Электричество шаг за шагом
- Автор: Сворень Рудольф Анатольевич
- Год: 2019
- Язык: русский
- Год: "ДМК Пресс"
- ISBN: 978-5-97060-604-9
- Жанр: Детское образовательние
Электронная книга - «Электричество шаг за шагом». Краткое содержание книги:
Используя 400 специально разработанных иллюстраций, автор рассказывает об истории изучения электричества, о сложившихся основных системах постоянного и переменного тока и о той важной роли, которая досталась электричеству в энергетике нашего мира.
Рудольф Анатольевич Сворень — автор многих популярных книг о физике и электронике, известный научный журналист, радиоинженер и кандидат педагогических наук, много лет проработавший в редакции журнала “Наука и жизнь” заместителем главного редактора.
Цепи, в которых происходит сортировка и разделение токов разных частот, называются фильтрами (Р-69). Обычно это не очень большие цепи, чаще всего они состоят из нескольких элементов, в числе которых, конечно, конденсатор или катушка или оба реактивных элемента одновременно. Схемы фильтров разнообразны, но в них всегда используются одни и те же принципы, которые можно хорошо увидеть на простейших примерах.
ВК-171. Если диод подключён к батарее так, что заряды идут к pn-переходу, то их «плюс» и «минус» как бы нейтрализуют друг друга, и в переход приходят всё новые и новые заряды — через диод и во всей цепи идёт ток. Если сменить полярность батареи, то заряды оттянутся от pn-перехода, сопротивление диода резко возрастёт и ток в цепи практически прекратится. А отсюда вывод: полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, он пропускает ток только в одну сторону.
Р-67. ВЕЛИКОЕ ДЕЛО СПРЯТАНО В МИКРОТАБЛИЦЕ. Мы так подробно говорим о синусоиде потому, что переменный ток, который производит электроэнергетика — это синусоидальный ток, он меняется 50 раз в секунду (это частота переменного тока, принятая в нашей стране и не только в ней; в США, Великобритании, Индии и других странах частота немного больше — 60 полных изменений в секунду). Причем ток в сети (э.д.с., напряжение) меняется точно так же, как меняется длина линии синуса (1) при вращении радиуса в круге. Тем, кто занимается переменным током, полезно иметь таблицу значений sin а для разных углов а. Упрощённый вариант такой таблицы (2) приведён на рисунке, для углов от 180 до 360 градусов, все значения sin а — отрицательные, так отмечается и то, что ток сменил направление.
Фильтры бывают параллельные и последовательные. В последовательных фильтрах реактивный элемент вместе с нагрузкой образует делитель напряжения, и чем больше сопротивление реактивного элемента (конденсатор, катушка), тем меньшая часть общего напряжения достаётся нагрузке. Поэтому в простом последовательном RC-фильтре с увеличением частоты напряжение на нагрузке растёт, а в RL-фильтре — падает. То есть последовательный ёмкостный фильтр ослабляет низкие частоты и пропускает высокие, а индуктивный — наоборот.
В параллельном RC-фильтре конденсатор шунтирует нагрузку тем сильнее, чем выше частота. То есть конденсатор фильтра отводит от нагрузки переменные токи более высоких частот. У параллельного RL-фильтра с ростом частоты индуктивное сопротивление катушки растёт, и она всё меньше шунтирует нагрузку. Иными словами, такой фильтр отводит от нагрузки токи сравнительно низких частот, и ей достаются в основном высокочастотные токи.
В выпрямителе, для того чтобы пропустить к нагрузке только постоянную составляющую, используют параллельный фильтр с конденсатором и последовательный с катушкой. Первый из них шунтирует нагрузку, отводит от неё переменный ток, второй не пропускает его к нагрузке. Чтобы лучше очистить постоянную составляющую от переменных токов, нередко используют многозвенные фильтры с R-, С- и L-элементами.
При выборе элементов фильтра, конечно, учитывается частота, на которой он должен работать. Так, например, если фильтр очищает от переменных составляющих выпрямленный сетевой ток, то конденсаторы должны иметь малое ёмкостное сопротивление на частоте 50 Гц, а для этого у них должна быть весьма большая ёмкость — десятки и сотни микрофарад. На высоких частотах (килогерцы, мегагерцы) ёмкость фильтра, как правило, может быть в сотни и тысячи раз меньше.
Т-148. Частотная характеристика — график, рассказывающий о том, как ведёт себя электрическая цепь на разных частотах. Представим себе, что в нашем распоряжении есть измерительный генератор переменной э.д.с., частоту которой можно плавно изменять поворотом ручки. Так же, например, как поворотом ручки мы меняем громкость звучания в приёмнике. Такие генераторы реально существуют, это широко распространённые приборы электротехнической и электронной лаборатории.
Если подключить к нашему измерительному генератору делитель напряжения из двух активных сопротивлений, то на всех частотах он будет делить общее напряжение Uг (напряжение, поступающее от генератора) в одной и той же пропорции. А вот в делителях, куда входят реактивные элементы (конденсатор и катушка), напряжение будет по-разному делиться на разных частотах, такие делители как раз и используются в качестве электрических фильтров. Об их поведении рассказывает график, который называется «частотная характеристика» — он показывает, как с изменением частоты меняется напряжение на элементах фильтра при неизменном напряжении на его входе. По схеме фильтра нетрудно представить себе его частотную характеристику и возможности использования.