Постоянный электрический ток

 на главную   

 

Официальный сайт АНО ДО Центра «Логос», г.Глазов

http://logos-glz.ucoz.net/

 

ГОТОВИМСЯ К УРОКУ

Кинематика

Динамика

МКТ

Термодинамика 

Электростатика

Электрический ток

Электрический ток в средах

Магнитное поле Электромагнитная индукция

Оптика

Методы познания

постоянный электрический ток                                                      немного о физике:   

 

Что называют электрическим током?

 

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.

За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

 

Условия существования постоянного электрического тока.

 

Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока — устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают  при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах — при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.

 

Основные понятия.

 

Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.

где I — сила тока, q — величина заряда (количество электричества), t — время прохождения заряда.

Плотность тока — векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

где j —плотность тока,  S — площадь сечения проводника.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Напряжение — скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда.

где A — полная работа сторонних и кулоновских сил,  q — электрический заряд.

Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая  электрические свойства участка цепи.

где ρ — удельное сопротивление проводника, l — длина участка проводника,  S — площадь поперечного сечения проводника.

 

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где  G — проводимость.

 

 

Законы Ома.

 

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка  и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U — напряжение на участке,  R — сопротивление участка.

 

 

Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока.

где   φ_{1— φ2 + ε = U}

напряжение на заданном участке цепи, R — электрическое сопротивление  заданного участка цепи.

 

 

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

где R — электрическое сопротивление внешнего участка цепи,

 r — электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

 

Короткое замыкание.

Из закона Ома для полной цепи следует, что сила тока в цепи  с заданным источником тока зависит только от сопротивления внешней цепи R.

Если к полюсам источника тока подсоединить проводник с сопротивлением  R<< r, то тогда только  ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять  значение силы тока в цепи.

Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания. 

 

Последовательное и параллельное

соединение проводников.

 

Электрическая цепь включает в себя источника тока и проводники (потребители, резисторы и др), которые могут соединятся  последовательно или параллельно.

 

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего.     Во всех  последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова: I1= I2=I   Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников: R = R1+ R2       Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках: U= U1 +U2   Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике: I = I1+ I2   Величина, обратная сопротивлению разветвленного участка,  равна сумме обратных величин обратных сопротивлениям каждого отдельно взятого проводника:        Падение напряжения во всех проводниках одинаково: U= U1 = U2     Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

 

Смешанное соединение — комбинация  параллельного и последовательного  соединений.

 

 

Правила Кирхгофа.

Для расчета разветвленных цепей, содержащих неоднородные участки, используют правила Кирхгофа. Расчет сложных цепей состоит в отыскании токов в различных участках цепей.

Узел — точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников.

1 правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю;

где n — число проводников, сходящихся в узле, I_{i— сила тока в проводнике.}

токи, входящие в узел считают положительными, токи, отходящие из узла — отрицательными.

2 правило Кирхгофа: в любом произвольно выбранном замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма произведений сил токов и сопротивлений каждого из участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре.

 

Чтобы учесть знаки сил токов и ЭДС выбирается определенное направление обхода контура(по часовой стрелке или против нее). Положительными считают токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура, отрицательными считают  токи противоположного направления. ЭДС источников  электрической энергии считают положительными если они создают токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура, в противном случае — отрицательными.

 

Порядок расчета сложной цепи постоянного тока.

1. Произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи.

2. Первое правило Кирхгофа  записывают  для  (m-1)  узла, где m — число узлов в цепи.

3. Выбирают произвольные замкнутые контуры, и после выбора направления обхода записывают второе правило Кирхгофа.

4. Система из составленных уравнений должна быть разрешимой: число уравнений должно соответствовать количеству неизвестных.

Шунты и добавочные сопротивления.

Шунт — сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока.

Если  амперметр рассчитан на силу тока I_{0, а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию:}

 

 

Добавочное сопротивление — сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром),  для расширения его шкалы при измерении напряжения.

Если  вольтметр рассчитан на напряжение U_{0, а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию:}

 

 

ПОНЯТИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, РАБОТА, МОЩНОСТЬ.

— Студопедия

Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока.

Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, направление тока считают противоположным направлению движения этих частиц.

Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока. Сила тока — это количество электрического тока q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если за время через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества q, то сила тока

Единица измерения силы тока — ампер (А).

Плотностью тока (А/мм²) называют отношение силы тока I к площади поперечного сечения F проводника:

В замкнутой электрической цепи ток возникает под действием источника электрической энергии, создающего и поддерживающего на своих зажимах разность потенциалов, которая измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для участка цепи

Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением.

Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится.

Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.

Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой: I = U/R

Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы.

Закон Ома справедлив для любого участка цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то необходимо напряжение, действующее на этом участке (рис. 1), разделить на сопротивление именно этого участка.

Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи

 

Как легко определить переменный и постоянный ток и найти (+) и (-)… | Домашний мастер

Здравствуйте уважаемые читатели!

Бывают такие случаи, когда нам нужно узнать какой ток протекает по проводам постоянный или переменный, например для подключения какого либо оборудования или приборов и т.д.

Наверно все помнят еще со школьных уроков физики, что переменный ток, это ток, который всегда протекает в одном и том же направлении от плюса(+) к минусу(-) и никак не обратно, его можно накапливать (аккумулировать) в результате химических реакций в аккумуляторных батареях. Переменный же ток (~) может протекать как вперед, так и назад, он не имеет постоянного плюса и минуса, так как они меняются на выходе с постоянной частотой.

Сегодня я расскажу как можно легко выяснить, какой же ток протекает по нашим проводам. Самыми простыми и доступными инструментами являются мультиметр и индикаторная отвертка. Сейчас рассмотрим подробно как определить переменный и постоянный ток, а так же найти плюс(+) и минус(-).

Переменный ток мы можем определить индикаторной отверткой, она нам покажет ноль и фазу, соответственно при ноле она светиться не будет, а на фазе загорится.

Чтобы замерить переменный ток мультиметром, мы выставляем его в положение АС (обозначение в виде синусоиды) на максимально высокое напряжение (значение которого мы пока не знаем) и касаемся щупами выводов, в дальнейшем можно убавить положение переключателя для более точных показаний.

Смена щупов на показания не влияет:

Смена щупов на показания не влияет

Смена щупов на показания не влияет

Смена щупов на показания не влияет

Смена щупов на показания не влияет

Постоянный ток, отвертка конечно же не определит потому, что тело человека используется как заземление, а у постоянного тока есть свой конкретный плюс и свой минус, лампочка загорится только между ними.

Если отвертка не реагирует, тогда берем наш мультиметр, как и в случае с переменным напряжением, выставляем максимально доступное значение DC на мультиметре и замеряем наше постоянное напряжение.

Определение плюса и минуса:

Смотрим на экран мультиметра, если значение написано с минусом спереди, то меняем щупы местами:

Когда минус пропал с экрана, черный щуп с надписью СОМ будет минус, а красный плюс.

Вот так просто мы можем различить переменное и постоянное напряжение и найти плюс и минус (фазу и ноль на переменном напряжении).

Вам также могут быть интересны следующие публикации:

Постоянный ток — общие понятия, определение, единица измерения, обозначение, параметры. Параметры постоянного электрического тока

Что такое dc ток

Специфическое название создано из английского словосочетания «Direct Current» (dc – аббревиатура). Это обозначение в буквальном переводе подтверждает главную особенность такого тока – постоянное направление.

Для практического применения подходит постоянное питание либо синусоидальный сигнал. В этих ситуациях несложно стабилизировать параметры источника и рассчитать корректно электрическую схему, силовой агрегат или другое подключаемое оборудование. Периодически повторяющиеся помехи (пульсации) устраняют фильтрацией. Гораздо сложнее обеспечить длительный рабочий процесс, когда ток и напряжение изменяются произвольным образом.

Определение постоянного тока

Созданием разницы потенциалов на концах металлического проводника обеспечивают перемещение свободных электронов. Аналогичные процессы с иными носителями зарядов (ионами, дырками) происходят в газах, электролитах и полупроводниках. Необходимая для процесса энергия вырабатывается химическим способом в аккумуляторах и гальванических элементах. Ее создают преобразованием механической силы в электромагнитное поле с применением генератора. Вне зависимости от природы источника, ток в цепи будет стабильным, если поддерживать определенное dc напряжение.

Причины непостоянства

Экономичный переносной аппарат для измерения артериального давления выполняет свои функции на протяжении нескольких лет без установки новых батареек. Мощность потребления светодиодного освещения зала значительно больше. Такие устройства подключают к стандартной сети 220V через адаптер, который выравнивает напряжение и уменьшает амплитуду до необходимого уровня. Однако даже качественные преобразователи выполняют свои функции с допустимыми погрешностями. Постепенно уменьшается энергетический потенциал электрохимического источника. Отмеченные факторы объясняют действительное непостоянство измеряемых параметров в контрольной цепи.

По классическому определению, DC подразумевает неизменное направление движения заряженных частиц. Это значит, что показанный результат трансформации (б) с полуволнами одной полярности также соответствует заданному условию.

Важно! Постоянный ток – это частный случай однонаправленного тока, когда дополнительно обеспечивается стабилизация параметра с определенной точностью.

Основные характеристики тока

Принято обозначать рассматриваемый параметр через силу. Однако следует понимать, что в действительности речь идет об интенсивности перемещения заряженных частиц в определенном проводящем материале. Величина тока выражается в амперах. Для расчетов применяют формулы, которые могут означать взаимные связи основных электрических параметров и сопротивления цепи.

Направление постоянного тока и обозначения на электроприборах и схемах

Чтобы упростить расчеты и создание электрических схем, принимают направленность этого параметра по направлению к точке с меньшим потенциалом (от плюса к минусу). В действительности частицы перемещаются именно таким образом только при положительном заряде. В металле направление потока электронов обратное, однако для исключения путаницы применяют обозначенный базовый принцип.

Изоляция положительных выводов (щупов, кабелей) обозначается красным цветом, отрицательных – черным или синим. Если в сопроводительном тексте указано dc напряжение, это значит, что и ток в соответствующей цепи будет постоянный. На чертежах и корпусах изделий применяют условные обозначения в виде параллельных линий (сплошной и прерывистой).

Для измерения постоянного тока переключатель мультиметра нужно перевести в соответствующее положение

К сведению. Анод (катод) – это выводы электронной лампы или другой детали, которые подключают к положительному (отрицательному) электроду аккумуляторной батареи.

Также можно встретить обозначение a c что это такое, подробно описано в заключительном разделе статьи. Прямая расшифровка сокращения от «alternating current» не всегда корректна. Однако в узком смысле подразумевают синусоиду с переменной полярностью, которая обозначается латинскими буквами «AC», характерным одиночным волнистым символом либо стандартным математическим знаком примерного равенства «≈».

Величина постоянного тока

Определение «сила» не является корректным. Тем не менее, его применяют с учетом общепринятых норм. Вернувшись к сути явления, можно определить силу тока (I) по количеству перемещенных за определенный временной интервал (t) зарядов:

I = Q/t.

По международным стандартам СИ подразумеваются единичные величины: ампер, кулон и секунда. Для работы с большими токами удобнее пользоваться производной (ампер-часом) с повышающим множителем 3 600.

К сведению. Измерения выполняются с помощью универсального мультиметра или специализированного амперметра. Прибор включают непосредственно в цепь либо используют вспомогательный шунт.

Взаимосвязь параметров электрического тока

Элементарная электроцепь постоянного тока включает в себя источник электроэнергии, отрицательный и положительный контакты которого связаны шунтом или проводником. Движение заряда по проводнику осуществляется под воздействием электрического поля. Однако, этот перенос электронов не приводит к уравниванию потенциалов, т.к. в любой отрезок времени, к первому концу цепи поступает абсолютно такое же количество заряженных частиц какое из него переместилось к противоположному контакту. Таким образом разность потенциалов, которую принято называть напряжением, остается неизменяемой величиной.

Перемещению электрических зарядов в цепи, препятствует внутреннее сопротивление материала проводника. Взаимосвязь параметров электротока была выведена опытным путем Г. Омом. В математическом виде закон Ома можно представить так: I=U/R, где собственно I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов) и R – сопротивление на соответствующем участке цепи.

Собственно, из уравнения видно, что напряжение имеет прямую зависимость от силы тока и сопротивления (U=I х R), а величина силы тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Последовательное соединение элементов электрической сети постоянного тока

Параметры электроцепи постоянного тока, в случае последовательного соединения устройств, имеют некоторые особенности. Так, например, сила тока (I) остается постоянной на всех элементах электрической схемы, а вот напряжение (U) является суммой напряжений на каждом участке схемы. Рассмотрим пример электрической цепи с последовательно включенными тремя проводниками с сопротивлением R1, R2 и R3. Согласно закону Ома, напряжение U1 = IxR1, U2 = IxR2, U3 = IxR3. Следовательно, U общ = U1+U2+U3= IxR1+ IxR2= IxR3 = I (R1+R2+R3).

Из уравнения видно, что такой параметр электрической цепи как общее сопротивление (R общ), при последовательном соединении, будет равен сопротивлению каждого отдельно взятого проводника. Последовательное подключение электрических устройств позволяет снизить нагрузку на отдельный элемент, что продлевает срок службы, но при этом теряется мощность.

Параметры электрической цепи. Параллельное соединение элементов

Параллельная цепь характеризуются общими контактами в местах ввода и вывода основного провода. В данной ситуации напряжение на всех элементах цепи остается одинаковым, т. е. U1=U2=U3. А вот для силы тока, будет характерна обратная зависимость от сопротивления каждого участка, т.е. I х=U/Rx. Параллельное соединение электроприборов является наиболее распространенным способом в бытовых условиях.

Параметры цепи при смешанном соединении в электрической цепи

Смешанное подключение проводников представляет собой электрическую цепь, в которой элементы включены комбинировано, т.е. как последовательно, так и параллельно друг другу. Для определения конкретных параметров, в этом случае, вся схема разбивается на самостоятельные участки в соответствии со способом подключения. Индивидуальные параметры рассчитываются для каждого участка отдельно. Необходимо отметить, что параллельно включенные участки, могут состоять из ряда последовательно соединенных элементов.

Понятие мощности электрического тока и ее параметры

Прохождение электротока по цепи, по своей сути, представляет собой работу (А) по перемещению свободного заряда от одного потенциала к другому. Чем больше электронов пересекает плоскость сечения электропроводящего элемента за единицу времени, тем выше мощность электрического тока. Общее количество работы можно определить по формуле – А=U∆q=IU∆t=I2R∆t.

Мощность электротока имеет обратно пропорциональную зависимость от отрезка времени за который была осуществлена работа – Р=A/∆t и прямо зависит от разности потенциалов и силы тока – Р=UxI. В том случае, если на участке цепи не осуществляется механическая работа под воздействием электрического тока, энергия тратится только на нагрев токопроводящего элемента. Общее количество выделяемого тепла, в этом варианте, будет равно работе, которую совершает электрической ток. Определить количество теплоты можно применив формулу Q=I2R∆t. Это соответствие было получено опытным путем Джоулем и Ленцем, а закон назван их именем.

Что такое электричество

Появление электричества – это определенная совокупность явлений, которые обусловлены существованием электрических зарядов со знаком «+» и «-», их взаимодействием между собой и возможностью движения. За счет того, что совокупность зарядов может перемещаться по проводнику, обладать притягивающими и отталкивающими свойствами, было открыто явление магнетизма и электричества. Одним из первых это описал Фалес, а позже в 1600 году английский физик Уильям Гилберт. С течением времени знания об этом явлении только увеличивались и прогрессировали.

Виды тока и их графики относительно времени

С точки зрения физики, электричество – это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц по материалу проводникового типа под действием электрического поля. В качестве частиц выступают ионы, протоны, нейтроны и электроны.

Направленное движение частиц

Какое отличие между переменным и постоянным током

Ток – это движение заряженных электронов в определенном направлении. Это перемещение необходимо для того, чтобы бытовые и профессиональные электроприборы могли работать с установленной номинальной мощностью. В домашней розетке ток появляется из электростанции, где кинетическая энергия электронов преобразуется в электрическую.

Электроток постоянного характера – электричество, получаемое из аккумулятора телефона или батарейки. Он называется так, потому что направление движения электронов в нем не меняется. На таком принципе основана работа зарядных устройств: они конвертируют переменное электричество сети в постоянное и в таком виде оно накапливается в аккумуляторных батареях.

Переменный ток – электричество в любой домашней электросети. Он называется так из-за того, что направление движения электронов постоянно меняется. Количество изменений направления задается частотой, которая для домашних сетей в СНГ равно 50 Гц. Это значит, что за одну секунду электроток меняет направление движения целых 50 раз. Напряжение же в сети – это максимальный «напор», который заставляет двигаться электроны.

Как обозначается постоянное и переменное напряжение

Постоянное напряжение или ток обозначаются аббревиатурой DC, что означает Direct current. На схемах и электроприборах принято также указывать постоянное напряжение простой ровной линией (—).

Значок переменного напряжения записывается в виде несколько иной аббревиатуры ( – AC. Если расшифровать, то получится «Alternating current». На клеммах электроприборов и распределительных щитков, а также на схемах она может изображаться как волнистая линия (~).

Важно! Если в сеть рассчитана для пропуска и того, и другого видов электроэнергии, она маркируется как «AC/DC» и обозначается на схеме двойной линией (верхняя линия прямая и сплошная, а нижняя прямая и пунктирная).

Альтернативное обозначение видов тока и напряжения на схемах

Какой значок напряжения

Напряжение означает поток электрических заряженных частиц по проводнику определенного сечения и  обычно обозначается как «U». Если напряжение в сети постоянное, то около латинской буквы ставится символ прямой линии или двух линий (верхняя сплошная прямая, а нижняя пунктирная). Для мультиметров и прочих приборов, связанных с измерением напряжения, используют латинскую букву «V», которая обозначает единицу измерения напряжения – Вольт (Volt). Значение линий при этом сохраняется.

Вам это будет интересно  Переход с 380 на 220 вольт

Важно! Многие обыватели полагают, что напряжение обозначается как «E», но это не так. «Е» — это электродинамическая сила (ЭДС) источника питания проводника.

Обозначение вида тока на мультиметре

Таким образом, маркировка проводов, клемм электроприборов и схем имеет совершенно четкий и понятный характер. Она указывает на силу тока и напряжение, с которыми работает та или иная сеть или прибор. Каждый взрослый человек может научиться читать электротехнические схемы буквально за несколько дней, так как для этого достаточно лишь изучить основные маркировки, а также обозначения постоянного и переменного напряжения.

Как обозначаются различные токи

По своим специфическим качествам электрический ток разделяется на два основных типа:

• Постоянный ток. Обозначается прямой линией (—). Кроме того, используются символы DC – Direct Current, которые переводятся как постоянный ток.
• Переменный ток. Известен под собственным обозначением в виде змейки (~) и символов АС, означающих Alternating Current.

Отличительной особенностью постоянного тока является его направленность. Он протекает лишь в одном определенном направлении, условно принимаемое от положительного контакта «+» к отрицательному контакту «-». От этого свойства и происходит наименование этого тока DC, который присутствует в солнечных панелях, всех типах сухих батареек и аккумуляторах, предназначенных для питания маломощных потребителей.

В некоторых технологических процессах, таких как дуговая электросварка, электролиз алюминия или электрифицированный железнодорожный транспорт, необходим постоянный ток DC с высоким значением силы. Чтобы его создать, необходимо выпрямить переменный или воспользоваться любым из генераторов постоянного тока.

Переменный ток AC, в отличие от постоянного, способен к изменению своего направления и величины. Существует параметр, известный как мгновенное значение переменного тока, определяемое в конкретный момент времени. Частота, с которой изменяется направление тока, составляет 50 Гц, то есть данная перемена происходит 50 раз в течение одной секунды.

Переменный ток AC может быть однофазным или трехфазным. В первом случае необходимо только два провода: основной и дополнительный, он же обратный. Именно по основному проводнику протекает электрический ток, а обратный считается нулевым проводом.

Читайте также:Что такое фидер

Трехфазное переменное напряжение вырабатывается соответствующим генератором тока AC. В этом процессе участвуют три обмотки, каждая из которых является своеобразной однофазной электрической цепью. Между собой они сдвинуты по фазе под углом 120 градусов. Благодаря данной системе электроэнергией могут быть обеспечены сразу три сети, независимые друг от друга. Для этого понадобится уже порядка шести проводов – трех прямых и трех обратных.

При необходимости дополнительные провода возможно соединить между собой и получить в итоге общий проводник, называемый нулевым или нейтральным. В этом случае проводники переменного тока на схемах обозначаются символами L1, L2, L3, а нулевой провод – буквой N.

Обозначения токов в измерительных приборах

Общепринятое обозначение постоянного и переменного тока нашло свое отражение в различных измерительных приборах, в том числе и на мультиметре. Вся необходимая символика наносится на лицевую панель того или иного устройства. Это позволяет измерить именно тот параметр, который необходим в данный момент.

Например, если на шкале выставлено положение АС, в этом случае можно проводить измерение значения переменного тока. Как правило, такие приборы предназначены для работы в электросетях с обычными напряжениями 220 или 380 вольт. Существуют модели с рабочими режимами в пределах 600 В и выше.

Если же мультиметр выставлен напротив отметки DC, то рабочий режим аппарата станет соответствовать постоянному току. В этом положении замеряется ток на аккумуляторах, батарейках и других источниках питания, вырабатывающих постоянный ток. В данном режиме требуется непременно соблюдать полярность полюсов. Диапазон измерений обычно составляет от нуля до нескольких тысяч вольт, в зависимости от характеристик конкретной модификации устройства.

Обозначение на схемах радиодеталей

Буквенные обозначения элементов на электрических схемах

Обозначения на электрических схемах выключателей, розеток и лампочек

Маркировка диодов и схема обозначений

Обозначение трансформатора на схеме

Какой ток в розетке постоянный или переменный? Обозначение постоянного и переменного тока

Несмотря на внешнюю странность, вопрос далеко не праздный, хотя мы и привыкли больше к тому, что в типовых розетках наших домов переменный ток .

Именно поэтому на вопрос, какой ток в розетке постоянный или переменный не задумываясь, ответим – конечно, переменный! Ну а мы решили разобраться так ли это и заодно в стандартах розеток, обозначениях постоянного и переменного тока, и некоторых попутных вопросах.

Аббревиатуры AC и DC – что они означают?

Напряжение с точки зрения гидравлики

Все вы видели и представляете, как выглядит водонапорная башня или просто водобашня. Грубо говоря, это большой высокий “бокал”, заполненный водой.

водоносная башня

Так вот, представим себе, что башня доверху наполнена водой. Получается, в данный момент на дне башни ого-го какое давление!

водобашня, заполненная водой

А что, если слить из башни воду хотя бы наполовину? Давление на дно башни уменьшится вдвое. А давайте-ка нальем в пустую башню одно ведро воды! Давление на дно башни будет мизерное.

Представьте такую ситуацию. У нас есть водонос, а шланг мы закупорили пробкой.

Вода вроде бы готова бежать, но бежать то некуда! Пробка туго закупоривает шланг. Но на саму пробку сейчас оказывается давление, которое создает насосная станция. От чего зависит давление на пробку? Думаю понятно, что от мощности насоса. Если мощность насоса будет большая, то пробка вылетит со скоростью пули, или давление порвет шланг, если пробка туго сидит в шланге. В данном случае давление создается с помощью насоса. То есть можно сказать, что это модель башни с водой в горизонтальном положении.

Все то же самое можно сказать и про водобашню. Здесь давление на дно создается уже гравитационной силой. Как я уже говорил,  давление на дне башни зависит от того, сколько воды в башне в данный момент. Если башня наполнена водой под завязку, то и давление на дне башни будет большое, и наоборот.

А теперь представьте себе какое давление на дне океана, особенно в Марианской впадине! Что можно сказать про давление в этих двух случаях? Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте и никуда не двигаются. Запомните этот момент. Давление есть, а движухи – нет.

Формула напряжения

В физике есть формула, хотя практического применения она не имеет. Официальная формула записывается так.

формула напряжения

где

A – это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули

q – заряд, Кулон

U – напряжение на участке электрической цепи, Вольты

На практике напряжение на участке цепи выводится через закон Ома.

напряжение из закона Ома

где

I – сила тока, Амперы

R – сопротивление, Омы

Осциллограммы постоянного и переменного напряжения

Давайте рассмотрим, как выглядит переменное и постоянное напряжение на экране осциллографа. Как вы знаете, осциллограф показывает изменение напряжения во времени. Если на щуп осциллографа не подавать никакое напряжение, то на осциллограмме мы увидим простую прямую линию на нулевом уровне по оси Y. Ось Y – это значение напряжения, а ось Х – это время.

осциллограмма нулевого напряжения

Давайте подадим постоянное напряжение. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения  – это также прямая линия, параллельная оси времени. Это говорит нам о том, что с течением времени значение постоянного напряжение не меняется, о чем нам лишний раз доказывает осциллограмма.

осциллограмма постоянного напряжения

А вот так выглядит осциллограмма переменного напряжения. Как вы видите, напряжение со временем меняет свое значение. То оно больше нуля, то оно меньше нуля.

осциллограмма переменного напряжения

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Тесла и Эдисон

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей – война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.

Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.

 

[spoiler title=”Источники”]

• https://amperof.ru/teoriya/dc-tok-ponyatie-vidy.html
• https://vse-elektrichestvo.ru/elektroprovodka/parametry-postoyannogo-elektricheskogo-toka.html
• https://rusenergetics.ru/polezno-znat/oboznachenie-postoyannogo-i-peremennogo-toka
• https://electric-220.ru/news/oboznachenie_postojannogo_i_peremennogo_toka/2018-03-21-1475
• https://orenburgelectro.ru/drugoe/oboznachenie-peremennogo-i-postoyannogo-toka-sovety-elektrika. html
• https://www.RusElectronic.com/naprjazhjenije/
• https://Zaochnik.ru/blog/peremennyj-i-postoyannyj-tok-v-chem-raznica-istoriya-razvitiya-primenenie/
• http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/postojannyj-peremennyj-tok.html

[/spoiler]

Предыдущая

ТеорияЧто такое плотность тока?

Следующая

ТеорияЧто такое элемент Пельтье и как его сделать своими руками?

Постоянный электрический ток. Направление тока, формула

 

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: постоянный электрический ток, сила тока, напряжение.

Электрический ток обеспечивает комфортом жизнь современного человека. Технологические достижения цивилизации — энергетика, транспорт, радио, телевидение, компьютеры, мобильная связь — основаны на использовании электрического тока.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие.

Электрический ток может возникать в самых различных средах: твёрдых телах, жидкостях, газах. Порой и среды никакой не нужно — ток может существовать даже в вакууме! Мы поговорим об этом в своё время, а пока приведём лишь некоторые примеры.

• Замкнём полюса батарейки металлическим проводом. Свободные электроны провода начнут направленное движение от «минуса» батарейки к «плюсу».
Это — пример тока в металлах.

• Бросим в стакан воды щепотку поваренной соли . Молекулы соли диссоциируют на ионы, так что в растворе появятся свободные заряды: положительные ионы и отрицательные ионы . Теперь засунем в воду два электрода, соединённые с полюсами батарейки. Ионы начнут направленное движение к отрицательному электроду, а ионы — к положительному.
Это — пример прохождения тока через раствор электролита.

• Грозовые тучи создают столь мощные электрические поля, что оказывается возможным пробой воздушного промежутка длиной в несколько километров. В результате сквозь воздух проходит гигантский разряд — молния.
Это — пример электрического тока в газе.

Во всех трёх рассмотренных примерах электрический ток обусловлен движением заряженных частиц внутри тела и называется током проводимости.

• Вот несколько иной пример. Будем перемещать в пространстве заряженное тело. Такая ситуация согласуется с определением тока! Направленное движение зарядов — есть, перенос заряда в пространстве — присутствует. Ток, созданный движением макроскопического заряженного тела, называется конвекционным.

Заметим, что не всякое движение заряженных частиц образует ток. Например, хаотическое тепловое движение зарядов проводника — не направленное (оно совершается в каких угодно направлениях), и потому током не является (при возникновении тока свободные заряды продолжают совершать тепловое движение! Просто в этом случае к хаотическим перемещениям заряженных частиц добавляется их упорядоченный дрейф в определённом
направлении).
Не будет током и поступательное движение электрически нейтрального тела: хотя заряженные частицы в его атомах и совершают направленное движение, не происходит переноса заряда из одних участков пространства в другие.

 

Направление электрического тока

 

Направление движения заряженных частиц, образующих ток, зависит от знака их заряда. Положительно заряженные частицы будут двигаться от «плюса» к «минусу», а отрицательно заряженные — наоборот, от «минуса» к «плюсу». В электролитах и газах, например, присутствуют как положительные, так и отрицательные свободные заряды, и ток создаётся их встречным движением в обоих направлениях. Какое же из этих направлений принять за направление электрического тока?

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов.

Попросту говоря, по соглашению ток течёт от «плюса» к «минусу» (рис. 1; положительная клемма источника тока изображена длинной чертой, отрицательная клемма — короткой).

Рис. 1. Направление тока

Данное соглашение вступает в некоторое противоречие с наиболее распространённым случаем металлических проводников. В металле носителями заряда являются свободные электроны, и двигаются они от «минуса» к «плюсу». Но в соответствии с соглашением мы вынуждены считать, что направление тока в металлическом проводнике противоположно движению свободных электронов. Это, конечно, не очень удобно.

Тут, однако, ничего не поделаешь — придётся принять эту ситуацию как данность. Так уж исторически сложилось. Выбор направления тока был предложен Ампером (договорённость о направлении тока понадобилась Амперу для того, чтобы дать чёткое правило определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Сегодня эту силу мы называем силой Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки) в первой половине XIX века, за 70 лет до открытия электрона. К этому выбору все привыкли, и когда в 1916 году выяснилось, что ток в металлах вызван движением свободных электронов, ничего менять уже не стали.

 

Действия электрического тока

 

Как мы можем определить, протекает электрический ток или нет? О возникновении электрического тока можно судить по следующим его проявлениям.

1. Тепловое действие тока. Электрический ток вызывает нагревание вещества, в котором он протекает. Именно так нагреваются спирали нагревательных приборов и ламп накаливания. Именно поэтому мы видим молнию. В основе действия тепловых амперметров лежит тепловое расширение проводника с током, приводящее к перемещению стрелки прибора.

2. Магнитное действие тока. Электрический ток создаёт магнитное поле: стрелка компаса, расположенная рядом с проводом, при включении тока поворачивается перпендикулярно проводу. Магнитное поле тока можно многократно усилить, если обмотать провод вокруг железного стержня — получится электромагнит. На этом принципе основано действие амперметров магнитоэлектрической системы: электромагнит поворачивается в поле постоянного магнита, в результате чего стрелка прибора перемещается по шкале.

3. Химическое действие тока. При прохождении тока через электролиты можно наблюдать изменение химического состава вещества. Так, в растворе положительные ионы двигаются к отрицательному электроду, и этот электрод покрывается медью.

Электрический ток называется постоянным, если за равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходит одинаковый заряд.

Постоянный ток наиболее прост для изучения. С него мы и начинаем.

 

Сила и плотность тока

 

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. В случае постоянного тока абсолютная величина силы тока есть отношение абсолютной величины заряда , прошедшего через поперечное сечение проводника за время , к этому самому времени:

(1)

Измеряется сила тока в амперах (A). При силе тока в А через поперечное сечение проводника за с проходит заряд в Кл.

Подчеркнём, что формула (1) определяет абсолютную величину, или модуль силы тока.
Сила тока может иметь ещё и знак! Этот знак не связан со знаком зарядов, образующих ток, и выбирается из иных соображений. А именно, в ряде ситуаций (например, если заранее не ясно, куда потечёт ток) удобно зафиксировать некоторое направление обхода цепи (скажем, против часовой стрелки) и считать силу тока положительной, если направление тока совпадает с направлением обхода, и отрицательной, если ток течёт против направления обхода (сравните с тригонометрическим кругом: углы считаются положительными, если отсчитываются против часовой стрелки, и отрицательными, если по часовой стрелке).

В случае постоянного тока сила тока есть величина постоянная. Она показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за с.

Часто бывает удобно не связываться с площадью поперечного сечения и ввести величину плотности тока:

(2)

где — сила тока, — площадь поперечного сечения проводника (разумеется, это сечение перпендикулярно направлению тока). С учётом формулы (1) имеем также:

Плотность тока показывает, какой заряд проходит за единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника. Согласно формуле (2), плотность тока измеряется в А/м2.

 

Скорость направленного движения зарядов

 

Когда мы включаем в комнате свет, нам кажется, что лампочка загорается мгновенно. Скорость распространения тока по проводам очень велика: она близка к км/с (скорости света в вакууме). Если бы лампочка находилась на Луне, она зажглась бы через секунду с небольшим.

Однако не следует думать, что с такой грандиозной скоростью двигаются свободные заряды, образующие ток. Оказывается, их скорость составляет всего-навсего доли миллиметра в секунду.

Почему же ток распространяется по проводам так быстро? Дело в том, что свободные заряды взаимодействуют друг с другом и, находясь под действием электрического поля источника тока, при замыкании цепи приходят в движение почти одновременно вдоль всего проводника. Скорость распространения тока есть скорость передачи электрического взаимодействия между свободными зарядами, и она близка к скорости света в вакууме. Скорость же, с которой сами заряды перемещаются внутри проводника, может быть на много порядков меньше.

Итак, подчеркнём ещё раз, что мы различаем две скорости.

1. Скорость распространения тока. Это — скорость передачи электрического сигнала по цепи. Близка к км/с.

2. Скорость направленного движения свободных зарядов. Это — средняя скорость перемещения зарядов, образующих ток. Называется ещё скоростью дрейфа.

Мы сейчас выведем формулу, выражающую силу тока через скорость направленного движения зарядов проводника.

Пусть проводник имеет площадь поперечного сечения (рис. 2). Свободные заряды проводника будем считать положительными; величину свободного заряда обозначим (в наиболее важном для практики случая металлического проводника это есть заряд электрона). Концентрация свободных зарядов (т. е. их число в единице объёма) равна .

Рис. 2. К выводу формулы

Какой заряд пройдёт через поперечное сечение нашего проводника за время ?

С одной стороны, разумеется,

(3)

С другой стороны, сечение пересекут все те свободные заряды, которые спустя время окажутся внутри цилиндра с высотой . Их число равно:

Следовательно, их общий заряд будет равен:

(4)

Приравнивая правые части формул (3) и (4) и сокращая на , получим:

(5)

Соответственно, плотность тока оказывается равна:

Давайте в качестве примера посчитаем, какова скорость движения свободных электронов в медном проводе при силе тока A.

Заряд электрона известен: Кл.

Чему равна концентрация свободных электронов? Она совпадает с концентрацией атомов меди, поскольку от каждого атома отщепляется по одному валентному электрону. Ну а концентрацию атомов мы находить умеем:

м

Положим мм . Из формулы (5) получим:

м/с.

Это порядка одной десятой миллиметра в секунду.

 

Стационарное электрическое поле

 

Мы всё время говорим о направленном движении зарядов, но ещё не касались вопроса о том, почему свободные заряды совершают такое движение. Почему, собственно, возникает электрический ток?

Для упорядоченного перемещения зарядов внутри проводника необходима сила, действующая на заряды в определённом направлении. Откуда берётся эта сила? Со стороны электрического поля!

Чтобы в проводнике протекал постоянный ток, внутри проводника должно существовать стационарное (то есть — постоянное, не зависящее от времени) электрическое поле. Иными словами, между концами проводника нужно поддерживать постоянную разность потенциалов.

Стационарное электрическое поле должно создаваться зарядами проводников, входящих в электрическую цепь. Однако заряженные проводники сами по себе не смогут обеспечить протекание постоянного тока.

Рассмотрим, к примеру, два проводящих шара, заряженных разноимённо. Соединим их проводом. Между концами провода возникнет разность потенциалов, а внутри провода — электрическое поле. По проводу потечёт ток. Но по мере прохождения тока разность потенциалов между шарами будет уменьшаться, вслед за ней станет убывать и напряжённость поля в проводе. В конце концов потенциалы шаров станут равны друг другу, поле в проводе обратится в нуль, и ток исчезнет. Мы оказались в электростатике: шары плюс провод образуют единый проводник, в каждой точке которого потенциал принимает одно и то же значение; напряжённость
поля внутри проводника равна нулю, никакого тока нет.

То, что электростатическое поле само по себе не годится на роль стационарного поля, создающего ток, ясно и из более общих соображений. Ведь электростатическое поле потенциально, его работа при перемещении заряда по замкнутому пути равна нулю. Следовательно, оно не может вызывать циркулирование зарядов по замкнутой электрической цепи — для этого требуется совершать ненулевую работу.

Кто же будет совершать эту ненулевую работу? Кто будет поддерживать в цепи разность потенциалов и обеспечивать стационарное электрическое поле, создающее ток в проводниках?

Ответ — источник тока, важнейший элемент электрической цепи.

Чтобы в проводнике протекал постоянный ток, концы проводника должны быть присоединены к клеммам источника тока (батарейки, аккумулятора и т. д.).

Клеммы источника — это заряженные проводники. Если цепь замкнута, то заряды с клемм перемещаются по цепи — как в рассмотренном выше примере с шарами. Но теперь разность потенциалов между клеммами не уменьшается: источник тока непрерывно восполняет заряды на клеммах, поддерживая разность потенциалов между концами цепи на неизменном уровне.

В этом и состоит предназначение источника постоянного тока. Внутри него протекают процессы неэлектрического (чаще всего — химического) происхождения, которые обеспечивают непрерывное разделение зарядов. Эти заряды поставляются на клеммы источника в необходимом количестве.

Количественную характеристику неэлектрических процессов разделения зарядов внутри источника — так называемую ЭДС — мы изучим позже, в соответствующем листке.

А сейчас вернёмся к стационарному электрическому полю. Каким же образом оно возникает в проводниках цепи при наличии источника тока?

Заряженные клеммы источника создают на концах проводника электрическое поле. Свободные заряды проводника, находящиеся вблизи клемм, приходят в движение и действуют своим электрическим полем на соседние заряды. Со скоростью, близкой к скорости света, это взаимодействие передаётся вдоль всей цепи, и в цепи устанавливается постоянный электрический ток. Стабилизируется и электрическое поле, создаваемое движущимися зарядами.

Стационарное электрическое поле — это поле свободных зарядов проводника, совершающих направленное движение.

Стационарное электрическое поле не меняется со временем потому, что при постоянном токе не меняется картина распределения зарядов в проводнике: на место заряда, покинувшего данный участок проводника, в следующий момент времени поступает точно такой же заряд. По этой причине стационарное поле во многом (но не во всём) аналогично полю электростатическому.

А именно, справедливы следующие два утверждения, которые понадобятся нам в дальнейшем (их доказательство даётся в вузовском курсе физики).

1. Как и электростатическое поле, стационарное электрическое поле потенциально. Это позволяет говорить о разности потенциалов (т. е. напряжении) на любом участке цепи (именно эту разность потенциалов мы измеряем вольтметром).
Потенциальность, напомним, означает, что работа стационарного поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории. Именно поэтому при параллельном соединении проводников напряжение на каждом из них одинаково: оно равно разности потенциалов стационарного поля между теми двумя точками, к которым подключены проводники.
2. В отличие от электростатического поля, стационарное поле движущихся зарядов проникает внутрь проводника (дело в том, что свободные заряды, участвуя в направленном движении, не успевают должным образом перестраиваться и принимать «электростатические» конфигурации).
Линии напряжённости стационарного поля внутри проводника параллельны его поверхности, как бы ни изгибался проводник. Поэтому, как и в однородном электростатическом поле, справедлива формула , где — напряжение на концах проводника, — напряжённость стационарного поля в проводнике, — длина проводника.

Электрические цепи постоянного тока

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Направлением электрического тока условились считать направление движения положительных зарядов.

Можно указать на ряд факторов, способных вызывать упорядоченное движение зарядов. Так, под действием электрических (кулоновских) сил положительные заряды движутся в направлении силовых линий поля, отрицательные заряды — в противоположном направлении. Движение зарядов может происходить и под действием неэлектрических сил (например, магнитных), а также при диффузии или в химических реакциях.
Постоянный ток используется в процессе электролиза (гальванопластика — получение легко отделяющихся точных металлических копий, гальваностегия — нанесение металлических покрытий из одних металлов на изделия из других металлов), на городском транспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы), в осветительных приборах, в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники.
Если ток постоянный, то отсутствует явление самоиндукции и напряжение на катушке индуктивности равно нулю,
, так как i = const
Если рассматривать конденсатор как идеальную емкость, то в цепи постоянного тока эта ветвь равносильна разомкнутой.

Постоянный ток через емкость не проходит.

Таким образом, в цепи постоянного тока остаются только источники ЭДС или тока — активные элементы и приемники резисторы — пассивные элементы.
Простыми цепями постоянного тока называются цепи с одним источником при последовательном, параллельном и смешанном соединении приемников.

Последовательное соединение приемников

При параллельном соединении приемников напряжение на всех приемниках одинаково.
По закону Ома токи в каждой ветви:

По первому закону Кирхгофа общий ток

Смешанное соединение — комбинация первых двух соединений, где параллельное соединение может быть преобразовано к последовательному.


Сложной электрической цепью называется цепь, содержащая несколько источников и которую нельзя свернуть до простой цепи последовательного или параллельного соединения.
Расчет таких цепей ведется по уравнениям Кирхгофа.
Для их составления необходимо задать условные направления токов в ветвях (номер введем в соответствии с порядковым номером сопротивлений).
По первому закону Кирхгофа составляются уравнения для каждого из независимых узлов (для данной схемы таких узлов 3).

Выбираются направления обхода в каждом из независимых контуров и составляются уравнения по второму закону Кирхгофа — сумма падений напряжений на пассивных элементах замкнутого контура электрической цепи равна алгебраической сумме источников ЭДС в данном контуре:

Для нахождения решения необходимо любым математическим способом решить полученные шесть уравнений, что весьма сложно. Чтобы сократить число уравнений, используют метод контурных токов.
Для вывода уравнений по методу контурных токов в общем виде исключим из последних трех уравнений токи ветвей смежных контуров , заменив их выражениями, полученными из первых трех уравнений:

Введем обозначения контурных токов:
— ток первого контура;
— ток второго контура;
— ток третьего контура.
Для конкретизации и сокращения записи введем обозначения для контурных ЭДС, равных сумме ЭДС источников рассматриваемого контура:

и соответственно суммы сопротивлений в каждом контуре через контурные сопротивления:

а сопротивления смежных ветвей как:

При принятых обозначениях система расчетных уравнений запишется в общем виде как:

Мы видим, что при расчетах цепей с помощью правил Кирхгофа не обязательно знать разности потенциалов на определенных участках.

Постоянный ток: как обозначается, где используется; источники тока

Наверное, каждый человек с детства усвоил, что электрический ток — это что-то такое, от чего работают практически все приборы в доме. У многих электричество ассоциируется с яркой молнией в небе, а у кого-то — с электрической розеткой и наивным детским желанием засунуть туда палец.

Электроток можно описать как упорядоченное движение электрических частиц (электронов, ионов или дырок). Однако такое определение является верным лишь отчасти, ведь электрический тoк можно разбить на два вида:

• Переменный. С течением времени такой ток меняет своё направление или величину.
• Постoянный. Не изменяется по величине и направлению.

Чтобы лучше понять, какой тип где используется, нужно представить розетку и вставленное в неё зарядное устройство от смартфона. В розетке течёт переменный тoк, который, проходя через зарядное устройство, а точнее через блок питания, преобразуется в постoянный тoк, им мы и заряжаем наш смартфон. Практически в любой бытовой аппаратуре переменный электрический тoк преобразуется в постоянный с помощью специальных выпрямителей, и устройства работают уже от постоянного тока. Таким образом, можно ответить на вопрос о том, где используется постоянный ток — практически во всей электронной аппаратуре.

Казалось бы, почему тогда в розетках и линиях электропередач идёт переменный электроток? Ответ прост — из-за меньших энергетических потерь, которые в случае с постоянным были бы просто гигантскими.

Рассмотрим постоянный тoк более подробно.

Постоянный тoк

Для ответа на вопрос о том, какой ток называется постоянным, достаточно прочитать вышеприведённое общее определение электрического тoка и краткое определение постоянного тока. Итак, постоянный ток — это упорядоченное движение электрических частиц, в процессе которого эти частицы не меняют своего направления, и величина тока не изменяется.

Также это явление можно описать более широко, опираясь на физические процессы, происходящие при этом. Наверняка каждый помнит понятия «плюса» и «минуса» из школьного курса физики, то есть понятия полюсов, заряженных разноименными зарядами. Для понимания процесса протекания нашего электротока можно представить обыкновенную пальчиковую батарейку и провод, который одним концом соединяется с положительным полюсом, а другим — с отрицательным (делать такое на практике крайне нежелательно из-за возможности испортить источник питания, а в случае с большими аккумуляторами даже получить ожоги и травмы).

Итак, как только второй конец провода будет замкнут, то есть присоединён к полюсу, в цепи сразу появится движение электронов. От отрицательного полюса, то есть полюса, на котором наблюдается избыток элементарных электрических зарядов, эти заряды станут перетекать к положительному полюсу, где их, наоборот, дефицит. Можно сказать, что это движение призвано сбалансировать количество зарядов с обеих сторон. Когда это произойдёт, электроны перестанут двигаться, то есть батарейка разрядится.

Как обозначается ток и закон Ома

Если рассматривать пример с батарейкой, описанный выше, с точки зрения физики, то в нём будут фигурировать три составляющие — сила тoка, напряжение и сопротивление. Говоря о том, как обозначается постоянный ток, подразумевается именно сила тoка. Обозначается она буквой I. Напряжение — буквой U, а сопротивление — R.

Три этих характеристики легли в основу известнейшего в электротехнике и незаменимого почти при любых расчётах электрических схем закона, называемого законом Ома, в честь его создания. Кстати, единицы измерения сопротивления носят такое же имя — Омы.

Звучит этот закон следующим образом — сила тoка I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R: I=U/R.

Для измерения всех вышеперечисленных величин существуют специальные приборы. Для тoка — амперметр, для напряжения — вольтметр, для сопротивления — вольтметр. Например, можно измерить силу тока, если подключить амперметр последовательно элементу, на котором мы и должны найти указанную характеристику. Существую приборы, комбинирующие в себе все вышеперечисленные средства измерения — мультиметры.

Источники питания

Для питания той или иной аппаратуры необходимо использование специальных средств — источников постоянного тока. Такие приборы, также называемые блоками питания, есть практически в любых электронных средствах, начиная с телевизоров и заканчивая зарядными устройствами для телефона.

Классифицировать такие источники можно следующим образом:

1. Гальванические элементы. Это привычные всем аккумуляторные батареи, которые работают с помощью химической реакции, происходящей внутри батареи.
2. Генераторы. Устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции.
3. Выпрямители. Наиболее применяемые устройства в бытовой электронной аппаратуре. Они преобразуют переменный электроток из розетки в постоянный.

Данную классификацию можно разделить и на другие подкатегории, более специфические и универсальные. Выбор источника питания основывается на типе эксплуатации прибора, где он будет использоваться.

Разница между постоянным током и постоянным напряжением для питания светодиодов

Жан-Жак Делисль, писатель

Светодиоды

для освещения можно найти повсюду, от DIY-модулей Интернета вещей до коммерческого освещения и салонов самолетов. Для правильной работы этим критически важным осветительным устройствам требуется точный баланс тока и напряжения для обеспечения нужного количества энергии. Многие светодиоды, используемые в доме, имеют встроенные или внешние источники питания, которые преобразуют мощность настенной розетки в соответствующую мощность для эффективной работы светодиодов.То же самое, хотя и в более крупном и более сложном масштабе, с промышленным освещением. Следовательно, эффективность, стоимость и масштабируемость типа источника питания важно учитывать в зависимости от приложения. Эти факторы связаны с типами источников питания, используемых для работы светодиодов.

Драйверы светодиодов постоянного тока имеют фиксированный ток в амперах или миллиамперах и переменное напряжение. Драйверы постоянного напряжения аналогичны, но противоположны, с фиксированными напряжениями и переменными токами.Источник изображения: ledsupply.com.

Ключевым различием между драйверами светодиодов является то, работают ли они с постоянным током или постоянным напряжением. Это важно, потому что многие светодиодные технологии предназначены для работы только с постоянным током или постоянным напряжением. Использование драйвера другого типа может привести к плохой работе и даже отказу светодиода. Светодиоды могут быть повреждены слишком высоким током или слишком высоким напряжением, поэтому важно понимать рабочие параметры самих светодиодов перед покупкой и установкой драйвера светодиода.

Драйверы светодиодов с постоянным напряжением

обычно имеют фиксированное номинальное напряжение 5 В, 12 В, 24 В или какое-либо другое номинальное напряжение с диапазоном тока или максимального тока. Драйверы светодиодов постоянного тока будут иметь аналогичные номиналы, но будут указаны в виде фиксированного значения ампер (А) или миллиампер (мА) с диапазоном напряжений или максимальным напряжением. Светодиодное устройство должно отображать требования к питанию, а также номинальные диапазоны напряжения и тока. Если это всего лишь светодиод, то необходимо регулировать ток, чтобы не допустить теплового разгона светодиода.

Светодиоды

— это диоды, которые потребляют энергию и преобразуют ее в свет. Однако этот процесс не является полностью эффективным, и существуют некоторые внутренние потери с выделением тепла. По мере того, как светодиод нагревается, он становится менее эффективным и потребляет больше тока. Если бы источники питания с бесконечным током и бесконечным напряжением управляли светодиодом, светодиод продолжал бы потреблять больше тока, пока не вышел из строя. Следовательно, используются драйверы светодиодов постоянного тока, чтобы гарантировать, что ток светодиода никогда не приведет к тепловому разгоне.

Для промышленного освещения распространен драйвер постоянного тока. Драйверы предназначены для питания предварительно разработанных светодиодных систем и могут потребовать изменения конструкции с учетом изменений.

Обычно драйверы светодиодов постоянного напряжения более гибкие. Это связано с тем, что можно добавить больше светодиодов до тех пор, пока не будет достигнута максимальная токовая нагрузка драйвера светодиодов постоянного напряжения, а затем любые дополнительные светодиоды уменьшат доступную мощность для каждого светодиода, только уменьшив яркость.

Так как же предотвратить тепловой пробой в драйверах светодиодов постоянного напряжения? Схема регулирования тока обычно включена и упакована вместе со светодиодом, или драйвер светодиода постоянного напряжения предназначен только для питания этого конкретного устройства, например, от светодиодной лампы или светодиодных рождественских огней.

Зарегистрируйтесь на бесплатный веб-семинар 25 апреля 2018 г., чтобы узнать, как добиться максимальной эффективности вашего светильника для наружного освещения, спонсируемый Lumileds и Arrow. Пропустил его? Нет проблем, зарегистрируйтесь, чтобы посмотреть его в удобное для вас время.

Подробнее о журнале Electronic Products Magazine

Активный источник транзистора

»Примечания по электронике

Простейшей формой источника тока является резистор, но активные источники тока, использующие транзисторы, могут обеспечивать гораздо более постоянный ток или управляемый ток.

---

Типы транзисторных цепей включают:
Типы транзисторных цепей Общий эмиттер Эмиттерный повторитель Общая база Пара Дарлингтона Пара Шиклай Текущее зеркало Длиннохвостая пара Источник постоянного тока Множитель емкости Двухтранзисторный усилитель Фильтр высоких частот

См. Также: Конструкция транзисторной схемы

---

Активные источники постоянного тока часто используются в проектировании электронных схем.Некоторые цепи постоянного тока могут быть изготовлены с использованием очень небольшого количества электронных компонентов, но другие, обеспечивающие лучшую производительность, могут использовать несколько больше.

В простейшем источнике постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор, но часто в источниках постоянного тока используются транзисторы, хотя можно также использовать полевые транзисторы и, где это применимо, вакуумные настройки термоэмиссионных клапанов.

Можно сделать активный источник постоянного тока, используя один транзистор и пару резисторов, хотя также доступны более полные конструкции с использованием нескольких дополнительных электронных компонентов.

Обозначения цепей источника тока

Что такое источник постоянного тока

Базовым элементом является источник тока, а это элемент или блок в цепи, функция которого заключается в обеспечении тока, при этом основное внимание уделяется обеспечению тока, а не напряжения.

Более полезный элемент с точки зрения подачи тока — это то, что называется источником постоянного тока. Этот объект обеспечивает заданный уровень тока независимо от импеданса нагрузки, на которую он направляет ток.

Теоретический источник постоянного тока сможет обеспечить постоянный ток полностью независимо от импеданса. Проблемы могут возникнуть, когда встречаются очень высокие уровни импеданса или даже разомкнутые цепи, потому что для достижения требуемых уровней тока могут потребоваться очень высокие напряжения.

Ввиду этого реальные источники постоянного тока имеют ограничения, налагаемые на диапазон уровней импеданса, при которых они могут обеспечивать постоянный ток.

На графике ВАХ выхода источника постоянного тока характеристика представлена ​​прямой линией.

Есть два типа источников постоянного тока:

• Независимый источник тока: Для этой формы источника тока ток не зависит от какой-либо переменной в цепи. Другими словами, он производит фиксированный ток.

• Управляемый источник тока: Эта форма устройства постоянного тока вырабатывает уровень тока, которым можно управлять с помощью внешнего фактора, такого как управляющее напряжение, но оно сможет обеспечить требуемый уровень тока независимо от Загрузка.

Применения активного источника тока

Источники тока необходимы в различных областях проектирования электронных схем.

Источники тока могут использоваться для смещения транзисторов, а также могут использоваться в качестве активной нагрузки для каскадов усилителей с высоким коэффициентом усиления. Они также могут использоваться в качестве источников излучения для дифференциальных усилителей — например, они могут использоваться в паре транзисторов с длинными хвостами.

Их также можно использовать в качестве повышающих звеньев с широким диапазоном напряжений в источниках питания и других цепях с широким диапазоном напряжений.Если бы использовались обычные резисторы, то ток значительно варьировался бы в диапазоне напряжений.

Одним из распространенных примеров использования источников тока является управление стабилитроном в цепи регулятора. Поддержание постоянного тока независимо от тока, потребляемого последовательным транзистором в цепи, помогает поддерживать гораздо лучший уровень регулирования.

Отдельные источники тока также необходимы в различных процессах, включая электрохимию и электрофорез.

Таким образом, можно увидеть, что источник постоянного тока является важным схемным блоком, используемым в самых разных областях проектирования электронных схем.

Схема простого резисторного источника тока

В простейшей форме цепи постоянного тока используется единственный электронный компонент: резистор. Если напряжение источника намного выше, чем напряжение, при котором требуется ток, то выходной ток будет почти независимым от нагрузки.

Для идеального источника постоянного тока источник напряжения должен иметь бесконечное напряжение, а резистор — бесконечное сопротивление.

Для практических применений напряжение и сопротивление должны обеспечивать достаточно постоянный ток во всем диапазоне требуемых нагрузок.

Простой источник постоянного тока, состоящий из источника высокого напряжения и резистора высокого номинала

. Для схемы, приведенной выше, ток можно очень легко рассчитать, так как он приблизительно равен I = V / R, потому что Vload (напряжение на нагрузке) намного меньше, чем V (напряжение источника).

Эта простая форма источника тока имеет множество ограничений:

• Высокие значения сопротивления, необходимые для рассеивания мощности, делают цепи неэффективными.
• Необходимы источники высокого напряжения, которые не всегда легко доступны.
• Изменения нагрузки могут вызвать некоторые колебания тока, если недоступны достаточно высокие значения напряжения источника.

Ввиду этих ограничений этот простой источник постоянного тока не широко используется там, где требуется истинный постоянный ток.

Для достижения лучшей производительности при использовании источника более низкого напряжения и меньшей рассеиваемой мощности, хотя и с несколькими дополнительными электронными компонентами, более широко используется активная цепь постоянного тока, которая обеспечивает лучшую общую производительность для большинства практических требований.

Основы активного источника постоянного тока на транзисторе

Простое использование транзистора позволяет создать гораздо более эффективный источник тока, используя всего несколько дополнительных электронных компонентов, включая транзистор, несколько резисторов и несколько простых уравнений для конструкции электронной схемы.

Источник тока работает из-за того, что ток коллектора в схеме транзистора в раз больше тока базы. Это не зависит от напряжения коллектора при условии, что имеется достаточное напряжение для пропускания тока через нагрузочное устройство в коллекторе.

Однотранзисторный источник активного тока

В этой схеме ток коллектора в β раз больше тока базы. Обычно β велико, и поэтому можно предположить, что ток эмиттера, который в (β + 1) раз больше тока базы, и ток коллектора, который в β раз больше тока базы, одинаковы.

Ввиду этого спроектировать схему для заданного тока несложно.

Ie = (β + 1) Ib

Iload = Ic = βIb

Iload = β Ve (β + 1) Re

Iload = Vb — 0.6Re

Примечание: здесь предполагается использование кремниевого транзистора, поскольку падение напряжения на базе эмиттера составляет 0,6 В

Установкой резисторов R1 и R2 можно установить базовое напряжение. Напряжение эмиттера будет на 0,6 В меньше, если предположить, что транзистор кремниевый. Зная напряжение эмиттера, можно рассчитать ток эмиттера, просто зная закон Ома.

Схема простого стабилизированного активного источника тока

Чтобы устранить любые колебания тока, возникающие из-за изменений напряжения питания, очень просто добавить некоторую регулировку в основную схему, заменив несколько электронных компонентов.Это достигается заменой R2 на стабилитрон или опорный диод напряжения.

Активный источник тока на транзисторе, использующий стабилитрон для повышения стабильности

Применяются те же уравнения, что и раньше, но с той лишь разницей, что базовое напряжение поддерживается на более постоянном уровне в результате наличия стабилитрона, опорного диода напряжения.

Температурная зависимость активного источника тока

Одним из основных недостатков основного активного источника тока является то, что он в определенной степени зависит от температуры.Для многих приложений это может быть не важно, но там, где требуются очень жестко контролируемые условия, температурные характеристики могут быть очень важны.

Есть два основных варианта:

• Изменения Vbe в зависимости от температуры Эффект изменения Vbe, вызванного температурой, составляет приблизительно -2 мВ / ° C. Это приводит к изменению Vce. Можно рассчитать приблизительное соотношение: ΔVbe примерно равно -0.0001ΔVce.

  Это можно свести к минимуму, выбрав достаточно большое значение резистора эмиттера, чтобы гарантировать, что изменения напряжения эмиттера в десятки милливольт будут составлять лишь небольшую часть от общего напряжения эмиттера. Однако необходимо следить за тем, чтобы между коллектором и шиной оставалось достаточное напряжение, чтобы пропускать ток через нагрузку и компенсировать любые изменения напряжения питания.

• Вариации β относительно температуры Это может не быть серьезной проблемой, и любые отклонения можно свести к минимуму, выбрав транзистор с высоким значением / Hfe.Таким образом, вклад базового тока в ток эмиттера сводится к минимуму, а отклонения уменьшаются, насколько это возможно.

Цепи активного источника тока с хорошей температурной стабильностью

Можно разработать схемы транзисторных активных источников тока, у которых внутренняя температурная стабильность лучше, чем у простых схем, приведенных выше.

Одна из самых простых схем — использовать схему, в которой используются транзисторы NPN и PNP. В показанной схеме изменения падения напряжения Vbe в TR1 компенсируются соответствующими изменениями в TR2.В этой схеме следует отметить, что R3 является подтягивающим резистором для коллектора TR1, потому что база TR2 может принимать ток, но не является его источником.

Активный источник тока на транзисторах с температурной компенсацией

Схемы, прежде всего, включают транзисторы, но также могут использоваться другие активные электронные компоненты, включая полевые транзисторы и даже вакуумные лампы / термоэмиссионные клапаны. При использовании других электронных компонентов в качестве активного устройства в источнике тока, устройства и схема смещения должны учитывать тот факт, что и полевые транзисторы, и клапаны / лампы управляются напряжением, а не током.Тем не менее их можно использовать так же эффективно.

Транзисторные активные источники тока используются во многих областях, особенно в интегральных схемах и некоторых зарядных устройствах. Они позволяют подавать фиксированный или контролируемый ток независимо от напряжения (в определенных пределах) и поэтому очень полезны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Драйверы светодиодов

: постоянный ток против постоянного напряжения

«Какой тип драйвера для светодиодов мне нужен?» Поиск драйверов для светодиодов может быть сложнее, чем вы думаете, из-за множества имеющихся вариантов. Есть множество факторов, на которые следует обратить внимание при выборе того, который лучше всего подходит для вас, мы подробно рассмотрим это в нашем руководстве по светодиодным драйверам здесь. Одним из важных вариантов является выбор драйвера светодиодов постоянного тока по сравнению с драйвером светодиодов постоянного напряжения.Теперь известно, что драйверы светодиодов считаются устройствами постоянного тока, так почему же производители предлагают драйверы постоянного напряжения и для светодиодов? Как мы можем отличить эти два?

Драйверы светодиодов постоянного тока

и драйверы светодиодов постоянного напряжения

Драйверы постоянного тока и постоянного напряжения являются жизнеспособными вариантами источника питания для светодиодных источников света, но отличается только способ подачи питания. Драйверы светодиодов являются движущей силой, которая обеспечивает и регулирует необходимую мощность, чтобы светодиоды работали безопасно и стабильно.Понимание разницы между двумя типами может:

1. Помощь в правильном включении светодиодов
2. Избегайте серьезных повреждений ваших инвестиций в светодиоды

Что такое светодиодный драйвер постоянного тока?

Драйверы светодиодов постоянного тока предназначены для заданного диапазона выходных напряжений и фиксированного выходного тока (мА). Светодиоды, рассчитанные на работу с драйвером постоянного тока, требуют определенного источника тока, обычно указываемого в миллиамперах (мА) или амперах (А).Эти драйверы изменяют напряжение в электронной схеме, что позволяет току оставаться постоянным во всей светодиодной системе. Драйвер постоянного тока Mean Well AP — хороший пример, показанный ниже:

Чем выше номинальный ток, тем ярче светодиод, но если его не регулировать, светодиод будет потреблять больше тока, чем рассчитано. Термический разгон означает превышение максимального тока возбуждения светодиодов, что приводит к значительному сокращению срока службы светодиодов и преждевременному выгоранию из-за повышения температуры.Драйвер постоянного тока — лучший способ управлять светодиодами высокой мощности, поскольку он поддерживает постоянную яркость всех светодиодов в серии.

Что такое светодиодный драйвер постоянного напряжения?

Драйверы постоянного напряжения предназначены для одного выходного напряжения постоянного тока (DC). Наиболее распространенные драйверы постоянного напряжения (или блоки питания) — 12 В или 24 В постоянного тока. Светодиодный индикатор, рассчитанный на постоянное напряжение, обычно указывает количество входного напряжения, необходимое для правильной работы.

Источник постоянного напряжения получает стандартное линейное напряжение (120–277 В переменного тока).Это тип питания, который обычно выводится из настенных розеток по всему дому. Драйверы постоянного напряжения переключают это напряжение переменного тока (VAC) на низкое напряжение постоянного тока (VDC). Драйвер всегда будет поддерживать постоянное напряжение независимо от того, какая на него токовая нагрузка. Пример блока питания постоянного напряжения ниже в Mean Well LPV-60-12.

LPV-60-12 будет поддерживать постоянное напряжение 12 В постоянного тока, если ток остается ниже 5-амперного максимума, указанного в таблице.Чаще всего драйверы постоянного напряжения используются в светильниках под шкафом и других гибких светодиодных лентах, но это не ограничивается этими категориями.

Итак, как мне узнать, какой тип драйвера светодиода мне нужен?

Корпус для постоянного тока драйверов :

Если вы посмотрите на светодиоды высокой мощности, одной уникальной характеристикой является экспоненциальная зависимость между приложенным прямым напряжением к светодиоду и током, протекающим через него. Вы можете ясно видеть это из электрических характеристик Cree XP-G2 ниже на Рисунке 1.Когда светодиод включен, даже малейшее изменение напряжения на 5% (от 2,74 В до 2,87 В) может вызвать 100% увеличение тока, подаваемого на XP-G2, как вы можете видеть по красным меткам, ток увеличился с 350 мА до 700 мА. .

Рисунок 1

Теперь более высокий ток действительно делает светодиоды ярче, но в конечном итоге приводит к перегрузке светодиода. См. Рисунок 2, на котором представлены характеристики Cree по максимальному прямому току и кривые снижения номинальных значений для различных температурных условий окружающей среды. В приведенном выше примере мы все равно могли бы управлять светодиодом XP-G2 с током 700 мА, однако, если бы у вас не было устройства ограничения тока, светодиод потреблял бы больше тока, поскольку его электрические характеристики изменялись из-за повышения температуры.Это в конечном итоге приведет к тому, что текущий способ превысит предел… особенно в более жарких условиях. Избыточный прямой ток приведет к дополнительному нагреву внутри системы, сократит срок службы светодиодов и, в конечном итоге, приведет к выходу светодиода из строя. Мы называем это тепловым разгоном, который более подробно объясняется здесь. По этой причине предпочтительным методом питания мощных светодиодов является драйвер светодиодов постоянного тока. При использовании источника постоянного тока, даже когда напряжение изменяется с температурой, драйвер поддерживает постоянный ток, не перегружая светодиод и предотвращая тепловой пробой.

Рисунок 2

Когда мне использовать драйвер светодиода постоянного напряжения ?

Приведенный выше пример относится к светодиодам высокой мощности и в меньшем масштабе, поскольку мы говорили об использовании только одного светодиода. С освещением в реальном мире неудобно или экономично собирать все вручную из одного диода, светодиоды обычно используются вместе в последовательных и / или параллельных цепях для достижения желаемого результата. К счастью для дизайнеров освещения, производители представили на рынке множество светодиодных продуктов, в которых несколько светодиодов уже собраны вместе, например, светодиодный тросовый светильник, светодиодные ленты, светодиодные полосы и т. Д.

Наиболее распространенные светодиодные ленты состоят из группы светодиодов, последовательно соединенных с токоограничивающим резистором. Производители следят за тем, чтобы резисторы были правильного номинала и в правильном положении, чтобы светодиоды на полосах были менее подвержены колебаниям источника напряжения, как мы говорили с XP-G2. Поскольку их ток уже регулируется, все, что им нужно, — это постоянное напряжение для питания светодиодов.

Когда светодиоды или массив светодиодов сконструированы таким образом, они обычно указывают напряжение, при котором должно работать.Поэтому, если вы видите, что ваша полоса потребляет 12 В постоянного тока, не беспокойтесь о драйвере постоянного тока, все, что вам понадобится, это источник постоянного напряжения 12 В постоянного тока, поскольку ток уже регулируется встроенной схемой платы, встроенной производителем.

Преимущество использования светодиодного драйвера постоянного тока

Поэтому, когда вы создаете свой собственный светильник или работаете с нашими мощными светодиодами, в ваших интересах использовать драйверы постоянного тока, потому что:

1. Они избегают нарушения максимального тока, указанного для светодиодов, тем самым предотвращая перегорание / тепловой пробой.
2. Они упрощают дизайнерам управление приложениями и помогают создавать свет с более постоянной яркостью.

Преимущество использования драйвера светодиода постоянного напряжения

Драйвер светодиода с постоянным напряжением используется только при использовании светодиода или матрицы, рассчитанной на определенное напряжение. Это полезно как:

1. Постоянное напряжение — это гораздо более привычная технология для инженеров-проектировщиков и монтажников.
2. Стоимость этих систем может быть ниже, особенно в более крупных приложениях.

Не стесняйтесь ознакомиться с нашим руководством по светодиодным лентам, в котором есть множество устройств, которые могут работать от постоянного напряжения. Кроме того, если вам нужна помощь в выборе драйвера светодиода постоянного тока, перейдите в нашу полезную статью о том, как выбрать правильный.

LTspice: Моделирование постоянной мощности нагрузки

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, а другие необязательны для функциональной активности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта.Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы analog.com или определенных предлагаемых функций. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт.Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили. Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам.Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Отклонить файлы cookie

Что такое светодиодный драйвер постоянного тока

Драйвер светодиодов постоянного тока — это источник питания для светодиодов, который регулирует ток, протекающий через светодиодную матрицу, для поддержания желаемого уровня светоотдачи. Обычные источники питания обеспечивают регулируемый выход постоянного напряжения. Драйвер светодиодов с регулируемым током — это преобразователь переменного тока в постоянный или постоянный ток, выход которого соответствует электрическим характеристикам массива светодиодов.Он обеспечивает точный контроль выходного тока независимо от колебаний напряжения питания и изменений других рабочих условий. Тем не менее, текущие нормативные требования предъявляют особые требования к конструкции источников питания светодиодов и приводят к появлению пестрого множества продуктов с различной степенью компромисса между стоимостью, производительностью и сроком службы.

Зачем нужны светодиоды с постоянным током

Светодиоды

управляются током, а не напряжением. Когда подается прямое напряжение и начинает течь ток, электроны в отрицательной области перепрыгивают через зону обеднения (переход), чтобы рекомбинировать с дырками в положительной области.Каждая рекомбинация электрона и дырки высвобождает квант электромагнитной энергии в виде света. Световой поток (яркость) светодиода пропорционален прямому току, проходящему через светодиод. Чем выше ток возбуждения, тем ярче светодиод. Однако в то же время в полупроводниковом переходе выделяется большее количество тепла. Это связано с тем, что светодиоды преобразуют только около 50% энергии в свет, а оставшаяся часть энергии выделяется в виде тепла.

При превышении максимально допустимой температуры перехода высокий тепловой поток может привести к необратимому повреждению светодиода, а также к тепловому провалу, который представляет собой снижение оптической мощности при повышении температуры.При работе с более высокой плотностью тока электроны с высокой кинетикой могут генерироваться за счет эффекта Оже. Процесс безызлучательной оже-рекомбинации может вызвать снижение эффективности светодиода, известное как падение эффективности или падение плотности тока. Таким образом, светодиоды не могут быть чрезмерно возбуждены, потому что это не только вызовет падение температуры и плотности тока, но и резко сократит срок службы светодиода.

Обычные источники питания обеспечивают постоянное напряжение независимо от колебаний тока в нагрузке.Поскольку нет текущего регулирования, яркость светодиода не может поддерживаться на постоянном уровне, и светодиоды могут перегружаться. Вот почему все светодиоды должны работать по току. Драйверы светодиодов постоянного тока (CC) часто сравнивают с драйверами светодиодов постоянного напряжения (CV). Фактически, единственная разница между ними заключается в том, что драйвер CC LED обеспечивает универсальные решения для источника питания для светодиодов, в то время как драйвер CV обеспечивает частично обработанную мощность, при этом только напряжение регулируется на постоянном уровне.Светодиод или светодиодный модуль, подключенный к драйверу светодиодов постоянного напряжения, в конечном итоге нуждается в устройстве ограничения тока для регулирования тока.

Преимущества использования постоянного тока управления

Драйверы светодиодов постоянного тока в основном используются для управления несколькими последовательно подключенными светодиодами. Последовательное соединение светодиодов — это наиболее широко используемый строительный блок для систем светодиодного освещения. Этот тип конфигурации устраняет проблему баланса тока, поскольку существует только один путь тока, и все светодиоды вдоль пути тока имеют одинаковый ток, протекающий через них.Поскольку все светодиоды в цепочке получают одинаковый ток от драйвера светодиодов постоянного тока, вся цепочка светодиодов (светодиодный модуль) выдает выходной сигнал с высокой однородностью как по яркости, так и по цвету. Постоянное регулирование тока гарантирует, что светодиодный модуль будет обеспечивать стабильный, стабильный световой поток.

Источники питания постоянного тока обеспечивают полное преобразование мощности из линейного напряжения в фиксированный выходной постоянный ток. Никаких дополнительных устройств ограничения тока не требуется, чтобы ограничить ток светодиода ниже его максимального номинального тока.В то время как в источниках питания постоянного напряжения к каждому светодиоду или светодиодному модулю добавлено устройство ограничения тока, чтобы предотвратить повреждение диода (ов). Это устройство может вызвать потерю мощности и создать дополнительную тепловую нагрузку. В результате снижается энергоэффективность, и светодиоды могут быть подвержены высоким тепловым нагрузкам, особенно когда ограничение тока осуществляется с помощью неэффективных линейных регуляторов или резисторов.

Регламент постоянного тока

Драйвер светодиода AC-DC преобразует сетевое напряжение переменного тока в нерегулируемое напряжение постоянного тока с помощью двухполупериодного выпрямителя.На выходе выпрямителя часто помещают большой конденсатор фильтра, чтобы сгладить большие пульсации тока, подаваемые на нагрузку. Выпрямленное и отфильтрованное постоянное напряжение требует дальнейшего интенсивного регулирования для питания нагрузки, электрические характеристики которой соответствуют чувствительным к току и напряжению светодиодам. Преобразователь постоянного тока в драйвер светодиода постоянного тока принимает нерегулируемое напряжение постоянного тока и выдает регулируемый выходной сигнал с использованием различных методов. Все преобразователи постоянного тока в постоянный имеют контроллер или схему управления, которая регулирует выходной сигнал на основе сигналов обратной связи, обеспечиваемых замкнутым контуром отрицательной обратной связи.Излишне говорить, что преобразователь постоянного тока является основным блоком схемы драйвера постоянного тока. Он обеспечивает постоянный ток (например, 250, 350, 500, 700, 1000, 1050 и 1400 мА) на светодиодный модуль, сохраняя при этом прямое напряжение в пределах проектной спецификации.

Драйверы светодиодов постоянного тока

можно разделить на импульсные источники питания и линейные источники питания в зависимости от технологии, которую они используют для регулирования постоянного и постоянного тока.

Импульсные источники питания

Импульсный источник питания для светодиодов подает постоянную мощность на выходную нагрузку за счет высокочастотного переключения.Импульсный стабилизатор, который можно использовать отдельно или как часть полного источника питания, переключает проходной элемент, такой как полевой МОП-транзистор или биполярный переходной транзистор, между его областями насыщения и отсечки. Входящий источник питания прерывается в импульсное напряжение, которое затем сглаживается для соответствия требуемому выходному сигналу с помощью конденсаторов или катушек индуктивности. Работа в областях насыщения и отсечки силового транзистора позволяет импульсному источнику питания обеспечивать КПД до 95%. SMPS может быть реализован с использованием понижающей, повышающей, понижающей-повышающей, cuk, SEPIC, обратной или других топологий в зависимости от сценария приложения.В этом режиме работы выход схемы преобразователя может быть гальванически изолирован от входной цепи для предотвращения поражения электрическим током.

Импульсные источники питания

— единственный возможный вариант для решений со средней и высокой мощностью, которые требуют хорошего КПД, высокого коэффициента мощности и низкой выходной пульсации, или для приложений, которые имеют дело с широким диапазоном входного напряжения. Недостатки импульсных источников питания состоят в том, что они чувствительны к электромагнитным помехам (EMI), а также громоздки и дороги.

Линейные блоки питания

Линейные источники питания — это недорогое решение для управления светодиодами, которое используется во все большем количестве продуктов начального уровня. Схема источника питания имеет линейный регулятор, который использует переменную проводимость проходного элемента для регулирования выходной мощности. Выполняя это, линейный регулятор работает в линейной области биполярного транзистора (NPN, PNP) или МОП-транзистора (NMOS, PMOS) и обеспечивает желаемый выход, рассеивая избыточную электрическую мощность в виде тепла.Линейные источники питания по своей сути неэффективны, поскольку требуют, чтобы напряжение питания было выше напряжения нагрузки. Он выходит из режима регулирования, если минимальное падение напряжения, дифференциальное напряжение между входом и выходом, недоступно. Падение напряжения представляет собой потерянную часть электроэнергии и должно быть максимально низким. Падение напряжения может составлять 15-30% от напряжения питания, что является огромной потерей. Рассеиваемая мощность также создает высокую тепловую нагрузку на схему драйвера.

Линейные источники питания в целом обеспечивают плохое подавление пульсаций, поскольку эти схемы разработаны с учетом небольшого бюджета. Добавление подавителей пульсаций подорвало бы экономическое преимущество этой технологии, а также сделало бы коррекцию коэффициента мощности большой проблемой. Таким образом, светодиодная лампа, в которой используется линейный источник питания, может производить высокий процент мерцания, что не подходит для приложений с ограниченными визуальными требованиями. Помимо преимущества низкой стоимости, отсутствие электромагнитных помех, возможность встроенного драйвера (DOB) и высокая надежность схемы являются наиболее привлекательными сторонами линейных источников питания.

Контроль выходного напряжения

Работа источника питания в режиме постоянного тока не означает, что его выходное напряжение не ограничено. Источник питания постоянного тока предназначен для выработки фиксированного выходного тока независимо от колебаний напряжения. Однако при чрезмерном увеличении сопротивления нагрузки выходное напряжение должно соответственно увеличиваться, чтобы компенсировать это изменение и поддерживать выходной ток на постоянном уровне. Более того, обрыв цепи может произойти при выходе из строя одного светодиода в цепочке последовательно соединенных светодиодов.Компенсация нагрузки и разомкнутые цепи могут привести к тому, что выходное напряжение превысит номинальное напряжение ИС или других компонентов дискретной схемы. Следовательно, защита от перенапряжения требуется в цепях постоянного тока, особенно в импульсных регуляторах повышения напряжения.

constant% 20current% 20charge — определение английского языка, грамматика, произношение, синонимы и примеры

Таким образом, угол проводимости и частота переключения переключающего элемента изменяются одновременно, в результате чего обеспечивается постоянное регулирование напряжения на выходе постоянного тока вторичной стороны преобразователя.

патенты-wipo

Один из основных уроков реализации Конвенции в течение # лет заключается в том, что Конвенция требует постоянного внимания на национальном уровне и со стороны государств-участников коллективно.

MultiUn

1) Скорость оборота свободных жирных кислот в плазме и скорость этерификации свободных жирных кислот в плазме до триглицеридов плазмы оценивали у шести здоровых людей с помощью постоянной инфузии пальмитиновой кислоты-9,10-h4 во время внутривенной инфузии глюкозы. (0.5 г / мин) или глюкозы и норадреналина (0,25 мкг / мин / кг).

спрингер

Несмотря на постоянных усилий международного сообщества и сторон в регионе, в частности, в Египте, гуманитарная ситуация на оккупированной палестинской территории ухудшилась, а принятые резолюции не выполняются.

MultiUn

Требовалось лет постоянного давления , прежде чем Израиль и его ополченцы позволили Международному комитету Красного Креста (МККК) допускаться в лагерь и до того, как членам семьи разрешили посетить своих сыновей и родственников, содержащихся там под стражей.

MultiUn

Важно помнить, что эти планы не статичны и требуют постоянной оценки , чтобы всегда быть эффективными.

Обычное сканирование

Связанная проблема заключается в отслеживании компонентов, поскольку все ребра удаляются из графа одно за другим; существует алгоритм для решения этой проблемы с постоянным временем на запрос и временем O (| V || E |) для поддержания структуры данных; это амортизированная стоимость O (| V |) за удаление ребра.

WikiMatrix

В способе производства полимера с постоянной диэлектрической проницаемостью обеспечивается термореактивный мономер, в котором термореактивный мономер имеет каркасное соединение или структуру арильного ядра и множество ответвлений, которые ковалентно связаны с каркасным соединением или структурой ядра.

патенты-wipo

b is # x # (эмпирическая константа ), кг / мс

MultiUn

Дорогие сестры, перед вами лежит обширное поле деятельности: сделайте своей задачей подготовиться с соответствующей и постоянной формацией .

vatican.va

Ток, подаваемый в газоразрядную лампу (100), представляет собой переменный ток, имеющий заданную частоту от схемы инвертора (70), и его управление мощностью осуществляется путем изменения настройки тока (сигнала установки) схемы прерывателя (40), составляющей цепь постоянного тока .2, что постоянная , умноженная на интеграл от dtheta или theta.

QED

А как насчет ее нытья и постоянной потребности во внимании?

opensubtitles2

Затем рассчитывается скорость поглощения , константа (k1) с учетом k2 и значения Cf, которое выводится из кривой поглощения (см. Также Приложение 5).

ЕврЛекс-2

Погашение постоянными платежами годовых

ЕврЛекс-2

Удерживающая рамка (14) предотвращает случайное опорожнение устройства из мочевого пузыря, и она предпочтительно имеет пружину , постоянную , выбранную для того, чтобы устройство эффективно оставалось в мочевом пузыре во время мочеиспускания, сводя к минимуму раздражение мочевого пузыря.

патенты-wipo

Правда, в качестве побочного продукта я стану мега-богатым и буду вынужден иметь постоянный секс с этой женщиной из Джонсона, но это жертва, на которую я готов пойти.

opensubtitles2

Он добавил, что эффективные судебные процедуры предпочтительнее, чем правозащитные учреждения, но что этот вопрос находится под постоянным контролем .

UN-2

Жидкие пробы разделяются между большей скважиной и отверстием для отбора проб, так что относительно постоянных объема жидкости остается в отверстии для отбора проб даже при изменении объема жидкости в более крупной лунке.

патенты-wipo

(b) сумма вознаграждения, относящаяся к каждому периоду, составляет постоянных пропорций заработной платы, с которой связано вознаграждение.

ЕврЛекс-2

PhI50 LPS, константа скорости адсорбции , константа со штаммом PAO и морфология бляшек этих пяти фагов были весьма схожими.

Гига-френ

Распространение согласованных в рамках Союза тем переписей в постоянной сетке и , в частности в сетке 1 км2, является ключевым европейским статистическим продуктом для будущих стратегий разработки политики и проведения переписей в государствах-членах.

Eurlex2019

Это постоянное движение сводит Николаса с ума от удовольствия, от которого по спине пробегает дрожь.

Обычное сканирование

Я нанес на карту звезды, и они всегда постоянные

opensubtitles2

Был проведен ряд анализов для определения влияния загрузки катализатора, температуры и молярного отношения (кислота / спирт) на химическое равновесие , константа .

scielo-abstract

Источник постоянного напряжения

— обзор

4.8 Модуляция мощности системы дуговой сварки

Из-за динамического поведения дуги ток и напряжение непрерывно изменяются во время дуговой сварки. Мощность дуги регулируется сварочным током и напряжением. Ток положительно влияет на скорость плавления расходуемого электрода, наполнителя и основных материалов [111]. Напряжение влияет на длину дуги и сварочный ток [72]. Источник питания постоянного тока обычно используется для GTAW или PAW, тогда как источник питания постоянного напряжения используется для процесса GMAW.В GTAW или PAW ток задается заранее, и любые изменения сварочного тока из-за изменения длины дуги не критичны из-за использования неплавящегося электрода и отдельно используемого присадочного материала. В GMAW предварительно устанавливаются напряжение и скорость подачи проволоки, а сварочный ток регулируется скоростью подачи проволоки [72]. Изменение скорости подачи проволоки изменяет длину дуги и напряжение дуги, которые, в свою очередь, изменяют ток дуги и скорость плавления электрода для поддержания равновесной длины дуги.

Обычная GTAW обычно выполняется с источником питания переменного тока, потому что это предотвращает перегрев электрода, удаляет оксиды во время положительной фазы и глубоко нагревает заготовку во время отрицательной фазы. Источник переменного тока также используется в процессе GTAW с гибридным лазером [86,111]. Использование источника постоянного тока в гибридном CO ₂ лазере GTAW приводит к более высокому потреблению энергии и увеличению срока службы электродов [56]. Источник питания постоянного тока с положительным электродом используется в обычном процессе GMAW, а также в гибридном лазерном процессе GMAW, который увеличивает скорость осаждения [112].Использование импульсного режима в обоих процессах, гибридных лазерных GTAW или гибридных лазерных GMAW, снижает количество брызг и зоны термического влияния. Ширина импульса и частота импульсов являются дополнительными параметрами, которые необходимо контролировать при использовании импульсного тока [70]. Ширина импульса определяет длительность импульса (пиковый ток), а также влияет на размер металлической капли и ширину дугового конуса [113]. Частота импульсов регулирует общий подвод тепла к зоне сварного шва [34]. Импульсная дуговая сварка в сочетании с импульсным лазером также может использоваться для гибридной лазерной дуговой сварки [51].

Режим переноса металла является важным фактором, на который влияют мощность дуги, вылет электрода и диаметр электрода, расстояние от лазера до дуги, а также состав защитного газа и давление газа [39,106]. При дуговой сварке наблюдаются три различных режима переноса металла: перенос / распыление, гравитационный / глобулярный перенос и перенос при коротком замыкании [12]. Величины и направления электромагнитной силы и силы сопротивления плазмы, действующей на каплю, влияют на поведение капель [114,115].Температурное поле, структура потока жидкости и геометрия сварочной ванны сильно зависят от процесса столкновения капель из-за передачи массы, энергии и количества движения в сварочную ванну [116]. Перенос распылением более предпочтителен при гибридной лазерной дуговой сварке, чтобы обеспечить глубокое проплавление из-за высокого тепловложения на единицу длины при поддержании высокой скорости сварки [98]. Более низкая турбулентность сварочной ванны наблюдается при использовании переноса металла в режиме распыления из-за выброса мелких капель присадки в сварочную ванну [117].Использование импульсного тока улучшает передачу режима распыления металла, поскольку использование пикового тока при небольшой длительности импульса и частоте импульсов влияет на образование металлических капель и часто отрывает их, что снижает вероятность образования более крупных капель, что является характерной особенностью гравитационного переноса [ 70]. Режим глобулярного переноса металла наблюдается для небольшого расстояния между лазером и электродом, в то время как режим распыления достигается при увеличении расстояния разделения [118].

Отношение мощности лазера к мощности дуги также является важным фактором для гибридной лазерной дуговой сварки, который влияет на геометрию сварного шва, металлургические свойства сварного шва, остаточные напряжения и характер деформации [9,59,83].Это уравновешивает влияние лазерного луча и дуги на общую сварочную ванну. Более высокий коэффициент энергии обеспечивает узкий и глубокий сварной шов и увеличивает скорость сварки [83]. Размер сварного шва увеличивается с увеличением мощности дуги до достижения устойчивого состояния.

No related posts.