Prąd impulsowy

W różnych urządzeniach elektronicznych, np. w sprzęcie elektronicznym i półprzewodnikowym, tj. we wzmacniaczach, prostownikach, radiach, generatorach, telewizorach, a także w mikrofonach węglowych, telegrafach i wielu innych urządzeniach, powszechnie stosowane są prądy i napięcia tętniące… Aby żeby nie powtarzać dwa razy rozumowania, będziemy mówić tylko o prądach, ale wszystko, co jest związane z prądami, dotyczy również napięć.

Prądy pulsujące, które mają stały kierunek, ale zmieniają swoją wartość, mogą być różne. Czasami bieżąca wartość zmienia się od najwyższej do najniższej wartości niezerowej. W innych przypadkach prąd jest redukowany do zera. Jeśli obwód prądu stałego zostaje przerwany z określoną częstotliwością, to przez pewien czas w obwodzie nie płynie prąd.

na ryc. 1 przedstawia wykresy różnych prądów falowych. na ryc. 1, a, b, zmiana prądów następuje zgodnie z krzywa sinusoidalna, ale prądów tych nie należy uważać za sinusoidalne prądy przemienne, ponieważ kierunek (znak) prądu się nie zmienia. na ryc.1, c pokazuje prąd składający się z oddzielnych impulsów, to znaczy krótkotrwałych „wstrząsów” prądu, oddzielonych od siebie przerwami o większym lub mniejszym czasie trwania, i jest często nazywany prądem pulsacyjnym. Różne prądy pulsacyjne różnią się między sobą kształtem i czasem trwania impulsów, a także częstotliwością ich powtarzania.

Prąd pulsujący dowolnego rodzaju jest wygodny do rozważenia jako suma dwóch prądów — stałego i przemiennego, zwanych prądami termicznymi lub składowymi. Każdy prąd pulsujący ma składowe stałe i przemienne. Dla wielu wydaje się to dziwne. W końcu prąd pulsujący to prąd, który płynie cały czas w jednym kierunku i zmienia swoją wartość.

Jak rozpoznać, że zawiera prąd przemienny, który zmienia kierunek? Jeśli jednak przez ten sam przewód przepłyną jednocześnie dwa prądy — stały i przemienny — okaże się, że w tym przewodzie popłynie prąd pulsujący (ryc. 2). W takim przypadku amplituda prądu przemiennego nie powinna przekraczać wartości prądu stałego. Prąd stały i przemienny nie mogą płynąć oddzielnie przez przewód. Dodają się do ogólnego przepływu elektronów, który ma wszystkie właściwości prądu pulsującego.

Ryż. 1. Wykresy różnych prądów falowych

Dodanie prądów AC i DC można przedstawić graficznie. na ryc. 2 pokazuje wykresy prądu stałego równego 15 mA i prądu przemiennego o amplitudzie 10 mA. Jeśli zsumujemy wartości tych prądów dla poszczególnych punktów w czasie, biorąc pod uwagę kierunki (znaki) prądów, otrzymamy wykres prądu falowego pokazany na ryc. 2 pogrubioną linią. Prąd ten zmienia się od niskiego 5 mA do wysokiego 25 mA.

Rozważany dodatek prądów potwierdza słuszność reprezentacji prądu pulsującego jako sumy prądów stałych i przemiennych. Poprawność tego przedstawienia potwierdza również fakt, że za pomocą niektórych urządzeń możliwe jest oddzielenie od siebie składowych tego prądu.

Ryż. 2. Uzyskanie prądu pulsującego przez dodanie prądu stałego i przemiennego.

Należy podkreślić, że każdy prąd zawsze można przedstawić jako sumę kilku prądów. Na przykład prąd 5 A można uznać za sumę prądów 2 i 3 A płynących w jednym kierunku lub sumę prądów 8 i 3 A płynących w różnych kierunkach, czyli innymi słowy różnicę między prądami 8 i 3 A. Nietrudno znaleźć inne kombinacje dwóch lub więcej prądów dających w sumie 5 A.

Występuje tu całkowite podobieństwo z zasadą dodawania i rozkładu sił. Jeśli na dowolny obiekt działają dwie jednakowo skierowane siły, można je zastąpić jedną wspólną siłą. Siły działające w przeciwnych kierunkach można zastąpić różnicą jednostek. I odwrotnie, daną siłę można zawsze uważać za sumę odpowiednich, jednakowo skierowanych sił lub różnicę między siłami skierowanymi przeciwnie.

Nie jest konieczne rozkładanie prądu przemiennego stałego lub sinusoidalnego na prądy składowe. Jeśli zastąpimy prąd pulsujący sumą prądów stałych i przemiennych, to stosując znane prawa prądu stałego i przemiennego do tych prądów składowych, można rozwiązać wiele problemów i wykonać niezbędne obliczenia związane z prądem pulsującym.

Koncepcja prądu pulsującego jako sumy prądów stałych i przemiennych jest umowna.Oczywiście nie można założyć, że w pewnych odstępach czasu prądy stały i przemienny rzeczywiście płyną ku sobie wzdłuż przewodu. W rzeczywistości nie ma dwóch przeciwnych przepływów elektronów.

W rzeczywistości prąd pulsujący to pojedynczy prąd, który zmienia swoją wartość w czasie. Bardziej poprawne jest stwierdzenie, że pulsujące napięcie lub pulsujące pole elektromagnetyczne można przedstawić jako sumę stałych i zmiennych składników.

Na przykład na FIG. 2 pokazuje, jak algebraicznie stałe emf jednego generatora jest dodawane do zmiennej emf innego generatora. W rezultacie mamy pulsujące pole elektromagnetyczne, które powoduje odpowiedni pulsujący prąd. Warunkowo można jednak uznać, że stała EMF wytwarza w obwodzie prąd stały, a przemienna EMF - prąd przemienny, który po zsumowaniu tworzy prąd pulsujący.

Każdy prąd pulsujący można scharakteryzować za pomocą maksymalnych i minimalnych wartości Itax i Itin, a także jego stałych i zmiennych składowych. Stała składowa jest oznaczona przez I0. Jeżeli składową przemienną jest prąd sinusoidalny, wówczas jego amplitudę oznacza się przez It (wszystkie te wielkości pokazano na ryc. 2).

Nie należy go mylić z It i Itax. Również maksymalna wartość fali prądu Imax nie powinna być nazywana amplitudą. Termin amplituda zwykle odnosi się tylko do prądów przemiennych. Jeśli chodzi o prąd pulsujący, możemy mówić tylko o amplitudzie jego zmiennej składowej.

Stałą składową prądu pulsującego można nazwać jego średnią wartością Iav, czyli średnią arytmetyczną. Rzeczywiście, jeśli weźmiemy pod uwagę zmiany w jednym okresie pulsującego prądu pokazanego na ryc.2 wyraźnie widać, co następuje: w pierwszej połowie cyklu do prądu 15 mA dodaje się pewną liczbę wartości, zmieniając składową prądu, zmieniając się od 0 do 10 mA iz powrotem do 0, aw drugiej połowie -cykl, dokładnie takie same wartości prądu są odejmowane od prądu 15 mA.

Dlatego prąd 15 mA jest naprawdę wartością średnią. Ponieważ prąd jest przenoszeniem ładunków elektrycznych przez przekrój poprzeczny drutu, to Iav jest wartością takiego prądu stałego, który w jednym okresie (lub przez całą liczbę okresów) przenosi taką samą ilość energii elektrycznej, jak ten pulsujący prąd .

Dla sinusoidalnego prądu przemiennego wartość Iav na okres wynosi zero, ponieważ ilość energii elektrycznej przepływającej przez przekrój przewodnika w jednym półokresie jest równa ilości energii elektrycznej przepływającej w przeciwnym kierunku w innym półokresie. Na wykresach prądów przedstawiających zależność prądu i od czasu t ilość energii elektrycznej przenoszonej przez prąd jest wyrażona przez pole figury ograniczone krzywą prądu, ponieważ ilość energii elektrycznej jest określona przez produkt, który to.

Dla prądu sinusoidalnego obszary półfal dodatnich i ujemnych są równe.W prądzie pulsującym pokazanym na ryc. 2, w pierwszym półroczu ilość energii elektrycznej przenoszonej przez komponent AC jest dodawana do ilości energii elektrycznej przenoszonej przez prąd Iav (zacieniony obszar na rysunku). A podczas drugiej połowy cyklu pobierana jest dokładnie taka sama ilość energii elektrycznej. W rezultacie taka sama ilość energii elektrycznej jest przesyłana przez cały okres, jak w przypadku pojedynczego prądu stałego Iav, to znaczy obszar prostokąta Iav T jest równy obszarowi ograniczonemu krzywą fali prądu.

Zatem stała składowa lub średnia wartość prądu jest określona przez przeniesienie ładunków elektrycznych przez przekrój drutu.

Obecne równanie pokazane na ryc. 2 należy oczywiście zapisać w następującej formie:

Moc prądu pulsującego należy obliczyć jako sumę mocy jego prądów składowych. Na przykład, jeśli prąd pokazany na rys. 2, przechodzi przez rezystor o rezystancji R, wtedy jego moc wynosi

gdzie I = 0,7 Im jest wartością skuteczną składnika zmiennego.

Możesz wprowadzić pojęcie wartości skutecznej fali prądu Id. Moc oblicza się w zwykły sposób:

Przyrównując to wyrażenie do poprzedniego i redukując je za pomocą R, otrzymujemy:

Te same zależności można uzyskać dla naprężeń.