1 Цепи постоянного тока
1.1 Общие положения
Электрической цепью называется искусственно созданный путь для электрического тока. Пример электрической цепи показан на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Электрическая цепь
Основное назначение электрической цепи - распределение и взаимное преобразование электрической и других видов энергии.
Электрическая цепь состоит из трех основных элементов:
источника электрической энергии;
приемника электрической энергии;
соединительных проводов.
Рассмотрим каждый из этих элементов цепи подробнее.
1.1.1 Источник электрической энергии
Источники электрической энергии разнообразны: гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, термоэлектрические и солнечные батареи и т.д.
Они превращают химическую, механическую, тепловую, световую или энергию других видов в электрическую энергию.
На схемах источники энергии обозначаются так, как показано на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Условные обозначения источников
Где
- внутреннее сопротивление источника
энергии.
В элементах и аккумуляторах, внутреннее сопротивление - это сопротивление электролита и граничных слоев между электролитом и электродами, в генераторах - это сопротивление меди обмоток.
Основное назначение источника энергии - создать и постоянно поддерживать в цепи разность потенциалов, разность электрических уровней; создать как бы электрический напор, под воздействием которого и образуется упорядоченное движение электрических зарядов, то есть ток.
Принято зажим высшего потенциала источника обозначать знаком «+», а зажим низшего потенциала знаком «».
Разность электрических потенциалов количественно определяется величиной, которая называется - электродвижущей силой или коротко ЭДС и обозначается на схемах буквой «Е»
,
(1.1)
где
-
высший потенциал или уровень источника;
-
низший потенциал источника.
Направление действия ЭДС обозначается стрелкой, направленной от низшего потенциала к высшему, то есть от «» к «+».
Работа источника хорошо оценивается с помощью так называемой внешней характеристики.
Внешней характеристикой называется функциональная зависимость напряжения на клеммах источника от величины тока, протекающего через источник.
Примерный вид внешних характеристик источников электрической энергии показан на рисунках 1.3 и 1.4.
Рисунок 1.3 - Внешняя характеристика источника электрической энергии
Из
характеристики видно, что с увеличением
тока напряжение на клеммах источника
несколько уменьшается за счет потери
напряжения на внутреннем сопротивлении
.
В целом, же с ростом тока, напряжение на
источнике остается более или менее
постоянным.
Подобные характеристики имеют гальванические элементы, аккумуляторы, электромашинные генераторы постоянного тока, выпрямители.
На рисунке 1.4 приведена внешняя характеристика источника электрической энергии другого вида. Здесь, ток вырабатываемый источником остается более или менее постоянным, при значительном изменении напряжения на клеммах источника.
Отличительная особенность таких источников - очень большая величина внутреннего сопротивления, значительно превышающая сопротивление приемника электрической энергии. Данные источники строят по специальным схемам и широко применяют в современной электронике.
Рисунок 1.4 - Внешняя характеристика источника электрической энергии