Виктор Егель
Двухполупериодная схема выпрямителя
Двухполупериодная схема выпрямителя.
style="display:inline-block;width:468px;height:60px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="8969066382">
Самая простая двух-полупериодная схема выпрямления переменного тока получается из двух однополупериодных схем. 
Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух одинаковых обмоток II и III, каждая из которых выдает нужное переменное напряжение Uвых.
Через диоды проходит только положительная полуволна синусоидального переменного тока.
Работает поочередно или обмотка II и диод VD1, или обмотка III и диод VD2. Средняя величина тока проходящего через каждую обмотку и диод, в двухполупериодном выпрямителе, равна половине выходного тока выпрямителя. В этом случае обмотки можно мотать проводом с вдвое меньшим сечением и применять диоды с меньшим допустимым током.
Такие схемы двухполупериодного выпрямления предпочтительны тогда, когда на выходе выпрямителя нужно получить большой ток (5 — 10 ампер и более) при небольших напряжениях (5 – 20 вольт).
Желательно применять германиевые диоды (на них меньше падение напряжения, чем на кремниевых диодах) они меньше греются. Мощные диоды, при больших токах нагрузки, нужно обязательно ставить на радиатор.
При таком способе включения, оба диода можно ставить на один радиатор, так как аноды (плюсы) их имеют вывод на корпус, под гайку. Конструктивно это очень удобно. Два диода и радиатор составляют одну конструкцию и ее ставят на одну изолирующую подставку.
Форма выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя представляет собой пульсирующее напряжение: полусинусоиды положительной и, перевернутой вверх, полусинусоиды отрицательной.
На рисунках приведены варианты таких схем получения, на выходе выпрямителя, выходного напряжения положительной (рис. 1) или отрицательной (рис. 2) полярности относительно корпуса.
Достоинства такой схемы двухполупериодного выпрямления против одно полупериодной схемы:
— трансформатор работает без токов подмагничивания;
— частота пульсаций на выходе выпрямителя f = 100 герц;
- коэффициент пульсаций существенно меньше.
Недостатки такой схемы:
- - обратное напряжение на каждом диоде превышает выходное напряжение выпрямителя Uвых. в два раза (напряжение обоих обмоток складывается).
В случае, если нет возможности достать диоды на рассчитываемый ток, можно включать их параллельно по два, а то и по три в каждом плече, как на рисунке 3.
В этой схеме все диоды можно ставить на один радиатор, без изоляционных прокладок. Резисторы ставятся для того, чтобы уравнять внутренние «тепловые» сопротивления диодов.
Резисторы должны быть равны между собой и иметь величину соответствующую динамическому сопротивлению диода — от 0,2 до 1 Ом, и мощность 1 ватт и более.
Недостаток схемы: – большая потеря мощности на резисторах.
Разберем на примере применение данных схем.
Пусть нам нужно построить выпрямитель на напряжение 12 вольт и номинальный ток до 15 ампер.
Рассмотрим сначала схему на рис. 1. Каждая вторичная обмотка трансформатора (обмотки II и III) должна быть рассчитана на переменное напряжение 13 – 14 вольт, с учетом падения напряжения на самой обмотке и самом сопротивлении диода.
Эти обмотки включаются последовательно – конец обмотки II с началом обмотки III. Средняя точка – общий, минусовой вывод. Два диода соединенные анодами вместе – это плюсовой вывод.
Выходной ток двухполупериодного выпрямителя состоит из двух полуволн. Каждая из полуволн, за один период проходит сначала по одной половинке и диоду, затем по второй и диоду и имеет величину по 15 ампер. После диодов они сливаются вместе и имеют во времени форму пульсирующего напряжения.
В каждой паре (обмотка и диод) ток, в течении одного периода, половину периода идет, половину периода не идет. Электрическая мощность, проходящая по каждой паре (обмотка — диод) в течение периода, равна половине общей мощности за это время. А следовательно, средний ток через каждую пару (обмотка — диод) равен, как бы, половине общего тока.
Сечение провода вторичных обмоток и максимально допустимый ток диодов так же подбирается из этого расчета.
Из этого следует, что в нашем примере сечение провода вторичных обмоток может быть рассчитано на ток в 7,5 ампер, то есть в два раза меньше. Диоды подбираются на ток до 10 ампер (всегда берутся с запасом), а не 7,5 ампер.
Те же самые рекомендации по сечению провода относятся к схеме на рис. 2 и рис.3.
Пример на схеме рис.3 относится к случаю, когда у нас нет в наличии диодов рассчитанных на ток 10 ампер, а есть диоды на 5 ампер. В этом случае ставим 4 диода: в «плечо» по два диода в параллель.Через каждый диод будет протекать ток 15 : 4 = 3,75 ампера.
Определим величину омического сопротивления резисторов R1 – R4. Падение напряжения на диоде, при протекании через него максимального тока, равно около Uд = 1,0 вольта. Его динамическое сопротивление при токе I = 3,75 ампер будет примерно равно:
R = Uд : I = 1,0 : 3,75 = 0,266 Ом.
Сопротивление каждого из резисторов R1 – R4 должно быть 1 – 2 Uд = 0,26 – 0,5 Ома.R1 – R4 д
При резисторе R = (0,26 — 0,5) Ома падение напряжения на нем будет:
U = R х I = (0,26 — 0,5) х 3,75 = от 0,975 до 1,875 вольта.
Электрическая мощность выделяемая на каждом резисторе равна:
P = I х U = 3,75 (0,95 – 1,875) = от 3,56 до 7,03 ватта.
Такие резисторы изготавливают из толстого высокоомного провода, рассчитанного на ток 3,75 ампер и сильное выделение тепла.
Это довольно существенная потеря мощности на резисторах.Такова расплата за использование не соответствующих току диодов.
Если же не ставить эти уравнительные резисторы, одни диоды будут работать с перегрузкой и сильно греться (тепловой пробой), другие будут работать с малыми токами.
style="display:inline-block;width:468px;height:60px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="8969066382">
Рубрика: Немного теории | 
выпрямление переменного тока, выходное напряжение выпрямителя, двух-полупериодная схема, пульсирующее напряжение, Самая простая двух-полупериодная схема выпрямления переменного тока получается из двух однополупериодных схем. Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух одинаковых обмоток | 
Один комментарийОднополупериодные выпрямители
Однополупериодные выпрямители.
Однополупериодная схема получения постоянного напряжения из переменного – самая простая. Она состоит из трансформатора, выходная обмотка которого рассчитывается на необходимое напряжение и одного
выпрямительного диода.
Во вторичной обмотке трансформатора имеем переменное синусоидальное напряжение. После прохождения тока через диод во вторичной обмотке пропускается только положительная полуволна напряжения. Отрицательная полуволна не проходит.
На нагрузочном резисторе R выделяется пульсирующее напряжение как на графике.
Добавим электролитический конденсатор параллельно нагрузке R.
В период действия положительной полуволны переменного напряжения, конденсатор заряжается до амплитудного значения. В период паузы между положительными полуволнами, конденсатор постепенно разряжается до величины , зависящей от сопротивления нагрузки.
Чем больше нагрузка (меньше сопротивление R), тем больше величина пульсаций напряжения. Частота пульсаций выходного постоянного напряжения равна f = 50 герц.
Схема однополупериодного выпрямителя применяется очень редко, только в маломощных выпрямителях, или когда высокой пульсацией выходного напряжения можно пренебречь. Трансформатор работает с большим током подмагничивания. КПД выпрямителя небольшой.
Если к этой схеме однополупериодного выпрямителя добавить еще один диод и конденсатор, можно получить двух полярный однополупериодный выпрямитель с общей точкой.
Схема очень удобна тем, что от одной вторичной обмотки можно получить два разно полярных напряжения относительно общей точки.
Еще один способ применения данной схемы однополупериодного выпрямителя. Это схема — простой удвоитель постоянного напряжения.
Например, если нам необходимо получить постоянное напряжение 12 вольт, а используемый нами трансформатор имеет обмотку только на 6 вольт. Дополнительную обмотку мотать не хочется. В таком случае, применив удвоитель напряжения, получим 12 вольт.
Если применить электролитические конденсаторы на 100 – 500 микрофарад, можно при токах до 100 – 150 миллиампер получить довольно малый коэффициент пульсаций.
Такая схема получения двух полярного напряжения довольно часто применяется.
Трансформаторные или импульсные преобразователи напряжений и токов
Трансформаторные или импульсные преобразователи напряжения и тока. Что лучше?
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4818068385">
Существует много различных схем выпрямителей — преобразователей напряжений и токов. Они предназначены для преобразования переменного напряжения синусоидальной или прямоугольной формы, сначала в пульсирующее напряжение, а затем в постоянное напряжение заданной величины.
В зависимости от назначения выпрямителя, его необходимой мощности, от параметров, предъявляемых к выходному напряжению, выбираются рабочие схемы выпрямителей — приобразователей напряжений.
Они могут быть как очень простыми и содержать минимум деталей, так и довольно сложными и содержать электронные схемы управления процессом выпрямления и стабилизации выпрямленного напряжения.
В быту, при изготовлении домашних самоделок, используются в основном выпрямители, преобразующие переменное напряжение бытовой сети 220 вольт в любое постоянное напряжение.
Раньше, да и сейчас тоже, получение постоянного напряжения любой величины из переменного напряжения бытовой сети 220 вольт, осуществлялось по классической схеме.
Последовательность преобразования:
— бытовая сеть переменного напряжения 220 вольт 50 герц,
– трансформатор, преобразующий его в переменное напряжение другой величины той же частоты,
– выпрямительные диоды, преобразующие переменное напряжение в пульсирующее напряжение той же величины ,
– низкочастотный фильтр, состоящий из емкости и индуктивности, далее, если необходимо,
— стабилизатор напряжения.
На выходе всей этой длинной цепи получается постоянное напряжение заданной величины.
Преимущество схемы:
— простота конструкции,
— используются недорогие детали,
— большой запас надежности при аварийной ситуации.
Недостатки схемы:
— большой вес и габариты трансформатора, дросселя и конденсаторов, а в целом и всего выпрямителя;
— низкий КПД, не превышающий 60%.
На рисунке простейшая схема выпрямителя — преобразователя напряжения с простым стабилизатором напряжения.
Здесь на выходе трансформатора полученное низкое переменное напряжение выпрямляется диодным мостом. Получается пульсирующее напряжение, которое с помощью конденсатора сглаживается. Затем это напряжение стабилизируется транзисторным стабилизатором.
В настоящее время повсеместно внедряется другая схема выпрямителя — преобразователя напряжений — импульсный блок питания ИБП.
Последовательность преобразования:
— бытовая сеть переменного напряжения 220 вольт ,
– выпрямительные диоды и конденсатор. Получается постоянное напряжение, величиной в 310 вольт. Далее, с помощью генератора, работающего на частоте 15 – 150 килогерц, это постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение прямоугольной формы.
С помощью ферритового трансформатора, трансформируется в необходимое переменное напряжение прямоугольной формы.
Это переменное прямоугольное напряжение выпрямляется с помощью диодного мостика, фильтруется конденсатором и индуктивностью.
На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.
Преимущества схемы:
— небольшие габаритные размеры деталей и в целом всего выпрямителя;
— высокий КПД, доходящий до 90%;
Недостатки схемы:
— дорогие комплектующие детали (транзисторы, конденсаторы, феррит);
— из-за низкой надежности при аварии, необходимость применять сложные схемы защиты;
— сильные электромагнитные поля излучения.
На рисунке простая схема выпрямителя — преобразователя напряжения - импульсного блока питания, ИБП, без цепей управления переключением транзисторов.
Такая схема импульсного блока питания, и ей подобные, это уже настоящая реальность...
style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4818068385">
Что такое трансформатор?
Что такое трансформатор?
Трансформатор – это электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте.
Действие трансформатора основано на использовании явления электромагнитной индукции.
Переменный электрический ток (ток, который изменяется по величине и по направлению) наводит в первичной катушке переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле, наводит переменное напряжение во вторичной обмотке. Величина напряжения ЭДС зависит от числа витков в катушке и от скорости изменения магнитного поля.
Отношение числа витков первичной и вторичной обмоток определяет коэффициент трансформации:
k = w1 / w2; где:
w1 — число витков в первичной обмотке;
w2 — число витков во вторичной обмотке.
Если число витков в первичной обмотке больше чем во вторичной — это понижающий трансформатор.
Если число витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной — это повышающий трансформатор.
Один и тот же трансформатор может быть как понижающим, так и повышающим, в зависимости от того на какую обмотку подается переменное напряжение.
Трансформаторы без сердечника или с сердечником из высокочастотного феррита или альсифера — это высокочастотные трансформаторы ( частота выше 100 килогерц).
Трансформаторы с ферромагнитным сердечником (сталь, пермаллой, феррит) – это низкочастотные трансформаторы (частота ниже 100 килогерц).
Высокочастотные трансформаторы используются в устройствах техники электросвязи, радиосвязи и др. Низкочастотные трансформаторы используются в усилительной технике звуковых частот, в телефонной связи.
Особое место трансформаторы со стальным (набор из стальных листов) сердечником занимают в
электротехнике.
Развитие электроэнергетики напрямую зависит от мощных, силовых трансформаторов.
Мощности силовых трансформаторов имеют величины от нескольких ватт до сотен тысяч киловатт и выше.
Силовой трансформатор – что же это?
На замкнутый сердечник (магнитопровод), набранный из стальных листов, надевают две или больше, обмоток, одна из которых соединяется с источником переменного тока. Другая (или другие) обмотка соединяется с потребителем электрического тока – нагрузкой.
Переменный ток, проходящий по первичной обмотке, создает в стальном сердечнике магнитный поток, который наводит в каждом витке обмотки – катушки переменное напряжение. Напряжения всех витков складываются в выходное напряжение трансформатора.
Форма сердечника – магнитопровода, может быть Ш – образной, О – образной и тороидальной, в виде тора. Таким образом в силовом трансформаторе электрическая мощность из первичной обмотки передается во вторичную обмотку через магнитный поток в магнитопроводе.
Потребителей электрической энергии очень много: электрическое освещение, электронагреватели, радио и
теле аппаратура, электродвигатели и многое другое. И все эти приборы требуют различные напряжения (переменные и постоянные) и разные мощности.
Проблема эта легко решается с помощью трансформатора. Из бытовой сети с переменным напряжением 220 вольт можно получить переменное напряжение любой величины и , если необходимо, преобразовать его в постоянное напряжение.
Коэффициент полезного действия трансформатора довольно велик, от 0,9 до 0,98 и зависит от потерь в магнитопроводе и от магнитных полей рассеяния.
От величины электрической мощности Р зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.
По значению площади S определяется, при расчетах трансформатора, количество витков w на 1 вольт:
w = 50 / S.
Мощность трансформатора Рс выбирается из требуемой величины нагрузки Рн плюс величина потерь в сердечнике.
При расчете трансформатора с определенной степенью точности можно считать, что мощность нагрузки во вторичной обмотке Pн = Uн * Iн и мощность потребляемая из сети в первичной обмотке Pc = Uc * Ic приблизительно равны. Если потерями в сердечнике пренебречь, то получается равенство:
k = Uс / Uн = Iн / Iс.
То есть, выводится правило: токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям, а соответственно и числу их витков.
Где применяются катушки индуктивности?
Где применяется катушка с проводом (индуктивность)?
Одним из самых распространенных элементов электрических схем является индуктивность. Это в общем случае катушка с проводом с вставленным в нее ферромагнитным сердечником или без него. Рассмотрим применения свойств катушки индуктивности в различных областях техники.
Индуктивность применяется в различных приборах в радиотехнике, электротехнике, технике связи, электронике, автоматике и многих других областях.
Это трансформаторы, различные электрические фильтры, электромагнитные реле, преобразователи электрической энергии и т.д.
Если конденсатор – это накопитель электрической энергии (заряда), то индуктивность – это накопитель электромагнитной энергии.
Самое простое применение катушки с проводом – это электромагнит.
При прохождении электрического тока по проводу, вокруг него образуется постоянное магнитное поле. Чем больше витков в катушке и чем больше электрический ток, проходящий через нее, тем больше магнитный поток пронизывающий витки катушки.
Для увеличения силы притяжения электромагнита в катушку вводят ферромагнитный (стальной) сердечник.
Свойство катушки с проводом образовывать магнитное поле, используется в мощных электромагнитах, во всевозможных электромеханических реле, электрических двигателях и генераторах и т.д.
Катушка индуктивности — фильтр
Катушка индуктивности имеет минимальное сопротивление для прохождения постоянного электрического тока, но для переменного тока имеет большое сопротивление.
Это свойство индуктивности используется для разделения цепей переменного и постоянного токов.
В технике электросвязи и радиосвязи используется множество различных фильтров
нижних и верхних частот, схем дистанционного питания и т.д.
Катушка с ферромагнитным стальным сердечником используется в фильтрах блоков питания сетевых выпрямителей для сглаживания пульсаций переменного тока.
Катушка с проводом источник Э.Д.С.
При воздействии на катушку переменного магнитного поля в ней образуется переменный электрический ток.
Это свойство катушки индуктивности используется в электрических генераторах постоянного и переменного тока.
В них идет преобразование механической энергии в электрическую энергию.
Дизель-генераторные электростанции используют энергию сгорания дизельного топлива;
Тепловые электростанции – ТЭЦ используют энергию газа, угля, и др.;
Гидроэлектростанции – ГЭС используют энергию падающей воды;
Атомные электростанции — АЭС используют энергию деления атомного ядра.
Во всех циклах преобразования энергии конечным элементом является электрический генератор одно или трех — фазного переменного тока.
Катушка индуктивности — трансформатор.
При протекании переменного тока через катушку вокруг нее образуется переменное магнитное поле, которое в свою очередь воздействует на соседнюю катушку (обмотку) и создает в ней переменный электрический ток.
Трансформаторы тока – напряжения используются для преобразования переменного электрического напряжения и тока одной величины в напряжение и ток другой
величины.
Трансформаторы служат также для согласования сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением источника (генератора) электрической энергии.
Трансформаторы используются во всех областях электротехники, радиотехники, электросвязи, автоматики и т.д.
Катушка индуктивности — элемент колебательного контура.
Если объединить свойства конденсатора и индуктивности, то можно создать электромагнитный контур для получения синусоидальных колебаний переменного тока. В этом контуре заряд, накопленный в конденсаторе, передается в катушку и преобразуется в магнитное поле. Магнитное поле в свою очередь, наводит ЭДС самоиндукции в катушке, которая и
заряжает конденсатор. Процесс этот повторяется многократно, постепенно затухая из-за потерь в контуре.
Колебательные контуры бывают двух видов — параллельный и последовательный.
Колебательные контуры используются для получения незатухающих колебаний синусоидальной формы низкой – НЧ, высокой ВЧ и сверхвысокой СВЧ частот.
Электросвязь, радиотехника, автоматика, космическая связь – перечень применения колебательного контура в технике безграничен.
Катушка индуктивности (дроссель)
Катушка индуктивности (дроссель).
При прохождении тока по проводнику, вокруг него образуется магнитное поле. В свою очередь, образовавшееся вокруг проводника, магнитное поле начинает взаимодействовать с током протекающим по проводнику. Эти взаимодействия выражаются в законах о самоиндукции, взаимоиндукции и индуктивности.
Чем длиннее провод, тем больше его индуктивность. Если свернуть этот провод в катушку, то магнитное поле каждого витка складывается в общее магнитное поле катушки.
Чем больше витков в катушке, тем больше магнитный поток Ф проходящий через нее, тем больше ее индуктивность.
Индуктивность (коэффициент самоиндукции) – физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи ( проводящего контура).
Коэффициент пропорциональности между силой электрического тока I в контуре и создаваемым им магнитным потоком Ф через контур.
L = Ф / I. где: L — индуктивность в генри, Гн.
Ф — магнитный поток проходящий через катушку.
I — ток в витках катушки, в амперах.
Индуктивность катушки зависит от количества витков, формы каркаса, магнитной проницаемости среды, где установлена катушка. Для увеличения индуктивности катушки в нее вставляют сердечник из ферромагнитного материала (сталь, феррит, альсифер и др.).
Изменять индуктивность катушки можно разными способами:
- изменяя количество витков;
- раздвигая или сжимая витки;
- вводя в катушку ферромагнитный или диамагнитный сердечник;
- разбивая катушку на секции а затем включая их встречно, параллельно или последовательно;
- вводя подмагничивание постоянным током;
- подводя или отводя короткозамкнутый выток к торцу катушки.
Катушка индуктивности, при прохождении через нее переменного тока, оказывает ему индуктивное сопротивление. Объясняется это тем, что проходящий по ней переменный ток создает ток самоиндукции, который направлен навстречу основному току.
Величина индуктивного (реактивного) сопротивления зависит от частоты переменного тока и от индуктивности катушки (дросселя).
X = 2 · π · f · L.
где: Х – индуктивное сопротивление Ом;
f — частота переменного тока Гц;
π — 3,14
L — индуктивность Гн.
Индуктивное сопротивление катушки во много раз больше ее активного сопротивления.
Активное сопротивление R катушки равно ее омическому сопротивлению при постоянном токе и составляет от долей Ома до единиц Ом (зависит от диаметра провода).
Индуктивное (реактивное) сопротивление катушки велико и составляет от 100 до 10000 Ом и более и не зависит от диаметра провода.
Если включить индуктивность к источнику напряжения, то ток в цепи вследствие возникновения ЭДС самоиндукции будет медленно возрастать от нуля до максимума.
Ток в цепи индуктивности отстает от напряжения на 90 градусов.
Рубрика: Немного теории | "катушка индуктивности" индуктивность "сопротивление индуктивности" "то = в катушке индуктивности" "переменная индуктивность" "индуктивность+и частота" "электрическая индуктивность" "ток через индукти, вариометр, дроссель, индуктивное сопротивление, индуктивность, ток в индуктивности | Комментариев нетЧто такое конденсаторы?
Что такое конденсаторы?
Одним из самых распространенных элементов в электрических цепях является конденсатор.
Конденсатор – это накопитель электрической энергии.
Его назначение:
- - запасать (заряжаться) электрический заряд в момент подключения к электрическому источнику;
- - отдавать (разряжаться) электрический разряд в нагрузку в момент пропадания напряжения от электрического источника (батареи).
Способность тела накапливать определенное количество электричества с одновременным ростом потенциала называется ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТЬЮ.
В формуле C = Q/U выражена зависимость емкости конденсатора С от количества запасенной энергии Q в конденсаторе и величины напряжения U на его обкладках.
Где:
- С – емкость конденсатора в фарадах( Ф)
- Q – количество электрического заряда в кулонах (К
- U – напряжение в вольтах (В)
Емкость в 1 Фарад очень большая величина. Обычно пользуются мелкими ее единицами.
Где:
- Ф – Фарад,
- мкФ – микроФарад — тысячная доля Фарада,
- нФ – наноФарад — миллионная доля Фарада,
- пФ – пикоФарад — миллиардная доля Фарада.
Простейший, т.н. плоский конденсатор, состоит из 2-х близко расположенных металлических пластин (обкладок), между которыми помещен какой либо диэлектрик (воздух, бумага, слюда, керамика и т.д.). Емкость конденсатора зависит от площади поверхности пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости диэлектрика. C = µ • S/d
где:
- С – емкость в пф
- S – площадь поверхности пластин (обкладок) в см.кв.
- d – расстояние между пластинами в мм.
Емкость конденсатора сильно зависит от вещества диэлектрика,находящегося между пластинами, его электрической проницаемости µ.
Значение рабочего напряжения конденсатора (напряжение, при котором он долгое время сохраняет свои электрические свойства), зависит от электрической прочности диэлектрика. Воздух обладает малой электрической прочностью, твердые диэлектрики имеют высокую электрическую прочность на пробой. На корпусе конденсатора обычно указывается его тип, рабоче напряжение, величина емкости.
В электрических цепях и цепях управления электрическими сигналами используют нерегулируемые (постоянные) и регулируемые (переменные) конденсаторы.
Конденсаторы переменной емкости состоят из блока неподвижных (статор) и блока подвижных (ротор) пластин, разделенных диэлектриком (обычно воздух). При вращении ротора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин и соответственно изменяется величина емкости конденсатора. Емкость конденсатора также может изменяться и от изменения расстояния между пластинами.
По типу диэлектрика, конденсаторы делятся на группы:
1. Конденсаторы с воздушным диэлектриком.
Это конденсаторы переменной и постоянной емкост
Применяются в основном в схемах радиотехники и автоматики. Емкость у них в пределах 1 – 1000 пФ. Рабочее напряжение от десятков до сотен вольт.
2. Конденсаторы с твердым диэлектриком.
В качестве диэлектрика используется бумага, слюда, керамика и др. емкость этих конденсаторов в пределах 1 пФ – 100 мкФ, рабочее напряжение до тысяч вольт.
3. Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Это электролитические или оксидные конденсаторы.В качестве диэлектрика в них используется тончайшая пленка оксида алюминия, полученная в результате электрохимической реакции.
Благодаря ничтожно малой толщине этого слоя, удается получить очень большие величины емкостей.Электролитический конденсатор состоит из 2-х алюминиевых пластин, помещенных в электролит или специальную пасту. Пластина с оксидной пленкой – одна из обкладок конденсатора. Второй обкладкой служит электролит или паста. Алюминиевая пластина без пленки обеспечивает контакт с электролитом.
Электролитические конденсаторы применяются в цепях постоянного и пульсирующего напряжения, его нельзя включать в цепи переменного тока. На корпусе указывается полярность подключения: плюс (+), минус (-). Корпус электролитического конденсатора обычно есть минус.
Если соединить последовательно два конденсатора одинаковой емкости навстречу друг другу (плюс с плюсом или минус с минусом) то получится неполярный конденсатор. Его можно включать в цепь переменного тока. Общая емкость и рабочее напряжение будут равны емкости и напряжению одного конденсатора.
К достоинствам электролитических конденсаторов относятся:
- — относительно малые размеры и масса,
- — большая емкость (до десятков тысяч микрофарад).
К недостаткам электролитических конденсаторов относятся:
- — сравнительно малое рабочее напряжение (до 500 В)
- — значительный ток утечки, значительные потери энергии
- — конденсатор имеет полярность, (нельзя включать в цепь переменного тока)
- — снижение емкости при длительном использовании (высыхает электролит).
Так же к недостаткам можно отнести частичное разрушение оксидной пленки после длительного хранения, ток утечки конденсатора при этом возрастает в десятки раз.
Этот недостаток можно исправить. Конденсатор можно отформовать, т.е. поставить его на некоторое время (достаточно одного часа) под напряжение ниже рабочего, указанного на корпусе. Напряжение следует подавать через гасящий резистор 1 — 5 КОм с соблюдением полярности подключения. Оксидная пленка восстанавливается.
4. Конденсатор, где ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕХОД диода выступает в РОЛИ ДИЭЛЕКТРИКА.
Любой полупроводниковый диод, если подать на него обратное напряжение, образует запирающий слой, не пропускающий обратный ток. Ширина этого слоя зависит от запирающего напряжения.
Образуется конденсатор с диэлектриком в виде запирающего слоя и обкладками. Если напряжение, смещающее диод в обратном направлении возрастает, емкость диода уменьшается и наоборот, при уменьшении напряжения обратного смещения до нуля, емкость увеличивается до максимума.
В зависимости от типа конденсатора и приложенного напряжения смещения , емкость его может меняться от 1 пФ до 500 пФ.
Полупроводниковый конденсатор – это варакторный диод – варикап. Находит применение в резонансных цепях в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре перестраиваемой с помощью управляющего напряжения. Варикап применяется вместо переменного конденсатора.
Электрический ток в проводниках второго рода (электролитах)
Электролиты: - это жидкости или растворы солей, кислот, щелочей в воде; — расплавы солей и других веществ. Представим электрическую батарею как источник тока. На одном конце электрической батареи, в результате внутренней химической реакции, будет скапливаться избыток электронов (это будет минусовой полюс), а на другом конце батареи будет недостаток электронов (это будет плюсовой полюс).
Растворы всех электролитов всегда имеют в избытке ионы растворенных в нем веществ. Они будут разлагаться на анионы( — ) и катионы(+).
Например: щелочь NaOH — разлагается на анионы (ОН -) и катионы (Na +), серная кислота Н2 SO4 – разлагается на анионы (SO — -) и катионы (Н +), вода (Н2О) — разлагается на анионы (ОН -) и катионы (Н +).
Если в ванну с раствором, например щелочи NaOH, опустим два электрода и подключим к ним электрическую батарею, то в цепи пойдет электрический ток. Под действием электрического поля от батареи, положительно заряженные ионы ( Na+) будут притягиваться к отрицательному электроду (катоду), а отрицательно заряженные ионы (НО -) будут притягиваться к положительному электроду ( аноду). Отрицательный ион (ОН -) отдаст свой заряд (-1) аноду, а положительный ион (Na+) примет электрон (заряд -1) от катода.
Таким образом электрический ток в цепи состоит из двух составляющих: - ток в проводнике (электронный ток), — ток в электролите (ионный ток).
Чистая дистиллированная вода, при комнатной температуре, очень плохо проводит электрический ток. Ее заливают в аккумуляторы, она служит для разбавления электролита до нужной плотности.
Электрический ток в проводниках первого рода (металлах)
Из школьного курса по физике электрический ток это: направленное движение электронов в проводнике или направленное движение ионов в электролите.
В школьном курсе химии мы изучали строение вещества. Атом любого вещества состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов.
Каждый электрон имеет заряд. Количество электронов движущихся вокруг ядра у каждого вещества разное. Ядро имеет в своем составе нейтроны (заряд= 0) и протоны (заряд = +1). Количество протонов в каждом атоме равно количеству электронов движущихся вокруг ядра.
Таким образом сумма положительных зарядов протонов ядра равна сумме отрицательных зарядов электронов и суммарный заряд атома равен нулю. Это состояние атома сохранится до тех пор, пока на него не подействуют посторонние силы.
Силы эти: электрические и магнитные поля, свет, температура, радиация и др.
Рассмотрим пример возникновения электрического тока в проводнике (в металле).
Представим длинный проводник наполненный атомами по всей длине.
Приложим к проводнику электрический заряд — разность потенциалов батареи
гальванических элементов. Один конец металлического проводника подключен к плюсу (+) батареи, другой к минусу (-). Электрон (атома-1), имеющий отрицательный заряд, под действием разности потенциалов, соскочит с орбиты (атома-1) к положительному полюсу (+) батареи. Сам же атом-1, отдав электрон, в свою очередь, окажется положительно заряженным. Он притянет электрон соседнего атома-2 и зарядит его положительно.
Произойдет цепочка передачи электрона до отрицательного полюса батареи. Недостающий электрон последний атом получит от батареи.
Количество передаваемых электронов в цепи (электрический ток) зависит от напряжения электрической батареи и от физических свойств вещества проводника. Заметим, что прохождение электрического тока по проводнику первого рода (металлам), не связано с химическими изменениями этого вещества.
Если за время в 1 секунду по проводнику пройдет количество электронов равное 
(это заряд в 1 кулон) то это значит, что в цепи протекает ток в 1 ампер. В данном случае электрическая батарея является источником электронов на отрицательном полюсе и потребителем электронов на положительном полюсе. Обеспечивается это за счет химической реакции проходящей в самой батарее.
Однако направление движения электрического тока в проводнике принято считать от положительного полюса к отрицательному полюсу.
И еще! Если ток проходит путь от одного конца проводника до другого (это может быть миллиметры, метры, километры), то сам электрон проходит путь всего — лишь с орбиты своего атома на орбиту соседнего атома за очень короткое время. Оттого и скорость прохождения электрическаго тока в металлах очень высокая и равна 300000 км/с.
Электрическое сопротивление
Вещество (металл) из которого сделан проводник влияет на прохождение через него электрического тока и характеризуется с помощью такого понятия, как электрическое сопротивление.Электрическое сопротивление зависит от размеров проводника, его материала, температуры:
- -чем длиннее провод, тем чаще движущиеся свободные электроны (носители тока) будут сталкиваться на своем пути с атомами и молекулами вещества — сопротивление проводника возрастaет;
- — чем больше поперечное сечение проводника, тем свободным электронам становится просторнее, число столкновений уменьшается — электрическое сопротивление проводника уменьшается.
Вывод: чем длиннее проводник и меньше его сечение, тем больше его сопротивление и наоборот - чем провод короче и толще, тем сопротивление его меньше, а проводимость (способность пропускать эл. ток) его лучше.
Упрощенно, зависимость сопротивления проводника от температуры можно представить так: электроны, движущиеся вдоль проводника, сталкиваются с атомами и молекулами самого проводника и передают им свою энергию. В результате проводник нагревается, тепловое, беспорядочное движение атомов и молекул увеличивается. Это еще больше тормозит основной поток электронов вдоль проводника. Этим объясняется увеличение сопротивления проводника прохождению электрического тока при нагреве.
При нагреве или охлаждении проводников — металлов, сопротивление их соответственно увеличивается или уменьшается, из расчета 0,4 % на каждый 1 градус. Это свойство металлов используется при изготовлении датчиков температуры.
Полупроводники и электролиты имеют противоположное свойство, чем проводники — с увеличением температуры нагрева их сопротивление уменьшается.
За единицу измерения электрического сопротивления принят 1 Ом (в честь ученого Г.Ома). Сопротивлению в 1 Ом равен участок электрической цепи, по которому проходит ток в 1 Ампер при падении на нем напряжения в 1 Вольт,
Иногда пользуются величиной обратной электрическому сопротивлению. Это электрическая проводимость, обозначается буквой g или G – Сименс (в честь ученого Э.Сименса).
Электрической проводимостью называется способность вещества пропускать через себя электрический ток. Чем больше сопротивление R проводника, тем меньше его проводимость G и наоборот. 1 Ом = 1 Сим
Производные единицы:
1Сим = 1000мСим,
1Сим = 1000000мкСим.
Когда необходимо посчитать общее сопротивление последовательно соединенных проводников, то удобнее оперировать с Омами. если вычисляется общее сопротивление параллельно соединенных проводников, удобней считать в Симах, а потом преобразовать в Омы.
Наибольшей проводимостью обладают металлы: серебро, медь, алюминий и др., а также растворы солей, кислот и др.
Наименьшая проводимость (наибольшее сопротивление) у изоляторов: слюда, стекло, асбест, керамика и т.д...
Чтобы удобнее проводить расчеты электрического сопротивления проводников, изготовленных из различных металлов, ввели понятие удельного сопротивления проводника.
Сопротивление проводника длиной 1 метр, сечением 1 мм. кв. при температуре + 20 градусов, это будет удельное сопротивление проводника «p».
Удельные сопротивления проводников некоторых металлов приведены в таблице.
Из таблицы видно: из металлов, наилучшей проводимостью обладает серебро. Но оно очень дорого и в качестве проводников используется в исключительных случаях.
Медь и алюминий — наиболее распространенные материалы в электротехнике. Из них изготавливаются провода и кабели, электрические шины и пр. Вольфрам, константан, манганин используются в различных нагревательных приборах, при изготовлении проволочных резисторов.
Используя провода и кабели в электроустановках, необходимо учитывать их сечение, чтобы предотвратить их нагрев и, как правило, порчу изоляции, а также уменьшить падение напряжения и потерю мощности при передаче электрической энергии от источника до потребителя.
Ниже приведена таблица допустимых величин тока в проводнике в зависимости от его диаметра (сечения в мм.кв.), а так же сопротивление 1 метра провода, изготовленного из разных материалов.
Примеры расчето внекоторых электрических цепей можно посмотреть здесь.
Подписка
