Impulzný prúd

V rôznych elektronických zariadeniach, napríklad v elektronických a polovodičových zariadeniach, t. j. v zosilňovačoch, usmerňovačoch, rádiách, generátoroch, televízoroch, ako aj v uhlíkových mikrofónoch, telegrafoch a mnohých iných zariadeniach, sú široko používané zvlnené prúdy a napätia... aby sme neopakovali úvahy dvakrát, budeme sa baviť len o prúdoch, ale všetko, čo súvisí s prúdmi, platí aj pre napätia.

Pulzujúce prúdy, ktoré majú konštantný smer, ale menia svoju hodnotu, môžu byť rôzne. Niekedy sa aktuálna hodnota zmení z najvyššej na najnižšiu nenulovú hodnotu. V ostatných prípadoch sa prúd zníži na nulu. Ak obvod jednosmerného prúdu sa preruší pri určitej frekvencii, potom v niektorých časových intervaloch nie je v obvode žiadny prúd.

Na obr. 1 sú znázornené grafy rôznych vlnových prúdov. Na obr. 1, a, b, zmena prúdov nastáva podľa sínusová krivka, ale tieto prúdy by sa nemali považovať za sínusové striedavé prúdy, pretože smer (znamienko) prúdu sa nemení. Na obr.1, c znázorňuje prúd pozostávajúci zo samostatných impulzov, t. j. krátkodobých "šokov" prúdu, oddelených od seba pauzami s väčším alebo kratším trvaním, a často sa nazýva impulzný prúd. Rôzne impulzné prúdy sa navzájom líšia tvarom a trvaním impulzov, ako aj rýchlosťou opakovania.

Pulzujúci prúd akéhokoľvek druhu je vhodné považovať za súčet dvoch prúdov – jednosmerného a striedavého, nazývaného termické alebo zložkové prúdy. Akýkoľvek pulzujúci prúd má jednosmerné a striedavé zložky. Mnohým sa to zdá zvláštne. V skutočnosti je pulzujúci prúd prúd, ktorý tečie stále jedným smerom a mení svoju hodnotu.

Ako zistíte, že obsahuje striedavý prúd, ktorý mení smer? Ak však dva prúdy — jednosmerný a striedavý — prechádzajú súčasne cez ten istý vodič, ukáže sa, že v tomto vodiči bude prúdiť pulzujúci prúd (obr. 2). V tomto prípade by amplitúda striedavého prúdu nemala prekročiť hodnotu jednosmerného prúdu. Priame a striedavé prúdy nemôžu prúdiť oddelene cez drôt. Pridávajú sa k všeobecnému toku elektrónov, ktorý má všetky vlastnosti pulzujúceho prúdu.

Ryža. 1. Grafy rôznych vlnových prúdov

Pridanie striedavého a jednosmerného prúdu môže byť znázornené graficky. Na obr. 2 sú znázornené grafy jednosmerného prúdu rovného 15 mA a striedavého prúdu s amplitúdou 10 mA. Ak spočítame hodnoty týchto prúdov pre jednotlivé body v čase, berúc do úvahy smery (znamenia) prúdov, dostaneme graf vlnových prúdov znázornený na obr. 2 s hrubou čiarou. Tento prúd sa pohybuje od nízkej hodnoty 5 mA po vysokú hodnotu 25 mA.

Uvažovaný súčet prúdov potvrdzuje platnosť zobrazenia pulzujúceho prúdu ako súčtu jednosmerných a striedavých prúdov. Správnosť tohto znázornenia potvrdzuje aj fakt, že pomocou niektorých zariadení je možné zložky tohto prúdu od seba oddeliť.

Ryža. 2. Získanie pulzujúceho prúdu pridaním jednosmerného a striedavého prúdu.

Je potrebné zdôrazniť, že každý prúd môže byť vždy reprezentovaný ako súčet niekoľkých prúdov. Napríklad prúd 5 A možno považovať za súčet prúdov 2 a 3 A tečúcich jedným smerom alebo súčet prúdov 8 a 3 A tečúcich rôznymi smermi, teda inými slovami za rozdiel medzi prúdmi 8 a 3 A. Nie je ťažké nájsť iné kombinácie dvoch alebo viacerých prúdov s celkovým prúdom 5 A.

Tu je úplná podobnosť s princípom sčítania a rozkladu síl. Ak na akýkoľvek predmet pôsobia dve rovnako smerované sily, môžu byť nahradené jednou spoločnou silou. Sily pôsobiace v opačných smeroch môžu byť nahradené jednotkovým rozdielom. Naopak, danú silu možno vždy považovať za súčet zodpovedajúcich rovnako smerujúcich síl alebo za rozdiel medzi opačne smerovanými silami.

Nie je potrebné rozkladať jednosmerné alebo sínusové striedavé prúdy na prúdy zložiek. Ak nahradíme pulzujúci prúd súčtom jednosmerných a striedavých prúdov, potom aplikáciou známych zákonov jednosmerných a striedavých prúdov na tieto zložkové prúdy je možné vyriešiť mnohé problémy a urobiť potrebné výpočty súvisiace s pulzujúcim prúdom.

Koncepcia pulzujúceho prúdu ako súčtu jednosmerných a striedavých prúdov je konvenčná.Samozrejme, nemožno predpokladať, že v určitých časových intervaloch po drôte k sebe skutočne prúdi jednosmerný a striedavý prúd. V skutočnosti neexistujú dva opačné toky elektrónov.

V skutočnosti je pulzujúci prúd jediný prúd, ktorý v priebehu času mení svoju hodnotu. Je správnejšie povedať, že pulzujúce napätie alebo pulzujúce EMF môžu byť reprezentované ako súčet konštantných a premenných zložiek.

Napríklad na obr. 2 ukazuje, ako algebraicky sa konštanta emf jedného generátora pridáva k premennej emf iného generátora. V dôsledku toho máme pulzujúci EMF, ktorý spôsobuje zodpovedajúci pulzujúci prúd. Podmienečne však možno uvažovať, že konštantný EMF vytvára v obvode jednosmerný prúd a striedavý EMF - striedavý prúd, ktorý po súčte tvorí pulzujúci prúd.

Každý pulzujúci prúd môže byť charakterizovaný maximálnymi a minimálnymi hodnotami Itax a Itin, ako aj jeho konštantnými a premenlivými zložkami. Konštantná zložka je označená I0. Ak je striedavou zložkou sínusový prúd, potom jeho amplitúdu označujeme It (všetky tieto veličiny sú znázornené na obr. 2).

Nemalo by sa zamieňať s It a Itax. Maximálna hodnota prúdovej vlny Imax by sa tiež nemala nazývať amplitúda. Pojem amplitúda sa zvyčajne vzťahuje len na striedavé prúdy. Čo sa týka pulzujúceho prúdu, môžeme hovoriť len o amplitúde jeho premennej zložky.

Konštantnú zložku pulzujúceho prúdu možno nazvať jeho priemernou hodnotou Iav, to znamená aritmetickou priemernou hodnotou. V skutočnosti, ak vezmeme do úvahy zmeny v jednej perióde pulzujúceho prúdu znázorneného na obr.2 je jasne vidieť nasledovné: v prvej polovici cyklu sa k prúdu 15 mA pripočíta množstvo hodnôt zmenou zložky prúdu, ktoré sa mení od 0 do 10 mA a späť na 0, a v druhej polovici -cykle, presne rovnaké hodnoty prúdu sa odpočítajú od prúdu 15 mA.

Preto je prúd 15 mA skutočne priemernou hodnotou. Keďže prúd je prenos elektrických nábojov cez prierez vodiča, potom Iav je hodnota takého jednosmerného prúdu, ktorý za jednu periódu (alebo za celý počet periód) prenesie rovnaké množstvo elektriny ako tento pulzujúci prúd. .

Pre sínusový striedavý prúd je hodnota Iav za periódu nulová, pretože množstvo elektriny prejdenej prierezom vodiča za jednu polperiódu sa rovná množstvu elektriny prejdenej v opačnom smere počas ďalšej polperiódy. Na grafoch prúdov znázorňujúcich závislosť prúdu i na čase t je množstvo elektriny prenášanej prúdom vyjadrené plochou obrazca ohraničeného prúdovou krivkou, pretože množstvo elektriny je určené produkt, ktorý to .

Pre sínusový prúd sú plochy kladných a záporných polovičných vĺn rovnaké.V pulzujúcom prúde znázornenom na obr. 2, počas prvej polovice periódy sa množstvo elektriny prenášanej AC zložkou pripočítava k množstvu elektriny prenášanej prúdom Iav (tieňovaná oblasť na obrázku). A počas druhej polovice cyklu sa odoberie presne rovnaké množstvo elektriny. Výsledkom je, že počas celého obdobia sa prenáša rovnaké množstvo elektriny ako pri jednom jednosmernom prúde Iav, to znamená, že plocha obdĺžnika Iav T sa rovná ploche ohraničenej krivkou vlnového prúdu.

Konštantná zložka alebo priemerná hodnota prúdu je teda určená prenosom elektrických nábojov cez prierez drôtu.

Prúdová rovnica znázornená na obr. 2 by mal byť samozrejme napísaný v tejto forme:

Výkon pulzujúceho prúdu sa musí vypočítať ako súčet výkonov jeho zložiek. Napríklad, ak prúd znázornený na obr. 2, prechádza cez odpor odporu R, potom je jeho výkon

kde I = 0,7 Im je efektívna hodnota variabilnej zložky.

Môžete zaviesť koncept efektívnej hodnoty vlnového prúdu Id. Výkon sa vypočíta obvyklým spôsobom:

Prirovnaním tohto výrazu k predchádzajúcemu a jeho zmenšením pomocou R dostaneme:

Rovnaké vzťahy možno získať pre stresy.