая закороченный резистор. Поскольку это практически то же самое так как соединяющий провод между выводами АКБ, ток поднимется до чрезмерного значения, и предохранитель сработает.

Поскольку предохранитель срабатывает почти сразу после короткого замыкания резистора нет времени на проверку тока или напряжения.Таким образом, устранение неполадок параллельная цепь постоянного тока для закороченного компонента должна выполняться с омметр. Но, как и в случае проверки обрыва резистора в параллельная цепь, закороченный резистор можно обнаружить только омметром если один конец закороченного резистора отключен. Поиск и устранение неисправностей последовательно-параллельной резистивной цепи включает в себя определение неисправности, аналогичные обнаруженным в последовательной или параллельной цепи. В схеме, показанной на рисунке 8-155, произошел обрыв в часть схемы.Когда обрыв происходит где-нибудь в серии в последовательно-параллельной цепи ток по всей цепи прекратится. В этом случае схема не будет работать, и лампа L1 не будет работать. быть зажженным.

Если обрыв происходит в параллельной части последовательно-параллельной цепи, как показано на рисунке 8-156, часть схемы будет продолжать функционировать. В этом случае лампа продолжит гореть, но его яркость уменьшится, так как общее сопротивление цепи увеличился, а общий ток уменьшился.

Если в ответвлении с лампой происходит обрыв, как показано на рисунке 8-157, схема продолжит работу с повышенным сопротивлением и уменьшился ток, но лампа не горит.

Объяснить, как вольтметр и омметр могут использоваться для поиска и устранения неисправностей. последовательно-параллельные цепи, схема, показанная на рисунке 8-158, была помечена в разных точках. Подключив вольтметр между точками A и D, аккумулятор и выключатель можно проверить на обрыв.Подключив вольтметр между точками A и B можно проверить падение напряжения на R1. Этот падение напряжения — это часть приложенного напряжения. Кроме того, если R1 открыт, значение между B и D будет равно нулю. Проводник между плюсом клемму аккумулятора и точку Е, а также предохранитель можно проверить на непрерывность, подключив вольтметр между точками A и E. Если разомкнут провод или предохранитель, вольтметр покажет ноль.

Если лампа горит, очевидно, что в ответвлении нет обрыва содержащую лампу, а вольтметр может использоваться для обнаружения открытого в ветви, содержащей R2, удалив лампу L1 из цепи.

Устранение неисправностей последовательной части последовательно-параллельной цепи представляет никаких сложностей, но на параллельном участке схемы вводит в заблуждение показания могут быть получены.

Омметр можно использовать для поиска неисправностей в этой же цепи. С выключатель разомкнут, последовательную часть цепи можно проверить, поместив омметр проводит между точками A и B. Если R1 или проводник разомкнут, омметр покажет бесконечность; в противном случае номинал резистора будет быть обозначенным на омметре.Между точками D и E предохранитель и проводник можно проверить на непрерывность, но на параллельном участке цепи Следует проявлять осторожность, поскольку могут быть получены неверные показания омметра. Для проверки между точками B и E ответвление должно быть отключено за один этих точек, и пока одна из этих точек и переключатель разомкнуты, ответвление с лампой можно проверить омметром.

Короткое замыкание в последовательной части последовательно-параллельной цепи вызовет уменьшение общего сопротивления, что вызовет общий ток увеличить.В схеме, показанной на рисунке 8-159, полное сопротивление составляет 100 Ом, а общий ток составляет 2 ампера. Если R1 закорочен, всего сопротивление станет 50 Ом, а общий ток удвоится до 4 ампера. В показанной схеме это приведет к перегоранию предохранителя на 3 А, но с предохранителем на 5 ампер схема продолжала бы работать. Результат был бы таким же, если бы R2 или R3 замкнулись. В полное сопротивление в любом случае упадет до 50 Ом.Отсюда можно Следует отметить, что при коротком замыкании в последовательно-параллельной цепи общая сопротивление уменьшится, а общий ток увеличится. Короткое завещание обычно вызывает обрыв цепи из-за перегорания предохранителя или сгорания компонент схемы. И, как и в случае обрыва, короткое замыкание в последовательно-параллельном цепь может быть обнаружена либо омметром, либо вольтметром.

Анализ основных цепей и устранение неисправностей (Часть вторая)

Отслеживание разрывов с помощью омметра

Упрощенная схема, показанная на рисунках 12-177 и 12-178, показывает, как найти разрыв в последовательной цепи с помощью омметра. .Общее правило, о котором следует помнить при поиске неисправностей с помощью омметра: когда омметр правильно подключен к компоненту схемы и получают показания сопротивления, компонент имеет целостность и не разомкнут.

Рисунок 12-177. Использование омметра для проверки компонента схемы. Рисунок 12-178. Использование омметра для обнаружения обрыва в компоненте схемы.

При использовании омметра проверяемый компонент цепи должен быть изолирован, а источник питания отключен от цепи. В этом случае эти требования могут быть выполнены путем размыкания переключателя цепи, как показано на Рисунке 12-177.Омметр обнулен и для всех исправных компонентов равен нулю. Падение напряжения на открытом компоненте равно общему напряжению на последовательной комбинации. Это состояние возникает из-за того, что открытый компонент препятствует прохождению тока через последовательную цепь. При отсутствии тока на исправных компонентах не может быть падения напряжения. Поскольку ток равен нулю, по закону Ома можно определить, что E = IR = 0 вольт на компоненте. Напряжение одинаково в обоих местах параллельно лампе.В этой конфигурации тестирования считывается некоторое значение сопротивления, указывающее на то, что лампа находится в хорошем состоянии и не является источником обрыва в цепи. Теперь технический специалист должен подойти к резистору и поместить на него щуп омметра, как показано на Рисунке 12-178. Когда омметр подключен к разомкнутому резистору, он указывает на бесконечное сопротивление или разрыв. Таким образом, разрыв цепи теперь обнаружен.

Рисунок 12-177. Использование омметра для проверки компонента схемы. Рисунок 12-178.Использование омметра для обнаружения обрыва в компоненте схемы.

Устранение неисправностей, связанных с короткими замыканиями в последовательной цепи

Обрыв цепи может привести к неработоспособности компонента или системы, что может быть критическим и опасным. Короткое замыкание потенциально может иметь более серьезный характер, чем замыкание открытого типа. Короткое замыкание или «короткое замыкание» вызывает противоположный эффект. Короткое замыкание в последовательной цепи вызывает ток, превышающий нормальный. Неисправности этого типа могут развиваться медленно, если пучок проводов не закреплен должным образом и может задеть конструкцию планера или другие системы, такие как гидравлические линии.Шорты также могут возникнуть из-за неосторожного использования техником неправильной фурнитуры при установке интерьера. Если для установки обшивки используются слишком длинные винты, можно сразу же повредить пучок проводов, что приведет к многочисленным коротким замыканиям. Еще хуже то, что короткие замыкания не видны сразу, а являются «скрытыми» и не проявляют симптомов до тех пор, пока самолет не введен в эксплуатацию. Еще один момент, о котором следует помнить, — это закрывать панели. Провода между панелью и корпусом могут защемляться, вызывая короткое или скрытое прерывистое замыкание.Упрощенная схема, показанная на рисунках с 12-179 по 12-182, используется для иллюстрации поиска и устранения короткого замыкания в последовательной цепи.

На рисунке 12-179 схема предназначена для зажигания лампы. В цепь включен резистор для ограничения протекания тока. Если резистор закорочен, как показано на рисунке, ток увеличивается, и лампа становится ярче. Если приложенное напряжение будет достаточно высоким, лампа перегорит, но в этом случае предохранитель защитит лампу, сначала открыв ее.

Рисунок 12-179. Закороченный резистор.

Обычно короткое замыкание приводит к разрыву цепи в результате сгорания (размыкания) предохранителя или сгорания компонента цепи. Но в некоторых схемах могут быть дополнительные резисторы, которые не позволяют одному закороченному резистору увеличить ток, достаточный для сгорания предохранителя или сгорания компонента. [Рисунок 12-180] Таким образом, при закороченном одном резисторе схема продолжает работать, поскольку мощность, рассеиваемая другими резисторами, не превышает номинала предохранителя.

Рисунок 12-180. Короткое замыкание, не размыкающее цепь.

Отслеживание короткого замыкания с помощью омметра

Закороченный резистор можно найти с помощью омметра. [Рисунок 12-181] Сначала размыкается переключатель, чтобы изолировать компоненты схемы. На рисунке 12-181 эта схема показана с омметром, подключенным к каждому из резисторов. Только омметр, подключенный к закороченному резистору, показывает нулевое значение, указывая на то, что этот резистор закорочен.

Рисунок 12-181. С помощью омметра найдите закороченный резистор.

Отслеживание короткого замыкания с помощью вольтметра

Чтобы определить местонахождение закороченного резистора во время работы цепи, можно использовать вольтметр. На рисунке 12-182 показано, что когда вольтметр подключен к любому из резисторов, которые не закорочены, часть приложенного напряжения отображается на шкале вольтметра. Когда он подключен к закороченному резистору, вольтметр показывает ноль.

Рисунок 12-182. Вольтметр подключен через резисторы.

Устранение неисправностей при обрыве в параллельной цепи

Процедуры, используемые при поиске и устранении неисправностей в параллельной цепи, иногда отличаются от процедур, используемых в последовательной цепи.В отличие от последовательной схемы, параллельная схема имеет более одного пути, по которому течет ток. Вольтметр использовать нельзя, так как при его подключении к разомкнутому резистору он считывает падение напряжения в параллельной ветви. Но для обнаружения обрыва в параллельной цепи можно использовать амперметр или модифицированное использование омметра. Если бы открытый резистор, показанный на Рисунке 12-183, не был визуально заметен, могло показаться, что схема работает правильно, потому что ток продолжал бы течь в двух других ветвях цепи.

Рисунок 12-183. Нахождение разомкнутой ветви в параллельной цепи.

Чтобы определить, что цепь не работает должным образом, необходимо определить, как цепь должна вести себя при правильной работе. Во-первых, общее сопротивление, общий ток и токи ответвления цепи должны быть рассчитаны так, как если бы в цепи не было обрыва. В этом случае общее сопротивление можно просто определить по формуле:

Теперь общий ток цепи можно определить с помощью закона Ома:

Ток каждой ветви следует определять аналогичным образом.Для первой ветви ток равен:

Поскольку две другие ветви имеют одинаковое сопротивление, ток в каждой из этих ветвей также составляет 1 ампер. Суммирование ампер в каждой ветви подтверждает, что первоначальный расчет полного тока составляет 3 ампера.

Отслеживание обрыва с помощью амперметра

Если техник теперь вставляет амперметр в цепь, общий ток будет указан как 2 ампера, как показано на рисунке 12-183, вместо расчетных 3 ампера.Поскольку через каждую ветвь должен проходить ток 1 ампер, очевидно, что одна ветвь открыта. Если затем подключить амперметр к ответвлениям, одну за другой, открытая ветвь в конечном итоге будет обнаружена по нулевому показанию амперметра.

Рисунок 12-183. Нахождение разомкнутой ветви в параллельной цепи.

Отслеживание обрыва с помощью омметра

Модифицированное использование омметра также может обнаружить этот тип обрыва. Если омметр подключен к разомкнутому резистору, как показано на рисунке 12-184, будет получено ошибочное показание целостности цепи.Даже если переключатель цепи разомкнут, открытый резистор все еще включен параллельно с R ₁ и R ₂ , и омметр покажет, что открытый резистор имел сопротивление 15 Ом, эквивалентное сопротивление параллельной комбинации R ₁ и R ₂ .

Рисунок 12-184. Вводящие в заблуждение показания омметра.

Следовательно, необходимо разомкнуть цепь, как показано на Рисунке 12-185, чтобы проверить сопротивление R ₃ . Таким образом, резистор не шунтируется (параллельно) резисторами R ₁ и R ₂ .Показания омметра теперь указывают на бесконечное сопротивление, что означает, что открытый компонент изолирован.

Рисунок 12-185. Размыкание ответвленной цепи для получения точных показаний омметра.

Устранение неисправностей при коротком замыкании в параллельных цепях

Как и в последовательной цепи, короткое замыкание в параллельной цепи обычно вызывает разрыв цепи из-за перегорания предохранителя. Но, в отличие от последовательной цепи, один закороченный компонент в параллельной цепи останавливает ток, вызывая размыкание предохранителя. См. Схему на Рисунке 12-186.Если резистор R ₃ закорочен, ток проходит по пути с почти нулевым сопротивлением, и весь ток цепи протекает через ответвление, содержащее закороченный резистор.

Рисунок 12-186. Закороченный компонент вызывает срабатывание предохранителя.

Так как это практически то же самое, что и подключение провода между выводами аккумулятора, ток повышается до чрезмерного значения, и предохранитель размыкается. Поскольку предохранитель срабатывает почти сразу после короткого замыкания резистора, нет времени на проверку тока или напряжения.Таким образом, поиск неисправностей в параллельной цепи постоянного тока для закороченного компонента следует выполнять с помощью омметра. Но, как и в случае проверки обрыва резистора в параллельной цепи, закороченный резистор можно обнаружить с помощью омметра, только если один конец закороченного резистора отключен и изолирован от остальной цепи.

Устранение неисправностей короткого замыкания в последовательно-параллельных цепях

Логика в отслеживании обрыва

Поиск и устранение неисправностей последовательно-параллельной резистивной цепи включает обнаружение неисправностей, подобных тем, которые обнаруживаются в последовательной или параллельной цепи.На рисунках с 12-187 по 12-189 показаны три точки отказа в последовательно-параллельной цепи и их общие последствия.

1. В цепи, показанной на Рисунке 12-187, в последовательной части цепи произошел разрыв. Когда размыкание происходит где-нибудь в последовательной части последовательно-параллельной цепи, ток во всей цепи прекращается. В этом случае схема не работает, и лампа L ₁ не горит. Рисунок 12-187. Разрыв в последовательной части последовательно-параллельной цепи.
2. Если обрыв происходит в параллельной части последовательно-параллельной цепи, как показано на Рисунке 12-188, часть схемы продолжает функционировать. В этом случае лампа продолжает гореть, но ее яркость уменьшается, так как общее сопротивление цепи увеличилось, а общий ток уменьшился (рисунок 12-188). Разрыв в параллельной части последовательно-параллельной цепи.
3. Если в ветви, содержащей лампу, происходит обрыв, как показано на Рисунке 12-189, схема продолжает работать с повышенным сопротивлением и пониженным током, но лампа не загорается.Рисунок 12-189. Обрыв лампы в последовательно-параллельной цепи.

Отслеживание обрывов с помощью вольтметра

Чтобы объяснить, как вольтметр и омметр можно использовать для поиска неисправностей в последовательно-параллельных цепях, схема, показанная на Рисунке 12-190, помечена в различных местах.

Рисунок 12-190. Использование вольтметра для поиска неисправностей в последовательно-параллельной цепи.

Ниже приведено двухточечное описание с ожидаемыми результатами:

1. Подключив вольтметр между точками A и D, можно проверить аккумулятор и выключатель на обрыв.
2. Подключив вольтметр между точками A и B, можно проверить падение напряжения на R ₁ . Это падение напряжения является частью приложенного напряжения.
3. Если R ₁ открыт, показание между B и D равно нулю.
4. Подключив вольтметр между A и E, можно проверить целостность проводника между положительной клеммой аккумулятора и точкой E, а также предохранителя. Если провод или предохранитель разомкнут, вольтметр показывает ноль.
5. Если лампа горит, очевидно, что нет разрыва в ветви, содержащей лампу, и вольтметр можно использовать для обнаружения разрыва в ветви, содержащей R ₂ , удалив лампу, L ₁ , из схема.

Поиск и устранение неисправностей в последовательной части последовательно-параллельной схемы не представляет трудностей, но в параллельной части схемы могут быть получены вводящие в заблуждение показания.

Летный механик рекомендует

Типы короткого замыкания

Что такое короткое замыкание?

Короткое замыкание — это неисправность. Это означает, что от одной стороны компонента к другой существует путь с очень низким сопротивлением. Например, мог отсоединиться провод, соединяющий две стороны цепи вместе.Или, возможно, на поверхности компонента есть влага, что означает, что ток может его обойти.

Провод или влага замыкают цепь, потому что длина токопроводящего пути к батарее уменьшилась.

Короткое замыкание заставляет цепь вести себя так, как если бы компонента не было. Компонент перестает работать (в конце концов, его там нет), и ток повсюду в этой цепи увеличивается, что может повредить другие компоненты или, в крайних случаях, вызвать пожар.

Итак, как мы можем объяснить шорты? Очень вводящий в заблуждение способ объяснить их — сказать, что ток идет самым легким путем.

Замыкание одного компонента, который включен последовательно с другими

Когда вы подключаете провод к клеммам лампы, вы фактически создаете небольшую параллельную цепь. Проблема с параллельными цепями в том, что эффективное сопротивление меньше наименьшего сопротивления. В этом случае наименьшее сопротивление — это просто провод, а это действительно очень низкое сопротивление.

Моделирование Полное объяснение того, что происходит при коротком замыкании лампы.

Теперь вы уменьшили сопротивление последовательной цепи, и ток повсюду увеличивается. Ток через неразорванную лампочку увеличивается, и поэтому она становится ярче.

Но яркость зависит не только от тока.

У вас есть низкое сопротивление (закороченная лампа) последовательно с более высоким сопротивлением (не закороченная лампа), и это меняет способ распределения напряжения по цепи.На большее сопротивление приходится большая часть общего напряжения. Вторая лампочка горит по этим двум причинам: больший ток через нее И большее напряжение на ней. Помните, что напряжение и ток связаны. Ток через вторую лампочку может увеличиваться только потому, что напряжение на ней больше.

Точно так же закороченная лампа имеет очень низкое напряжение на ней, поэтому ток через нее очень мал, и поэтому она гаснет. Короткое замыкание на проводе имеет такое же напряжение, как и на лампочке, но у него также очень низкое сопротивление, поэтому ток через провод большой.Ток через провод и ток через лампочку складываются с током через лампочку без короткого замыкания.

Замыкание всей цепи

Это то же самое, что сказать, что источник питания закорочен. В этом случае объяснение того, почему лампочка гаснет, несколько иное.

Анимация, показывающая различные способы короткого замыкания всей цепи, подключив одну клемму батареи напрямую к другой.

Мы снова ввели параллельную цепь, и ее эффективное сопротивление немного меньше, чем у провода.Это означает, что на самом деле нигде в цепи нет никакого сопротивления, и поэтому ток, подаваемый батареей, становится очень большим. Так что батарее приходится очень много работать.

Когда вы много работаете, вы много потеете, и это похоже на то, что делает аккумулятор. Химические реакции в батарее происходят очень быстро, и большая часть выделяемой энергии превращается прямо в тепло, а не передается зарядам в цепи. Это означает, что напряжение намного меньше, чем должно быть.Напряжение на компонентах очень низкое, поэтому ни один из них не работает.

Короткое замыкание этого типа может привести к сильному нагреву аккумулятора. Может даже взорваться!

назад к Уроку 4: Полные схемы

.