Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Индуктивность/Последовательные резистивно-индуктивные цепи: различия между версиями

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Нет описания правки
 
(не показана 1 промежуточная версия 1 участника)
Строка 22: Строка 22:
[[Резистор]] оказывает 5 Ом обычного сопротивления и это значение не зависит от частоты тока. В то же время катушка индуктивности оказывает 3.7699 Ом реактивного сопротивления переменному току с частотой 60 Гц.
[[Резистор]] оказывает 5 Ом обычного сопротивления и это значение не зависит от частоты тока. В то же время катушка индуктивности оказывает 3.7699 Ом реактивного сопротивления переменному току с частотой 60 Гц.


Поскольку сопротивление резистора является действительным числом («5 Ом ∠ 0°», или, если в комплексных числах, «5 + j0 Ом»), а [[реактивное сопротивление]] [[катушки индуктивности]] - мнимым числом («3,7699 Ом ∠ 90°» или «0 + j3,7699 Ом»). Совокупный эффект двух этих элементов цепи противодействует переменному току и данное суммарное сопротивление равно сумме двух комплексных чисел.
Поскольку сопротивление резистора является действительным числом («5 Ом ∠ 0°», или, если в комплексных числах, «5 + j0 Ом»), а [[реактивное сопротивление]] [[катушки индуктивности]] - мнимым числом («3,7699 Ом ∠ 90°» или «0 + j3,7699 Ом»). Совокупный эффект двух этих элементов цепи противодействует переменному току и данное суммарное [[сопротивление]] равно сумме двух комплексных чисел.


Это комбинированное противодействие является векторной комбинацией обычного сопротивления и [[реактивного сопротивления]]. Чтобы выразить это более лаконично, понадобится более общий термин для обозначения сопротивления току, нежели простое сопротивление или [[реактивное сопротивление]].
Это комбинированное противодействие является векторной комбинацией обычного сопротивления и [[реактивного сопротивления]]. Чтобы выразить это более лаконично, понадобится более общий термин для обозначения сопротивления току, нежели простое сопротивление или [[реактивное сопротивление]].
Строка 32: Строка 32:
== Сопротивление в соответствии с законом Ома ==
== Сопротивление в соответствии с законом Ома ==


[[Импеданс]] ожидаемо связан по закону Ома с напряжением и током аналогично обычному сопротивлению:
[[Импеданс]] ожидаемо связан по [[закону Ома]] с напряжением и током аналогично обычному сопротивлению:


[[File:Импеданс зависит от напряжения и тока таким образом_3_09062021_0949.jpg|frame|center|'''Рис. 3.''' [[Импеданс]] зависит от напряжения и тока таким образом, как и предполагалось – по [[закону Ома]].|alt=Рис. 3. Импеданс зависит от напряжения и тока таким образом, как и предполагалось – по закону Ома.]]
[[File:Импеданс зависит от напряжения и тока таким образом_3_09062021_0949.jpg|frame|center|'''Рис. 3.''' [[Импеданс]] зависит от напряжения и тока таким образом, как и предполагалось – по [[закону Ома]].|alt=Рис. 3. Импеданс зависит от напряжения и тока таким образом, как и предполагалось – по закону Ома.]]


Можно сказать, что это более всеобъемлющая версия [[закона Ома]], чем та, что рассматривалась, когда мы разбирали цепи постоянного тока ('''E = IR'''). Что неудивительно – ведь импеданс является гораздо более полным выражением сопротивления потоку тока, чем обычное сопротивление. Любое простое сопротивление и любое реактивное сопротивление, по отдельности или в комбинации (последовательно/параллельно), могут и должны быть представлены как единый импеданс в цепи переменного тока.
Можно сказать, что это более всеобъемлющая версия [[закона Ома]], чем та, что рассматривалась, когда мы разбирали цепи постоянного тока ('''E = IR'''). Что неудивительно – ведь [[импеданс]] является гораздо более полным выражением сопротивления потоку тока, чем обычное [[сопротивление]]. Любое простое [[сопротивление]] и любое реактивное сопротивление, по отдельности или в комбинации (последовательно/параллельно), могут и должны быть представлены как единый импеданс в цепи переменного тока.


Чтобы рассчитать ток в приведённой выше схеме, сначала необходимо указать опорный угол сдвига фаз для источника напряжения, который обычно считается равным нулю. (Фазовые углы резистивной и индуктивной составляющих импеданса всегда равны 0° и + 90° соответственно, независимо от заданных фазовых углов для напряжения или тока).
Чтобы рассчитать ток в приведённой выше схеме, сначала необходимо указать опорный угол сдвига фаз для источника напряжения, который обычно считается равным нулю. (Фазовые углы резистивной и индуктивной составляющих импеданса всегда равны 0° и + 90° соответственно, независимо от заданных фазовых углов для напряжения или тока).
Строка 46: Строка 46:
[[File:Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи_5_09062021_0949.jpg|frame|center|'''Рис. 5.''' Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи на 37,016°, а не на 0° как в R-цепи и не на 90° как в L-цепи.|alt=Рис. 5. Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи на 37,016°, а не на 0° как в R-цепи и не на 90° как в L-цепи.]]
[[File:Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи_5_09062021_0949.jpg|frame|center|'''Рис. 5.''' Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи на 37,016°, а не на 0° как в R-цепи и не на 90° как в L-цепи.|alt=Рис. 5. Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи на 37,016°, а не на 0° как в R-цепи и не на 90° как в L-цепи.]]


Для [[резистор]]а и катушки индуктивности соотношение фаз между напряжением и током не изменилось. Напряжение на [[резистор]]е синфазно (т.е. фазовый сдвиг равен 0°) с током, проходящим через этот [[резистор]]. Напряжение на [[катушке индуктивности]] на +90° не совпадает по фазе с током, проходящим через [[индуктор]]. Мы можем убедиться в этом математически:
Для [[резистор]]а и [[катушки индуктивности]] соотношение фаз между напряжением и током не изменилось. Напряжение на [[резистор]]е синфазно (т.е. фазовый сдвиг равен 0°) с током, проходящим через этот [[резистор]]. Напряжение на [[катушке индуктивности]] на +90° не совпадает по фазе с током, проходящим через [[индуктор]]. Мы можем убедиться в этом математически:


[[File:Фазовый угол между напряжением и током для резистора_6_09062021_0950.jpg|frame|center|'''Рис. 6.''' Фазовый угол между напряжением и током для [[резистор]]а.|alt=Рис. 6. Фазовый угол между напряжением и током для резистора.]]
[[File:Фазовый угол между напряжением и током для резистора_6_09062021_0950.jpg|frame|center|'''Рис. 6.''' Фазовый угол между напряжением и током для [[резистор]]а.|alt=Рис. 6. Фазовый угол между напряжением и током для резистора.]]
Строка 90: Строка 90:
Обратите внимание, что, как и в случае с цепью постоянного тока, [[SPICE]] выводит значения для силы тока как отрицательное число (это означает сдвиг по фазе на 180°) по сравнению с напряжением источника питания. Вместо фазового угла -37,016° мы получаем округлённый текущий фазовый угол 143° (-37° + 180°).
Обратите внимание, что, как и в случае с цепью постоянного тока, [[SPICE]] выводит значения для силы тока как отрицательное число (это означает сдвиг по фазе на 180°) по сравнению с напряжением источника питания. Вместо фазового угла -37,016° мы получаем округлённый текущий фазовый угол 143° (-37° + 180°).


Это всего лишь проявление идиосинкразии (показания в противоположной направленности) программы [[SPICE]] и ничего более. Обратите внимание, что фазы напряжения [[резистор]]а и [[катушки индуктивности]] совпадают с нашими расчётами (-37,02° и 52,98° соответственно), тут всё как мы и ожидали.
Это всего лишь проявление [[идиосинкразии]] (показания в противоположной направленности) программы [[SPICE]] и ничего более. Обратите внимание, что фазы напряжения [[резистор]]а и [[катушки индуктивности]] совпадают с нашими расчётами (-37,02° и 52,98° соответственно), тут всё как мы и ожидали.


Имея эти начальные данные, мы можем рассчитать остальные электрические характеристики всех элементов цепи. Но, пожалуй, даже для такой простой последовательной схемы целесообразно использовать «табличный метод». Применение этого метода к этой простой последовательной схеме «[[резистор]]-[[индуктор]]» принципиально не отличается от того, как мы это делали раньше для схем постоянного тока.
Имея эти начальные данные, мы можем рассчитать остальные электрические характеристики всех элементов цепи. Но, пожалуй, даже для такой простой последовательной схемы целесообразно использовать «табличный метод». Применение этого метода к этой простой последовательной схеме «[[резистор]]-[[индуктор]]» принципиально не отличается от того, как мы это делали раньше для схем постоянного тока.
Строка 166: Строка 166:
=См.также=
=См.также=


{{ads}}
 


=Внешние ссылки=
=Внешние ссылки=
Строка 172: Строка 172:
<references />
<references />


{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Портал/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
 
{{Блок/Панель навигации1
{{Блок/Панель навигации1
|заголовок=Реактанс и импеданс – Индуктивность
|заголовок=Реактанс и импеданс – Индуктивность

Текущая версия от 21:41, 22 мая 2023

←Реактанс и импеданс – Индуктивность→

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Последовательные резистивно-индуктивные цепи[1]

В предыдущем разделе мы исследовали простые цепи переменного тока, помимо источника напряжения содержащих или только резистор или только катушку индуктивности. Теперь мы последовательно соединим и то и другое и посмотрим, что получится.

Пример последовательной схемы «резистор-индуктор»

Возьмем такую схему в качестве первого примера:

Рис. 1. Пример последовательной схемы «резистор-индуктор».
Рис. 1. Пример последовательной схемы «резистор-индуктор».

В индуктивной цепи, в которой помимо катушки есть последовательный резистор, волна тока будет отставать от волны приложенного напряжения в пределах от 0° до 90°.

Резистор оказывает 5 Ом обычного сопротивления и это значение не зависит от частоты тока. В то же время катушка индуктивности оказывает 3.7699 Ом реактивного сопротивления переменному току с частотой 60 Гц.

Поскольку сопротивление резистора является действительным числом («5 Ом ∠ 0°», или, если в комплексных числах, «5 + j0 Ом»), а реактивное сопротивление катушки индуктивности - мнимым числом («3,7699 Ом ∠ 90°» или «0 + j3,7699 Ом»). Совокупный эффект двух этих элементов цепи противодействует переменному току и данное суммарное сопротивление равно сумме двух комплексных чисел.

Это комбинированное противодействие является векторной комбинацией обычного сопротивления и реактивного сопротивления. Чтобы выразить это более лаконично, понадобится более общий термин для обозначения сопротивления току, нежели простое сопротивление или реактивное сопротивление.

Этот термин называется импедансом, обозначается буквой «Z». Выражается в единицах «Ом», точно так же, как простое сопротивление и реактивное сопротивление. В приведённом выше примере полное сопротивление цепи составляет:

Рис. 2. Расчёт полного сопротивления (импеданса) цепи.
Рис. 2. Расчёт полного сопротивления (импеданса) цепи.

Сопротивление в соответствии с законом Ома

Импеданс ожидаемо связан по закону Ома с напряжением и током аналогично обычному сопротивлению:

Рис. 3. Импеданс зависит от напряжения и тока таким образом, как и предполагалось – по закону Ома.
Рис. 3. Импеданс зависит от напряжения и тока таким образом, как и предполагалось – по закону Ома.

Можно сказать, что это более всеобъемлющая версия закона Ома, чем та, что рассматривалась, когда мы разбирали цепи постоянного тока (E = IR). Что неудивительно – ведь импеданс является гораздо более полным выражением сопротивления потоку тока, чем обычное сопротивление. Любое простое сопротивление и любое реактивное сопротивление, по отдельности или в комбинации (последовательно/параллельно), могут и должны быть представлены как единый импеданс в цепи переменного тока.

Чтобы рассчитать ток в приведённой выше схеме, сначала необходимо указать опорный угол сдвига фаз для источника напряжения, который обычно считается равным нулю. (Фазовые углы резистивной и индуктивной составляющих импеданса всегда равны 0° и + 90° соответственно, независимо от заданных фазовых углов для напряжения или тока).

Рис. 4. Рассчитываем силу тока в приведённой выше схеме.
Рис. 4. Рассчитываем силу тока в приведённой выше схеме.

Как и в случае простой индуктивной цепи, волна тока отстаёт от волны напряжения (источника питания), хотя на этот раз отставание не так велико: всего 37,016° по сравнению с 90°, как в случае сугубо индуктивной цепи.

Рис. 5. Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи на 37,016°, а не на 0° как в R-цепи и не на 90° как в L-цепи.
Рис. 5. Ток отстаёт от напряжения в последовательной LR-цепи на 37,016°, а не на 0° как в R-цепи и не на 90° как в L-цепи.

Для резистора и катушки индуктивности соотношение фаз между напряжением и током не изменилось. Напряжение на резисторе синфазно (т.е. фазовый сдвиг равен 0°) с током, проходящим через этот резистор. Напряжение на катушке индуктивности на +90° не совпадает по фазе с током, проходящим через индуктор. Мы можем убедиться в этом математически:

Рис. 6. Фазовый угол между напряжением и током для резистора.
Рис. 6. Фазовый угол между напряжением и током для резистора.

Как видим, напряжение на резисторе имеет тот же фазовый угол, что и ток, проходящий через него. Это говорит нам о том, что E и I находятся в фазе (именно для резистора). А теперь посчитаем и для индуктивного элемента:

Рис. 7. Фазовый угол между напряжением и током для катушки индуктивности.
Рис. 7. Фазовый угол между напряжением и током для катушки индуктивности.

Напряжение на катушке индуктивности имеет фазовый угол 52,984°, в то время как ток через катушку индуктивности имеет фазовый угол -37,016° – то есть разница точно 90° между ними. Это говорит нам о том, что E и I все ещё не совпадают по фазе на 90° (это касается только катушки индуктивности).

Использование правила напряжений Кирхгофа

Мы также можем математически доказать что, сложив эти комплексные значения, получим общее напряжение, в полном соответствии с правилом напряжений Кирхгофа:

Рис. 8. Считаем полное напряжение, используя правило Кирхгофа.
Рис. 8. Считаем полное напряжение, используя правило Кирхгофа.

Расчёт с помощью программы SPICE

Проверим в программе SPICE правильность наших выкладок:

Рис. 9. Последовательная RL-схема.
Рис. 9. Последовательная RL-схема.
v1 1 0 ac 10 sin
r1 1 2 5
l1 2 0 10m 
.ac lin 1 60 60 
.print ac v(1,2) v(2,0) i(v1)
.print ac vp(1,2) vp(2,0) ip(v1) 
.end

freq            v(1,2)       v(2)       i(v1) 
 6.000E+01       7.985E+00       6.020E+00      1.597E+00
 
 freq            vp(1,2)       vp(2)       ip(v1) 
 6.000E+01       -3.702E+01       5.298E+01      1.430E+0

Рис. 10. SPICE выдаёт результаты не в сильно удобном для восприятия виде, поэтому интерпретируем их.
Рис. 10. SPICE выдаёт результаты не в сильно удобном для восприятия виде, поэтому интерпретируем их.

Обратите внимание, что, как и в случае с цепью постоянного тока, SPICE выводит значения для силы тока как отрицательное число (это означает сдвиг по фазе на 180°) по сравнению с напряжением источника питания. Вместо фазового угла -37,016° мы получаем округлённый текущий фазовый угол 143° (-37° + 180°).

Это всего лишь проявление идиосинкразии (показания в противоположной направленности) программы SPICE и ничего более. Обратите внимание, что фазы напряжения резистора и катушки индуктивности совпадают с нашими расчётами (-37,02° и 52,98° соответственно), тут всё как мы и ожидали.

Имея эти начальные данные, мы можем рассчитать остальные электрические характеристики всех элементов цепи. Но, пожалуй, даже для такой простой последовательной схемы целесообразно использовать «табличный метод». Применение этого метода к этой простой последовательной схеме «резистор-индуктор» принципиально не отличается от того, как мы это делали раньше для схем постоянного тока.

Сначала подготовим таблицу для нахождения всех значений E/I/Z, вставив те значения что известны в подходящей форме (другими словами, не нужно заносить в таблицу отдельно значения простого сопротивления и отдельно индуктивность в омах и генри соответственно; вместо этого преобразуйте их в комплексные цифры импеданса и именно их и запишите в таблицу):

Рис. 11. Рассчитаем импеданс на основании пока известных данных и в комплексном виде занесём в таблицу.
Рис. 11. Рассчитаем импеданс на основании пока известных данных и в комплексном виде занесём в таблицу.

Хотя это и необязательно, я настоятельно рекомендую записать в таблицу как алгебраическую, так и полярную форму каждой величины. Если есть умеющий работать с комплексными числами калькулятор, который возьмёт на себя сложные арифметические операции без необходимости преобразования алгебраической формы в полярную, то тогда можно ограничиться только одной формой.

Однако, если приходится выполнять сложные арифметические операции вручную (сложение и вычитание проще делать в алгебраической форме, а умножение и деление – в полярной), запись каждой величины в обеих формах действительно пригодится.

Теперь, когда наши «заданные» цифры вставлены в соответствующие места в таблице, можно действовать так же, как и с постоянным током: определить общий импеданс из отдельных импедансов. Поскольку это последовательная цепь, мы знаем, что противодействие току (хоть простое сопротивление, хоть сложный импеданс) складывается, в результате чего получаем полное сопротивление:

Рис. 12. Находим общий импеданс.
Рис. 12. Находим общий импеданс.

Теперь, когда известно полное напряжение и полное сопротивление, можно применить закон Ома (I = E/Z) для определения общей силы тока:

Рис. 13. Находим общую силу тока.
Рис. 13. Находим общую силу тока.

Как и в случае с постоянным током, общий ток в последовательной цепи переменного тока одинаков для всех элементов. Это по-прежнему верно, потому что в последовательной цепи есть только один путь для прохождения тока, поэтому поток электронов одинаков на всём пути следования. Следовательно, мы можем просто продублировать значения силы тока как для резистора, так и для катушки индуктивности:

Рис. 14. В последовательной цепи сила тока для отдельных элементов такая же, как и общая сила тока.
Рис. 14. В последовательной цепи сила тока для отдельных элементов такая же, как и общая сила тока.

Теперь все, что осталось вычислить, – это падение напряжения на резисторе и катушке индуктивности соответственно. Это делается с помощью закона Ома (E = IZ), применяемого вертикально в каждом столбце таблицы:

Рис. 15. Последний шаг – нахождение по закону Ома напряжения для отдельных элементов.
Рис. 15. Последний шаг – нахождение по закону Ома напряжения для отдельных элементов.

На этом заполнение нашей таблицы завершено. Точно такие же правила, которые мы применяли при анализе цепей постоянного тока, применимы и к цепям переменного тока. Но с оговоркой: все величины должны быть представлены и вычислены в комплексной, а не в скалярной форме.

Если фазовый сдвиг в наших расчётах указан правильно, нет принципиальной разницы в том, как мы подходим к основному анализу цепи переменного тока по сравнению с анализом цепи постоянного тока.

Сейчас самое время, чтобы сопоставить эти расчётные цифры и те показания, которые будут получены с помощью приборов при реальных измерениях напряжения и силы тока.

Цифры, которые напрямую относятся к реальным измерениям, будут в полярной форме, а не в алгебраической! Другими словами, если вы подключите вольтметр к резистору в этой цепи, он будет показывать 7,9847 вольт (полярная форма записи), а не 6,3756 (вещественная составляющая алгебраической формы записи) или 4,8071 (мнимая составляющая алгебраической формы записи) вольт.

В контексте графика, измерительные приборы просто сообщат длину вектора для конкретной величины (напряжения или тока).

Алгебраическая запись удобна для арифметического сложения и вычитания, но при этом она более абстрактная. Полярная запись к реальным измерениям ближе. Как уже говорилось, в таблицах, ради упрощения математических расчётах, мы будем указывать как полярную, так и алгебраическую запись для каждой величины.

Это не является абсолютно необходимым, но однозначно полезно для тех, кто не использует калькулятор с расширенными возможностями. Если использовать только одну формы записи, то лучше тогда полярную, потому что она напрямую коррелирована с реальными измерениями.

Импеданс (Z) последовательной RL-цепи может быть вычислен с учётом сопротивления (R) и индуктивного реактивного сопротивления (XL). Поскольку E = IR, E = IXL и E = IZ, то обычное сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс пропорциональны соответствующему напряжению. Таким образом, векторную диаграмму для напряжения можно заменить на аналогичную диаграмму для импеданса.

Рис. 16. В последовательной RL-цепи вектор для импеданса такой же, как и вектор для напряжения.
Рис. 16. В последовательной RL-цепи вектор для импеданса такой же, как и вектор для напряжения.
Пример:

Дано: резистор на 40 Ом, соединён последовательно с катушкой индуктивности на 79,58 миллигенри. Найти: полное сопротивление при частоте 60 Гц. 

XL = 2πfL
XL = 2π × 60 × 79,58 × 10-3
XL = 30 Ом
Z = R + jXL
Z = 40 + j30
|Z| = sqrt(402 + 302) = 50 Ом
∠Z = arctng(30/40) = 36.87°
Z = 40 + j30 = 50 ∠36.87°

Итог

  • Импеданс – это полная мера противодействия электрическому току и представляет собой комплексную (векторную) сумму простого сопротивления («вещественная составляющая») и реактивного сопротивления («мнимая составляющая»). Импеданс обозначается буквой «Z» и измеряется в Омах, так же как и сопротивление (R) и реактивное сопротивление (X).
  • К импедансу (Z) применимы те же приёмы, которые используются при работе с сопротивлением (R) при анализе последовательной цепи. Последовательное сопротивление складывается, чтобы вычислить общий импеданс. При этом все вычисления обязательно нужно выполнять в комплексной (не скалярной) форме! ZВсего = Z1 + Z2 + … + Zn.
  • Сугубо резистивный импеданс имеет фазовый угол, равный точно 0 ° (ZR = R Ом ∠ 0°).
  • Сугубо индуктивный импеданс имеет фазовый угол, равный точно +90° (ZL = XL Ом ∠ 90 °).
  • Закон Ома для цепей переменного тока: E = IZ; I = E/Z; Z = E/I.
  • Когда в последовательной цепи есть и резисторы, и катушки индуктивности, общий импеданс будет иметь фазовый угол где-то между 0° и +90°. Ток в цепи будет иметь фазовый угол в пределах от 0° до -90°.
  • Последовательные цепи переменного тока обладают теми же фундаментальными свойствами, что и последовательные цепи постоянного тока: ток однороден по всей цепи, чтобы найти общее напряжение – падения напряжения отдельных элементов складываются, а импедансы компонентов суммируются, чтобы получить общий импеданс.

См.также

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Series Resistor-Inductor Circuits
Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

←Реактанс и импеданс – Индуктивность→
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Переменный_ток/Реактанс_и_импеданс_–_Индуктивность/Последовательные_резистивно-индуктивные_цепи&oldid=7737444