Переменный ток

Переменный ток
Вынужденные электромагнитные колебания
Процессы, возникающие в электрических цепях под действием внешнего
периодического источника тока, называются вынужденными
колебаниями.
Вынужденные колебания, в отличие от собственных колебаний в
электрических цепях, являются незатухающими.
Внешний источник периодического
воздействия обеспечивает приток энергии к
системе и не дает колебаниям затухать,
несмотря на наличие неизбежных потерь.
Если частота ω0 свободных колебаний
определяется параметрами электрической
цепи, то установившиеся вынужденные
колебания всегда происходят на частоте ω
внешнего источника.
Электрические цепи, в которых происходят установившиеся
вынужденные колебания под действием периодического источника
тока, называются цепями переменного тока.
Вынужденные электромагнитные колебания в
электрической цепи представляют
собой переменный электрический ток.
Переменный электрический ток — это ток, сила
и направление которого периодически меняются.
Генератор переменного тока – устройство,
создающее вынужденные электромагнитные
колебания в электрических цепях.
Переменный электрический ток
Пусть виток ограничивает
поверхность площадью S и вектор В
индукции однородного магнитного
поля расположен под углом α к
перпендикуляру к плоскости витка.
Магнитный поток Ф через площадь
витка
Ф = ВS cos α
При вращении витка с периодом Т угол α изменяется по закону
2π
α=
t
T
магнитный поток Ф, пронизывающий виток, изменяется с течением
времени по закону:
2π
Ф = BS cos
t = BS cos wt
T
Изменения магнитного потока возбуждают в
витке ЭДС индукции, равную:
ε=-
∆Ф
∆𝒕
= -Ф'
Значит изменения ЭДС индукции со временем
происходят по закону:
ε = BS ω sin ω t или
ε = ε т sin ω t, где ε т = BS ω - амплитуда ЭДС
u = U т sin ωt
Генератор переменного электрического тока
Для получения больших
значений амплитуды ЭДС и
больших значение амплитуды
силы тока во внешней цепи
используются генераторы
переменного тока с большой
площадью S витка и большим
числом витков в обмотке.
На практике синусоидальная ЭДС возбуждается не путем вращения
витка в магнитном поле, а путем вращения магнита или
электромагнита (ротора) внутри статopa — неподвижной
обмотки, навитой на стальной сердечник, что позволяет избежать
снятия напряжения с помощью контактных колец, что невозможно
при больших значениях амплитуды напряжения.
Аналогия вынужденных механических и
электрических колебаний
механические
Наличие внешней периодически
действующей силы
электрические
Наличие ЭДС, изменяющейся
периодически
Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающих колебаний:
внешней силы
ЭДС
Между вынуждающими и вынужденными колебаниями существует разность фаз
Fx = Fm cos wt
ε = ε т sin wt
x=xm cos (wt + φ 0)
i= Im sin (wt + φ 0)
Задача №1
Виток провода площадью 25см2 2,5•10-3м2 вращается с
частотой 5Гц однородном магнитном поле с индукцией
1,1Тл. Определить амплитуду колебаний ЭДС индукции в
витке. (0,86В)
СИ
ДАНО:
S= 25см2 25•10-4м2
𝜈 = 5Гц
B = 1,1Тл
ε т= ?
РЕШЕНИЕ:
ε т = BS ω = BS 2π 𝜈
РАСЧЕТ:
ε т = 1,1Тл• 25•10-4м2 2 •3,14 •5Гц=
= 0,087В
Задача №2
С какой частотой должен вращаться виток провода
в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл
для того, чтобы амплитуда колебаний ЭДС
индукции в нем была 1В?
Площадь витка 2,5• 10-3м2. (53 Гц)
Условие квазистационарности
Предположим, что цепь состоит из
нескольких последовательно соединённых
элементов.
Если напряжение источника меняется по
косинусоидальному закону,
то сила тока не успевает мгновенно принимать одно и то же значение во
всей цепи — на передачу взаимодействий между заряженными частицами
вдоль цепи требуется некоторое время.
1
Пусть ν = 50 Гц тогда T = = 0,02 с
ν
Взаимодействие между зарядами передаётся со скоростью света:
c = 3 ·108 м/с.
За время, равное периоду колебаний, это взаимодействие
распространится на расстояние:
6 м =тока
Поэтому
во всех последовательно включённых
cT = 6 · 10сила
6000Iкм
Мы
можем пренебречь
распространения
взаимодействия,
элементах
цепи будетвременем
принимать
одинаковое значение
— своё в
если
l много
меньше
T:
каждый
момент
времени.
Оно называется мгновенным значением
l ≪ cT
- условие квазистационарности
силы
тока.
Резистор в цепи переменного тока
Простейшая цепь переменного тока получится,
если к источнику переменного напряжения
u = Uо cos ωt
подключить обычный резистор R, называемый
также активным сопротивлением.
Индуктивность проводника мала, так что
эффект самоиндукции можно не принимать во
внимание.
Под действием переменного электрического поля в проводнике возникает
переменный электрический ток, частота и фаза, которого совпадает с
частотой и фазой колебания напряжения.
Колебания силы тока в цепи являются вынужденными электрическими
колебаниями, возникающими под действием приложенного переменного
напряжения.
i = Iо cos ωt
𝑰𝟎 =
𝑼𝟎
- амплитуда силы тока
𝑹
Мощность переменного тока.
При совпадении фазы колебаний
силы тока и напряжения
мгновенная мощность
переменного тока равна:
p= iu = I0U0 cos2ωt
Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0,5, поэтому
среднее значение мощности равно:
P =
𝑰𝟎 𝑼𝟎
𝟐
=
𝑰𝟎 𝟐 𝑹
𝟐
Действующие значения силы тока и напряжения
Для того чтобы формула для расчета мощности переменного тока совпадала
форме с аналогичной формулой для постоянного тока (P =I2R), вводятся
понятия действующих значений силы тока и напряжения.
Из равенства мощностей получим
I2R =
I=
𝑰𝟎
𝟐
𝑰𝟎 𝟐 𝑹
𝟐
или
I2 =
𝑰𝟎 𝟐
𝟐
- действующее значение силы тока
Действующее значение силы тока равно силе такого постоянного
тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в
цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же
проводнике в цепи постоянного тока.
𝑼𝟎
U=
- действующее значение напряжения
𝟐
Средняя мощность переменного тока при совпадении фаз колебаний силы тока
и напряжения равна произведению действующих значений силы тока и
напряжения:
P = IU
Заметим, что обычно электрическая аппаратура в цепях переменного тока
показывает действующие значения измеряемых величин.
Активное сопротивление
Сопротивление элемента электрической цепи (резистора),
в котором происходит превращение электрической
энергии во внутреннюю энергию, называют активным
сопротивлением.
Средняя мощность Р переменного тока на участке цепи равна
произведению квадрата действующего значения силы тока на активное
сопротивление участка цепи:
P = I2R
Активное сопротивление участка цепи можно определить как частное от
деления средней мощности на квадрат действующего значения силы тока:
P
R= 2
I
При небольших значениях частоты переменного тока активное
сопротивление проводника не зависит от частоты и практически
совпадает с его электрическим сопротивлением в цепи постоянного
тока.
КАТУШКА В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Пусть в цепь переменного включена
идеальная катушка с электрическим
сопротивлением провода, равным нулю.
Пусть ток меняется по закону
i= Imax cos wt
и в катушке возникает ЭДС самоиндукции
ε = —Li' = ε т sin wt
Так как R = 0 → и = — ε = — Imax Lw sinw t
Следовательно, при изменении силы тока в катушке по гармоническому
закону напряжение на ее концах изменяется тоже по гармоническому
закону, но со сдвигом фазы:
и=Imax Lw cos (w t+ π/2)
Мы видим, что колебания напряжения на концах катушки опережают по
фазе колебания силы тока на π/2.
Индуктивное сопротивление
Um = ImL w - является амплитудой колебаний напряжения на
катушке.
Отношение амплитуды колебаний напряжения на катушке к
амплитуде колебаний силы тока в ней называется индуктивным
сопротивлением (обозначается XL ):
Um
XL =
=Lw
Im
Связь амплитуды колебаний напряжения на концах катушки с
амплитудой колебаний силы тока в ней совпадает по форме с
выражением закона Ома для участка цепи постоянного тока:
Um
Im =
XL ~w
XL
Закону Ома подчиняются лишь амплитудные, но не
мгновенные значения тока и напряжения.
Причина — наличие сдвига фаз.
Индуктивное сопротивление катушки пропорционально её
индуктивности и частоте колебаний.
Физический смысл этой зависимости.
1. Чем больше индуктивность катушки, тем большая в ней возникает
ЭДС индукции, противодействующая нарастанию тока; тем меньшего
амплитудного значения достигнет сила тока. Это и означает, что XL
будет больше.
2. Чем больше частота, тем быстрее меняется ток, тем больше скорость
изменения магнитного поля в катушке, и тем большая возникает в ней
ЭДС индукции, препятствующая возрастанию тока.
При ω → ∞ имеем XL → ∞, т. е. высокочастотный ток практически не
проходит через катушку.
Наоборот, при ω = 0 имеем XL = 0. Для постоянного тока катушка
является коротким замыканием цепи.
Закону Ома подчиняются лишь амплитудные, но не мгновенные
значения тока и напряжения. Причина та же — наличие сдвига
фаз.
КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Если подключить конденсатор к источнику
постоянного тока, то в цепи возникнет
кратковременный импульс тока, который
зарядит конденсатор до напряжения
источника, а затем ток прекратится.
Если заряженный конденсатор отключить от источника постоянного
тока и соединить его обкладки с выводами лампы накаливания, то
конденсатор будет разряжаться, при этом наблюдается кратковременная вспышка лампы.
При включении конденсатора в цепь переменного тока процессы
зарядки и разрядки конденсатора чередуются с периодом, равным
периоду колебаний приложенного переменного напряжения.
Лампа накаливания, включенная последовательно с конденсатором в
цепь переменного тока, кажется горящей непрерывно, так как человеческий глаз при высокой частоте колебаний силы тока не замечает
периодического ослабления свечения нити лампы.
Установим связь между амплитудой колебаний напряжения па
обкладках конденсатора и амплитудой колебаний силы тока.
При изменениях напряжения на обкладках конденсатора по
гармоническому закону
и=Umax cos w t
заряд на его обкладках изменяется по закону:
q = C u = Umax C cos w t
Электрический ток в цепи возникает в результате изменения заряда
конденсатора:
i = q'
Поэтому колебания силы тока в цепи происходят по закону:
i= - Umax wC sin wt = Umaxw C cos (w t+ π/2)
Колебания напряжения на обкладках конденсатора в цепи переменного
тока отстают по фазе от колебаний силы тока на π/2.
Емкостное сопротивление
Произведение Umaxw C является амплитудой колебаний силы тока:
Iт = Umw C
Отношение амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе к
амплитуде колебаний силы тока называют емкостным сопротивлением
конденсатора
(обозначается Хс ) :
Um
1
Хс = =
Im wC
Связь между амплитудным значением силы тока и амплитудным
значением напряжения по форме совпадает с выражением закона Ома
для участка цепи постоянного тока, в котором вместо электрического
сопротивления фигурирует емкостное сопротивление конденсатора:
Um
Im =
Xc
1
Хс ~
w
Закону Ома подчиняются лишь амплитудные, но не
мгновенные значения тока и напряжения.
Причина — наличие сдвига фаз.
Ёмкостное сопротивление обратно пропорционально циклической
частоте колебаний напряжения (тока) и ёмкости конденсатора.
Физическая причина такой зависимости.
1. Чем больше частота колебаний (при фиксированной ёмкости C), тем
за меньшее время по цепи проходит заряд CU0 ; тем больше амплитуда
силы тока и тем меньше ёмкостное сопротивление.
При ω → ∞ ёмкостное сопротивление стремится к нулю: XC → 0. Это
означает, что для тока высокой частоты конденсатор фактически
является коротким замыканием цепи.
Наоборот, при уменьшении частоты ёмкостное сопротивление
увеличивается, и при ω → 0 имеем XC → ∞.
Случай ω = 0 отвечает постоянному току, а конденсатор для
постоянного тока представляет собой бесконечное сопротивление
(разрыв цепи).
2. Чем больше ёмкость конденсатора (при фиксированной частоте), тем
больший заряд CU0 проходит по цепи за то же время (за ту же четверть
периода); тем больше амплитуда силы тока и тем меньше ёмкостное
сопротивление.
ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Полная цепь переменного тока -электрическую цепь, состоящую
из последовательно соединенных резистора, конденсатора и
катушки.
В любой момент времени
сумма мгновенных
значений напряжений на
последовательно
включенных элементах
цепи равна мгновенному
значению приложенного
напряжения:
u
u = 𝒖𝑹 + 𝒖𝑳 + 𝒖𝑪
Колебания силы тока во всех элементах последовательной цепи
происходят по закону:
i = 𝑰𝒎 cos ωt
Колебания напряжения на резисторе совпадают по фазе с колебаниями силы тока,
колебания напряжения на конденсаторе отстают по фазе на π/2 от
колебаний силы тока,
колебания напряжения на катушке опережают по фазе на π/2
колебания силы тока.
Поэтому уравнение можно записать так:
u = URm cos w t+ UCm cos (w t - π/2)+ U Lmcos (w t + π/2)
где U Rm, UCm и ULm — амплитуды колебаний напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке.
Амплитуду колебаний напряжения в цепи переменного тока
можно выразить через амплитудные значения напряжения
на отдельных ее элементах, воспользовавшись методом
векторных диаграмм.
U𝑳𝒎
Метод векторных диаграмм
U𝒎
U𝑪𝒎 + U𝑳𝒎
φ
0
U𝑪𝒎
U𝑹𝒎
Um= URm+UСт +ULm
Um= U2Rm+(ULт –UС m)2
I𝒎
Um= (ImR)2+(ImXL–ImXС)2 =Im R2+(XL–XС)2
Um= Im
R2+(Lw–
𝟏
Cw
)2
Um
Im =
R2+(Lw– 𝟏 )2
Cw
Z=
тока
R2+(Lw–
𝟏
Cw
)2 -полное сопротивление цепи переменного
Um
Im =
- закон Ома для цепи переменного тока.
Z
Мощность в полной цепи переменного тока
URm 𝑅
cosφ =
=
Um
𝑍
P=
P=
P=
𝐼𝑚 2 𝑅
2
=
𝐼𝑚 2 𝑅
2
- на резисторе
𝐼𝑚 𝑈𝑚 𝑅
2𝑍
𝐼𝑚 𝑈𝑚 cosφ
2
P = I U cosφ
I, U – действующие значения напряжения и силы тока
cosφ – коэффициент мощности
Задачи
1. Цепь состоит из лампы и конденсатора. Как изменится накал нити
лампы, если параллельно конденсатору присоединить второй
конденсатор такой же емкости?
1) Увеличится
Um
Im =
2) Уменьшится
2+( 𝟏 )2
R
3) Не изменится
Cw
2. Какой из трех графиков выражает зависимость индуктивного
сопротивления в цепи переменного тока от частоты?
XL = L w
3
Задачи
3.По графику определите действующие значения напряжения.
U=
𝑼𝒎
𝟐
U=
𝟓𝟎В
𝟐
≈ 35В
4. Электроплитку можно питать постоянным и переменным
током. Будет ли разница в накале спирали, если напряжение,
измеренное вольтметром, для обоих токов одинаково?
Действующее значение напряжения равно напряжению такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в
проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся
в том же проводнике в цепи постоянного тока.
Задачи
5. Напряжение в сети меняется по закону u= 310 sin wt. Какое
количество теплоты отдает в 1 мин электрическая плитка с
активным сопротивлением 60 Ом, включенная в эту сеть?
Дано:
u = 310 sin wt
Δt = 1 мин
R = 60 Ом
Q=?
Решение:
2Δt
U
2R Δt =
Q
=
I
= IUΔt
60 с
R
где I и U - действующие значения силы
тока и напряжения
I=
Расчет:
Q=
СИ
3102∙60
2∙60
Im
Um
U=
2
Um)2Δt
2
(
U Δt
Um2Δt
2
Q=
=
=
R
R
2R
2
= 48050Дж = 4,8 ∙ 104 Дж
Задачи
6. Какой электроемкостью должен обладать конденсатор для того,
чтобы при включении его в цепь переменного тока с частотой 1 кГц
при действующем значении напряжения 2 В действующее значение
силы тока в цепи было равно 20 мА?
Дано:
СИ
𝜈 = 1кГц 103 Гц
I = 20 мA 2∙10−2 А
U=2В
С=?
Расчет:
C=
2∙10−2 А
2В∙2∙3,14∙103 Гц
Решение:
Um
Im = = Umw C
Xc
Im=I 2
Um=U 2
U
I = = Uw C
Xc
I
I
C=
=
Uw U2𝜋𝜈
= 1,6 ∙10−6 Ф = 1,6 мкФ
7. К городской сети переменного тока подключены
последовательно катушка индуктивностью 3 мГн и
активным сопротивлением 20 Ом и конденсатор
емкостью 30 мкФ. Напряжение Uc на конденсаторе
50 В. Определите напряжение на зажимах цепи, ток
в цепи, напряжение на катушке, активную и
реактивную мощность.
Дано:
СИ
L = 3мГн
3∙10−3 Гн
R = 20 Ом
UС = 50 В
С = 30мкФ 3∙10−5 Ф
𝜈 = 50 Гц
U=?
I=?
UL = ?
PСL =?
P =?
Решение:
1
1
XC =
=
wC 2π𝜈C
UС
I= IС =
Xc
L
XL =wL =
𝐿𝐶
Задачи
P = IUR
𝑃𝑟 = I U cosφ
cosφ =
𝑅
𝑍
UL = I XL
Z= R2+(XL–XС)2
I
UR =
R
U= U2Rm+(ULт –UС m)2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС
Явление возрастания амплитуды
колебаний силы тока при некотором
значении частоты wр = 2π𝜈p до
максимального значения называют
электрическим резонансом, а частоту,
при которой амплитуда колебаний
силы тока достигает максимального
значения,— резонансной частотой.
При резонансной частоте wр
XL = Хс
XL = L wр
𝟏
Хс=
С wр
На
низких
сопротивление
конденсатора
переменному
При
более частотах
высоких емкостное
частотах индуктивное
сопротивление
превышает
току
очень велико.
С увеличением
частоты
это сопротивление
убывает, а
емкостное.
Возрастание
индуктивного
сопротивления
с частотой
сила
тока вк цепи
возрастает.
катушки на
приводит
убыванию
силы Индуктивное
тока в цепи насопротивление
частотах, больших
низких
частотах мало, но увеличивается с ростом частоты.
резонансной.
Так как колебания напряжения на конденсаторе и
катушке индуктивности при их последовательном
соединении происходят в противофазе, а ток
через все элементы цепи протекает один и тот же,
то при равенстве индуктивного и емкостного
сопротивлений
напряжения на них в любой момент времени
одинаковы по модулю, но имеют
противоположные знаки:
UL = - U C
Резонанс в электрической цепи переменного тока
при последовательном соединении ее элементов
называют резонансом напряжений.
При резонансе напряжение на резисторе согласно
условию оказывается равным приложенному
напряжению:
U = UR+UL+UC = UR+UL-UC= UR
u
U
iр =
Iр =
R
R
1
Из равенства Lwр =
следует:
Cwр
1
wр =
= wo
LC
Где w0 – собственная частота контура
Таким образом, резонанс наступает при совпадении
частоты переменного тока с частотой свободных
колебаний в контуре.
Индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление
конденсатора при резонансе можно выразить через значения индуктивности и емкости:
L
L
XL=XC = Lwр =
=
C
LC
Определим амплитуду колебаний напряжения на катушке индуктивности и на конденсаторе при наступлении резонанса:
Um
L
•
R
C
Выражение показывает, что при наступлении резонанса амплитуды
колебаний напряжения на катушке и конденсаторе могут значительно
превосходить амплитуду колебаний приложенного напряжения.
ULm = UCm = Im XL =
Явление увеличения амплитуды колебаний напряжения при
настройке контура в резонанс с источником колебаний широко
используют в радиотехнике: в схемах радиоприемников, усилителей,
генераторов высокочастотных колебаний.
Задачи
К генератору переменного тока, частоту которого можно менять, подключены
последовательно резистор сопротивлением 10 Ом, конденсатор емкостью 0,5 мкФ
и катушка индуктивности 0,5 Гн. Действующее значение напряжения на выходе
генератора 100 В. Каковы показания амперметра при наступлении резонанса?
Чему равна резонансная частота?
Дано:
СИ
L = 0,5 Гн
U = 100 В
С = 0,5 мкФ 5∙10−5 Ф
R = 10 Ом
I=?
Расчет:
100 В
I=
10 Ом
wр =
Решение:
U
I=
R
1
wр =
LC
= 10 А
1
0,5∙5∙10−5
= 200 рад/с
Задачи
В сеть переменного тока с действующим напряжением 220 В включены
последовательно конденсатор емкостью 100 мкФ, катушка
индуктивностью 0,4 Гн и активное сопротивление 8 Ом. Определить
амплитуду силы тока в цепи, если частота переменного тока 200 Гц, а
также частоту переменного тока, при которой в данном контуре наступит
резонанс напряжений.
Дано:
U=220В
С=100мкФ
L= 0,4 Гн;
R = 8 Ом
v =200 Гц.
𝐼𝑚 = ?
𝜈р = ?
СИ
Решение:
Um
Im =
2+(Lw– 𝟏 )2
−4
R
10 Ф
Cw
w = 2πv
𝑼𝒎 =U 𝟐
U 𝟐
Im =
𝟏
2+(L2πv –
R
)2
Расчет:
C2πv
220 𝟐
Im =
= 0,6 А
UL = UC
82+(0,4 2 3,14 200I–m −4 𝟏
)2
Im Lwр = – 10 2 3,14 200
Cwр
2 3,14
𝜈р =
= 𝟐𝟓 Гц
1
2π
Lw
𝜈
=
−4 р = –
р
0,4 10
Cwр
LC
Имеется цепь переменного тока частотой v = 50 Гц
с активно-индуктивной нагрузкой. Показания
амперметра 8 А, вольтметра 220 В , ваттметра
700Вт. Определить индуктивность L катушки;
сопротивление резисторов, угол сдвига фаз между
напряжением и током на входе цепи
Дано:
U = 220 В
𝜈 = 50 Гц
Р = 700 Вт
I=8А
R1 = 6 Ом
L=?
φ=?
Решение:
P = U I cos φ
P
cos φ =
UI
P = I 2 (R1 + R2 ) = I 2 R
𝑃
R=
Задачи
Расчет:
700
cos φ =
= 0,4
220∙8
arccos 0,4 = 66о
700
R = 2 = 11(Ом)
I2
8
U
Z=
Z2 = R2 + XL 2 L= 220 2−882 =0,08(Гн)
I
2 8 3,14 50
XL = Z2−R2 = 2πv L
Z2−R2 U2−I2R2
L=
=
2πv
I 2πv
АВТОКОЛЕБАНИЯ
Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет
поступления энергии от источника внутри системы, называются
автоколебательными.
Колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних
периодических сил, называются автоколебаниями.
Любая автоколебательная система состоит из 3 частей:
1) собственно колебательной системы;
2) источника энергии;
3) «клапана».
Работой «клапана» управляет колебательная система. Связь между
колебательной системой и «клапаном» называют обратной связью.
Вынужденные колебания, которые мы рассматривали до сих пор, возникают
под действием переменного напряжения, вырабатываемого генераторами на
электростанциях. Такие генераторы не могут создавать колебания высокой
частоты, необходимые для радиосвязи. Потребовалась бы чрезмерно большая
скорость вращения ротора. Колебания высокой частоты получают с помощью
других устройств, например с помощью генератора на транзисторе.
Генератор на транзисторе — пример
автоколебательной системы.
На примере генератора на транзисторе можно
выделить основные элементы, характерные
для многих автоколебательных систем:
1. Источник энергии, за счет которого
поддерживаются незатухающие колебания
(в генераторе на транзисторе это источник
постоянного напряжения).
2. Колебательная система, т. е. та часть автоколебательной системы, в
которой непосредственно происходят колебания (в генераторе на
транзисторе это колебательный контур).
3. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника в
колебательную систему,— «клапан» (в рассмотренном генераторе роль
«клапана» играет транзистор).
4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет «клапаном» (в генераторе
на транзисторе это индуктивная связь катушки контура с катушкой в
цепи эмиттер — база).
I четверть периода
Положительно заряженная пластина конденсатора,
соединенная с коллектором, разряжается. Ток в
контуре увеличивается до Iтах
В катушке связи возникает индукционный ток такого
направления, что база имеет отрицательный потенциал
относительно эмиттера. Переходы база - коллектор и
эмиттер - база прямые.
Транзистор открыт. Энергия от источника поступает в
колебательный контур (ключ замкнут).
II четверть периода
Ток в контуре убывает. Верхняя пластина заряжается отрицательно.
В катушке связи ток меняет направление. На базе положительный потенциал.
Переход коллектор - база обратный. Ток в цепи отсутствует (ключ разомкнут).
III четверть периода
Конденсатор разряжается. Ток растет до Iтах, направлен от нижней пластины к
верхней. В катушке связи ток направлен так, что база получает положительный
потенциал. Переход база - коллектор база обратный. Тока в цепи нет (ключ
разомкнут).
IVчетверть периода
Ток в контуре, не меняя направления, убывает. Верхняя пластина заряжается
положительно. В катушке связи ток меняет направление. Заряд на базе
отрицательный. Переходы база - коллектор, эмиттер - база прямые. Энергия
поступает от источника в колебательный контур (ключ замкнут).
1. Дроссель с индуктивностью 2 Гн и активным сопротивлением
10 Ом, включают сначала в сеть постоянного тока с
напряжением 20 В, а затем в сеть с переменного тока с
действующим напряжением 20 В и частотой 400 Гц.
Определить силу тока в первом и во втором случае. Результат
объяснить.
2. Катушка с активным сопротивлением 15 Ом и
индуктивностью 52 мГн включена в сеть стандартной частоты
последовательно с конденсатором емкостью 120 мкФ.
Напряжение в сети 220 В. Определить силу тока в цепи,
активную мощность и коэффициент мощности.
3. Показания приборов – 3 А, 12 В,
24 В. Найти активное и
индуктивное сопротивление
катушки, если цепь находится в
режиме резонанса.