Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Транзисторы
В переводе на русский «шунт» означает «обходной путь». Так называют резистор или другой элемент, подключаемый параллельно какому-либо участку цепи. Через шунт, естественно, идет часть тока, и, чем меньше шунтирующее сопротивление, тем больший ток ответвится в него, тем меньшая часть тока пойдет через шунтируемый участок цепи. Напряжение на резисторах, соединенных параллельно, всегда одинаково, а их общее сопротивление меньше наименьшего (Воспоминание № 6).
Если вы хотите убедиться в том, что усвоили понятия «делитель» и «шунт», попробуйте составить несколько эквивалентных схем (все детали представлены резисторами) уже знакомой нам цепи (рис. 41, листок А), состоящей из лампочек, выключателей и диодов. Составьте эквивалентные схемы этой цепи для всех возможных комбинаций включения и выключения Вк1 и Вк2, причем для обоих полупериодов. При этом считайте, что прямое сопротивление диода равно 2 ом, обратное — 20 ком и сопротивление лампочки — 200 ом.
ВОСПОМИНАНИЕ № 9. ГЕНЕРАТОР И НАГРУЗКА.
Пекарь, выпекающий хлеб, обязательно должен и сам чего-нибудь поесть. Так и генератор, вырабатывающий электрическую энергию, часть ее расходует на свои внутренние нужды. Можно сказать, что внутреннее сопротивление генератора Rг вместе с сопротивлением нагрузки Rн образует делитель (Воспоминание № 7): чем больше Rн по сравнению с Rг, тем большая часть э. д. с. достается нагрузке. Об этом можно сказать и иначе: чем меньше Rн, тем больше потребляемый от генератора ток, тем больше падение напряжения на Rг и, следовательно, меньше напряжение на выходе генератора.
Попробуйте постепенно увеличивать число лампочек, подключаемых параллельно батарейке карманного фонаря. Вы увидите, что, чем больше лампочек, тем более тускло горит каждая из них. Происходит это потому, что потребляемый ток растет, возрастают потери на внутреннем сопротивлении батареи и напряжение на ее зажимах падает. Естественно, что напряжение на выходе генератора зависит и от самого внутреннего сопротивления.
Пример. У старых батареек Rг сильно возрастает, и напряжение, которое дает такая батарея под нагрузкой, уменьшается. В то же время при отключенной нагрузке, когда ток через Rг практически не идет, вольтметр показывает у старых батарей нормальную э. д. с. (ток, потребляемый самим вольтметром, мал, и мы его не учитываем).
Все, о чем сейчас говорилось, относится к генератору в широком смысле слова. Генератором можно считать всякий элемент цепи, передающий энергию своему соседу независимо от того, как была получена эта энергия. Генератор — это и гальванический элемент, и антенна приемника, и транзисторный усилитель, и колебательный контур, и электрическая сеть. Во всех случаях нужно учитывать и то, что генератор отдает, и то, что теряется в нем самом; нужно учитывать и соотношение сопротивлений потребителя и самого генератора.
ВОСПОМИНАНИЕ № 10. ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК.
Генератор, на зажимах которого «плюс» и «минус» непрерывно меняются местами, дает переменное напряжение. А под действием переменного напряжения в цепи протекает переменный ток — заряды двигаются «туда» и «обратно». Для многих элементов (например, для лампочки, электроплитки, холодильника) совершенно безразлично, куда двигаются заряды, меняется ли их направление или остается неизменным. Главное — чтобы заряды двигались и работали. Но, конечно же, многие элементы электрических цепей совершенно по-разному ведут себя при постоянном и переменном токе. Более того, поведение многих элементов зависит от параметров (характеристик) переменного тока.
ВОСПОМИНАНИЕ № 11. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (НАПРЯЖЕНИЯ).
Период. Это время, в течение которого ток проходит полный цикл изменений. Измеряется в секундах. Иногда удобно вести речь о полупериодах, которые условно называют положительным и отрицательным.
Частота — число периодов в секунду. Измеряется в герцах (гц), килогерцах (кгц), мегагерцах (Мгц) и т. д. 1 гц = 1 период за 1 сек.
Амплитуда — наибольшее значение напряжения, тока или мощности. Измеряется соответственно в вольтах, амперах и ваттах. Напряжение и ток дважды за период достигают амплитудного значения — во время положительного и отрицательного полупериодов.
Мгновенное значение напряжения, тока, мощности. Посмотрев на часы и точно заметив момент времени, можно (по крайней мере, в мысленном опыте) измерить ток именно для этого момента. Это и будет мгновенное значение тока (напряжения, мощности). Естественно, для разных моментов времени мгновенные значения различны — на то у нас и переменный ток.
Форма кривой. Официально ее не числят в параметрах переменного тока. А зря. Судить о форме кривой, то есть о характере изменения тока (напряжения), можно по его графику. А точное описание формы переменного тока (напряжения) может дать спектр — набор синусоидальных составляющих (см. стр. 60).
Эффективное значение напряжения и тока. Амплитуда говорит о наибольшей работе, которую может выполнить переменный ток. Но ведь амплитудные значения бывают редко. Чтобы судить о работоспособности тока не в один какой-нибудь момент, а в течение длительного времени, вводится еще одна характеристика — эффективное значение тока. Оно указывает, какой величины нужно пустить в цепь постоянный ток, чтобы он работал так же, как и протекающий там переменный. Эффективное значение, как правило, меньше амплитуды, а вот на сколько меньше, это зависит уже от формы кривой, точнее, от того, каков переменный ток в интервалах между амплитудами. Для синусоидального переменного тока и напряжения (обратите внимание — только для синусоидального!) эффективный ток (напряжение) составляет 70 % амплитуды, или иначе — амплитуда на 30 % больше эффективного значения. Когда речь идет об электрических приборах или сети переменного напряжения, то приводят только эффективные токи и напряжения. Иными словами, в сети 220 в амплитуда достигает 310 в; в сети 127 в — около 180 в.
Фаза. Чтобы всякий раз не путаться с тысячными, сотыми или миллионными долями секунды, удобно разбить весь период, независимо от того, сколько он длится, на условные единицы времени — градусы. Весь период делят на 360°. При этом половина периода, естественно, равна 180°, четверть периода — 90° и т. д. Момент времени, соответствующий какому-нибудь определенному мгновенному значению тока (напряжения), называется фазой мгновенного значения. Так, например, на нашем графике А фаза положительной амплитуды — 90°, фаза отрицательной амплитуды — 270°, фазы нулевых значений — 0°, 180° и 360°, фаза помеченного на графике значения I1 составляет 45°. Точно так же можно было бы отметить фазы и любого другого значения тока и напряжения. Ток и напряжение на этом графике изменяются синфазно — положительные и отрицательные амплитуды наступают у них в одни и те же моменты времени. Но так бывает не всегда.
ВОСПОМИНАНИЕ № 12. СДВИГ ФАЗ.
Подключим к щей нагрузке два генератора. Их переменные напряжения могут действовать согласованно (в фазе), а могут действовать и не согласованно — со сдвигом фаз. В самом страшном случае генераторы просто работают друг против друга. Положительная амплитуда у одного из них появляется на позже, чем у другого, или, иными словами, напряжения сдвинуты по фазе на 180°. Возможны и другие сдвиги фаз между разными напряжениями, а кроме того, возможен сдвиг между переменным током и создавшим его переменным напряжением.
ВОСПОМИНАНИЕ № 13. КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ток через конденсатор, этим и объясняется уменьшение хс с ростом частоты. Теперь посмотрите на график синусоидального напряжения: быстрей всего оно меняется, когда проходит через ноль, и именно в эти моменты в конденсаторе наблюдается амплитуда тока. Когда напряжение приближается к своей амплитуде, оно растет все медленнее, наконец как бы замирает на миг и начинает уменьшаться.
Вот именно во время этого «замирания» ток в цепи становится равным нулю, а затем меняет свое направление. Вывод: положительная амплитуда тока наступает на четверть периода раньше, чем положительная амплитуда напряжения, то есть ток через конденсатор опережает напряжение на нем на 90°.
