Определить входное сопротивление rab

Определить входное сопротивление rab

Задача 1.1. Генератор постоянного тока бортовой сети самолета при токе 20 А имеет на зажимах напряжение 200 В, а при токе 60 А – 196 В. Определить внутреннее сопротивление и ЭДС источника электрической энергии. Построить внешнюю характеристику.

Генератор является реальным источником ЭДС и имеет схему замещения (рис.1.1.10 а). Основной характеристикой, связывающей напряжение на генераторе и ток нагрузки, является вольтамперная характеристика, называемая внешней характеристикой. Она описывается уравнением U = E RI и представляет собой прямую линию (рис. 1.1.10 ,б).

Заданы два рабочих режима (точки 1 и 2), описываемых этим уравнением, следовательно можно составить систему из этих двух уравнений, путем решения которой определить E и R:

Задача 1.2. Заданы параметры элементов электрической цепи Е, B, R1, Ом:

определить токи в ветвях;

определить показание вольтметра PV.

Цепь имеет один источник ЭДС, поэтому для определения токов в ветвях необходимо воспользоваться методом эквивалентных преобразований, т.е. сложное смешанное соединение приемников (рис. 1.1.11,а) путем поэтапных преобразований привести к простейшему виду (рис. 1.1.11,б)

Исходное направление токов в ветвях выбирают произвольно. Цепь имеет 5 ветвей и 3 узла. Вольтметр не создает пути для протекания тока, так как Rv, поэтому в расчетную схему его не включают.

1. Определение эквивалентного сопротивления Rэ.

Схема «сворачивается» к источнику ЭДС. Сопротивления R5 и R6 соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление определяется из условия:

или .

Сопротивление R4 соединено последовательно с R56

Сопротивления R2 и R3 соединены последовательно (представляют собой одну ветвь)

В результате проведенных преобразований схема имеет вид (рис. 1.3, а).

Сопротивления R23 и R456 соединены параллельно, так как имеют общие узлы а и с

Сопротивление R1 соединено с R23456 последовательно, это и будет эквивалентное сопротивление (рис. 1.1.12, б)

2. Определение токов в ветвях.

Ток, протекающий через источник,

Остальные токи определяются по I и II законам Кирхгофа.

Для контура, содержащего сопротивления R1, R2 и R3, можно составить уравнение по II закону Кирхгофа. Направление обхода выбирают произвольно, например, против часовой стрелки

.

Токи I5 и I6 можно определить аналогично токам I2 и I4 по законам Кирхгофа, или с точки зрения удобства воспользоваться формулами разброса

,

.

Эти формулы получены из условия, что токи в ветвях обратно – пропорциональны сопротивлениям рассматриваемых ветвей.

3.Определение показаний вольтметра pV.

Вольтметр можно заменить стрелкой напряжения Vвd произвольного направления (рис. 1.1.12). Для этого контура напряжений уравнение по II закону Кирхгофа имеет вид отсюда

.

Знак «минус» показывает, что выбранное направление напряжения ошибочно, истинное направление противоположно, а показание вольтметра pV составит 70 В.

4. Анализ результатов – составление баланса мощностей.

Для проверки правильности выполненного решения необходимо составить баланс мощностей – мощность, производимая источником, равна сумме мощностей, производимых приемниками

Баланс выполняется, значит токи определены верно.

Исходную схему (рис. 1.1.13, а) необходимо преобразовать к удобному виду. Линии аа и bb не имеют собственного сопротивления. Они соединяют равнопотенциальные точки, поэтому цепь имеет вид (рис. 1.5, б).

Эквивалентное сопротивление относительно точек аb равно:

Задача 1.4. Определить входное сопротивление цепи Rab.

Заземленные узлы в исходной схеме являются равнопотенциальными (=0), поэтому их можно «стянуть» в одну точку с; в результате образуется схема (рис. 1.1.14, б), в которой сопротивления R5 и R6 находятся между точками равного потенциала, ток через них не пойдет, поэтому они не будут влиять на входное сопротивление цепи Rab.

Заземленные узлы в исходной схеме являются равнопотенциальными (=0), поэтому их можно «стянуть» в одну точку с; в результате образуется схема (рис. 1.1.14, б), в котором сопротивления R5 и R6 находятся между точками равного потенциала, ток через них не пойдет, поэтому они не будут влиять на входное сопротивление цепи Rab.

.

Задача 1.5. В схеме измерительного моста заданы параметры электрической цепи E [В], Ri [Ом]. Определить ток I.

В исходной схеме измерительного моста (рис. 1.1.15,а) сопротивления R1, R2, R3, R4, R5 соединены между собой либо «звездой», либо «треугольником». Для определения эквивалентного сопротивления цепи необходимо один из треугольников преобразовать в звезду (рис. 1.1.15,б) либо наоборот. Используем готовые формулы такого преобразования

Сопротивления R51 и R4, а также R25 и R3 оказались соединенными последовательно, их эквивалентные сопротивления равны:

В результате эквивалентное сопротивление цепи (рис. 1.1.15, в) составит:

.

Ток, потребляемый измерительной схемой

Задача 1.6. Определить показания вольтметра pV (рис.1.1.16) и указать, в каких режимах работают источники ЭДС (Ri, Ом, Ej, B).

Задача 1.1. Генератор постоянного тока бортовой сети самолета при токе 20 А имеет на зажимах напряжение 200 В, а при токе 60 А – 196 В. Определить внутреннее сопротивление и ЭДС источника электрической энергии. Построить внешнюю характеристику.

Генератор является реальным источником ЭДС и имеет схему замещения (рис.1.1.10 а). Основной характеристикой, связывающей напряжение на генераторе и ток нагрузки, является вольтамперная характеристика, называемая внешней характеристикой. Она описывается уравнением U = E RI и представляет собой прямую линию (рис. 1.1.10 ,б).

Читайте также:  Чем растворить полиуретановый лак

Заданы два рабочих режима (точки 1 и 2), описываемых этим уравнением, следовательно можно составить систему из этих двух уравнений, путем решения которой определить E и R:

Задача 1.2. Заданы параметры элементов электрической цепи Е, B, R1, Ом:

определить токи в ветвях;

определить показание вольтметра PV.

Цепь имеет один источник ЭДС, поэтому для определения токов в ветвях необходимо воспользоваться методом эквивалентных преобразований, т.е. сложное смешанное соединение приемников (рис. 1.1.11,а) путем поэтапных преобразований привести к простейшему виду (рис. 1.1.11,б)

Исходное направление токов в ветвях выбирают произвольно. Цепь имеет 5 ветвей и 3 узла. Вольтметр не создает пути для протекания тока, так как Rv, поэтому в расчетную схему его не включают.

1. Определение эквивалентного сопротивления Rэ.

Схема «сворачивается» к источнику ЭДС. Сопротивления R5 и R6 соединены параллельно, их эквивалентное сопротивление определяется из условия:

или .

Сопротивление R4 соединено последовательно с R56

Сопротивления R2 и R3 соединены последовательно (представляют собой одну ветвь)

В результате проведенных преобразований схема имеет вид (рис. 1.3, а).

Сопротивления R23 и R456 соединены параллельно, так как имеют общие узлы а и с

Сопротивление R1 соединено с R23456 последовательно, это и будет эквивалентное сопротивление (рис. 1.1.12, б)

2. Определение токов в ветвях.

Ток, протекающий через источник,

Остальные токи определяются по I и II законам Кирхгофа.

Для контура, содержащего сопротивления R1, R2 и R3, можно составить уравнение по II закону Кирхгофа. Направление обхода выбирают произвольно, например, против часовой стрелки

.

Токи I5 и I6 можно определить аналогично токам I2 и I4 по законам Кирхгофа, или с точки зрения удобства воспользоваться формулами разброса

,

.

Эти формулы получены из условия, что токи в ветвях обратно – пропорциональны сопротивлениям рассматриваемых ветвей.

3.Определение показаний вольтметра pV.

Вольтметр можно заменить стрелкой напряжения Vвd произвольного направления (рис. 1.1.12). Для этого контура напряжений уравнение по II закону Кирхгофа имеет вид отсюда

.

Знак «минус» показывает, что выбранное направление напряжения ошибочно, истинное направление противоположно, а показание вольтметра pV составит 70 В.

4. Анализ результатов – составление баланса мощностей.

Для проверки правильности выполненного решения необходимо составить баланс мощностей – мощность, производимая источником, равна сумме мощностей, производимых приемниками

Баланс выполняется, значит токи определены верно.

Исходную схему (рис. 1.1.13, а) необходимо преобразовать к удобному виду. Линии аа и bb не имеют собственного сопротивления. Они соединяют равнопотенциальные точки, поэтому цепь имеет вид (рис. 1.5, б).

Эквивалентное сопротивление относительно точек аb равно:

Задача 1.4. Определить входное сопротивление цепи Rab.

Заземленные узлы в исходной схеме являются равнопотенциальными (=0), поэтому их можно «стянуть» в одну точку с; в результате образуется схема (рис. 1.1.14, б), в которой сопротивления R5 и R6 находятся между точками равного потенциала, ток через них не пойдет, поэтому они не будут влиять на входное сопротивление цепи Rab.

Заземленные узлы в исходной схеме являются равнопотенциальными (=0), поэтому их можно «стянуть» в одну точку с; в результате образуется схема (рис. 1.1.14, б), в котором сопротивления R5 и R6 находятся между точками равного потенциала, ток через них не пойдет, поэтому они не будут влиять на входное сопротивление цепи Rab.

.

Задача 1.5. В схеме измерительного моста заданы параметры электрической цепи E [В], Ri [Ом]. Определить ток I.

В исходной схеме измерительного моста (рис. 1.1.15,а) сопротивления R1, R2, R3, R4, R5 соединены между собой либо «звездой», либо «треугольником». Для определения эквивалентного сопротивления цепи необходимо один из треугольников преобразовать в звезду (рис. 1.1.15,б) либо наоборот. Используем готовые формулы такого преобразования

Сопротивления R51 и R4, а также R25 и R3 оказались соединенными последовательно, их эквивалентные сопротивления равны:

В результате эквивалентное сопротивление цепи (рис. 1.1.15, в) составит:

.

Ток, потребляемый измерительной схемой

Задача 1.6. Определить показания вольтметра pV (рис.1.1.16) и указать, в каких режимах работают источники ЭДС (Ri, Ом, Ej, B).

Входное и выходное сопротивление является очень важным в электронике.

Предисловие

Ладно, начнем издалека… Как вы знаете, все электронные устройства состоят из блоков. Их еще часто называют каскады, модули, узлы и тд. В нашей статье будем использовать понятие “блок”. Например, источник питания, собранный по этой схеме:

состоит из двух блоков. Я их пометил в красном и зеленом прямоугольниках.

В красном блоке мы получаем постоянное напряжение, а в зеленом блоке мы его стабилизируем. То есть блочная схема будет такой:

Блочная схема – это условное деление. В этом примере мы могли бы даже взять трансформатор, как отдельный блок, который понижает переменное напряжение одного номинала к другому. Как нам удобнее, так и делим на блоки нашу электронную безделушку. Метод “от простого к сложному” полностью работает в нашем мире. На низшем уровне находятся радиоэлементы, на высшем – готовое устройство, например, телевизор.

Читайте также:  Свистулька из соленого теста

Ладно, что-то отвлеклись. Как вы поняли, любое устройство состоит из блоков, которые выполняют определенную функцию.

– Ага! Так что же получается? Я могу просто тупо взять готовые блоки и изобрести любое электронное устройство, которое мне придет в голову?

Да! Именно на это нацелена сейчас современная электроника 😉 Микроконтроллеры и конструкторы, типа Arduino, добавляют еще больше гибкости в творческие начинания молодых изобретателей.

На словах все выходит прекрасно, но всегда есть подводные камни, которые следует изучить, чтобы начать проектировать электронные устройства. Некоторые из этих камушков называются входным и выходным сопротивлением.

Думаю, все помнят, что такое сопротивление и что такое резистор. Резистор хоть и обладает сопротивлением, но это активное сопротивление. Катушка индуктивности и конденсатор будут уже обладать, так называемым, реактивным сопротивлением. Но что такое входное и выходное сопротивление? Это уже что-то новенькое. Если прислушаться к этим фразам, то входное сопротивление – это сопротивление какого-то входа, а выходное – сопротивление какого-либо выхода. Ну да, все почти так и есть. И где же нам найти в схеме эти входные и выходные сопротивления? А вот “прячутся” они в самих блоках радиоэлектронных устройств.

Входное сопротивление

Итак, имеем какой-либо блок. Как принято во всем мире, слева – это вход блока, справа – выход.

Как и полагается, этот блок используется в каком-нибудь радиоэлектронном устройстве и выполняет какую-либо функцию. Значит, на его вход будет подаваться какое-то входное напряжение Uвх от другого блока или от источника питания, а на его выходе появится напряжение Uвых (или не появится, если блок является конечным).

Но раз уж мы подаем напряжение на вход (входное напряжение Uвх), следовательно, у нас этот блок будет кушать какую-то силу тока Iвх.

Теперь самое интересное… От чего зависит Iвх ? Вообще, от чего зависит сила тока в цепи? Вспоминаем закон Ома для участка цепи :

Значит, сила тока у нас зависит от напряжения и от сопротивления. Предположим, что напряжение у нас не меняется, следовательно, сила тока в цепи будет зависеть от… СОПРОТИВЛЕНИЯ. Но где нам его найти? А прячется оно в самом каскаде и называется входным сопротивлением.

То есть, разобрав такой блок, внутри него мы можем найти этот резистор? Конечно же нет). Он является своего рода сопротивлением радиоэлементов, соединенных по схеме этого блока. Скажем так, совокупное сопротивление.

Как измерить входное сопротивление

Как мы знаем, на каждый блок подается какой-либо сигнал от предыдущего блока или это может быть даже питание от сети или батареи. Что нам остается сделать?

1)Замерить напряжение Uвх, подаваемое на этот блок

2)Замерить силу тока Iвх, которую потребляет наш блок

3) По закону Ома найти входное сопротивление Rвх.

Если у вас входное сопротивление получается очень большое, чтобы замерить его как можно точнее, используют вот такую схему.

Мы с вами знаем, что если входное сопротивление у нас большое, то входная сила тока в цепи у нас будет очень маленькая (из закона Ома).

Падение напряжения на резисторе R обозначим, как UR

Из всего этого получаем…

Когда мы проводим эти измерения, имейте ввиду, что напряжение на выходе генератора не должно меняться!

Итак, давайте посчитаем, какой же резистор нам необходимо подобрать, чтобы как можно точнее замерять это входное сопротивление. Допустим, что у нас входное сопротивление Rвх=1 МегаОм, а резистор взяли R=1 КилоОм. Пусть генератор выдает постоянное напряжение U=10 Вольт. В результате, у нас получается цепь с двумя сопротивлениями. Правило делителя напряжения гласит: сумма падений напряжений на всех сопротивлениях в цепи равняется ЭДС генератора.

В результате получается цепь:

Высчитываем силу тока в цепи в Амперах

Получается, что падение напряжения на сопротивлении R в Вольтах будет:

Грубо говоря 0,01 Вольт. Вряд ли вы сможете точно замерить такое маленькое напряжение на своем китайском мультиметре.

Какой отсюда вывод? Для более точного измерения высокого входного сопротивления надо брать добавочное сопротивление также очень большого номинала. В этом случае работает правило шунта: на бОльшем сопротивлении падает бОльшее напряжение, и наоборот, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение.

Измерение входного сопротивления на практике

Ну все, запарка прошла ;-). Давайте теперь на практике попробуем замерить входное сопротивление какого-либо устройства. Мой взгляд сразу упал на Транзистор-метр. Итак, выставляем на блоке питания рабочее напряжение этого транзистор-метра, то есть 9 Вольт, и во включенном состоянии замеряем потребляемую силу тока. Как замерить силу тока в цепи, читаем в этой статье. По схеме все это будет выглядеть вот так:

Читайте также:  Турбулизатор для котла своими руками

А на деле вот так:

Итак, у нас получилось 22,5 миллиАмпер.

Теперь, зная значение потребляемого тока, можно найти по этой формуле входное сопротивление:

Выходное сопротивление

Яркий пример выходного сопротивления – это закон Ома для полной цепи, в котором есть так называемое “внутреннее сопротивление”. Кому лень читать про этот закон, вкратце рассмотрим его здесь.

Что мы имели? У нас был автомобильный аккумулятор, с помощью которого мы поджигали галогенную лампочку. Перед тем, как цеплять лампочку, мы замеряли напряжение на клеммах аккумулятора:

И как только подсоединяли лампочку, у нас напряжение на аккумуляторе становилось меньше.

Разница напряжения, то есть 0,3 Вольта (12,09-11,79) у нас падало на так называемом внутреннем сопротивлении r 😉 Оно же и есть ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Его также называют еще сопротивлением источника или эквивалентным сопротивлением.

У всех аккумуляторов есть это внутреннее сопротивление r, и “цепляется” оно последовательно с источником ЭДС (Е).

Но только ли аккумуляторы и различные батарейки обладают выходным сопротивлением? Не только. Выходным сопротивлением обладают все источники питания. Это может быть блок питания, генератор частоты, либо вообще какой-нибудь усилитель.

В теореме Тевенина (короче, умный мужик такой был) говорилось, что любую цепь, которая имеет две клеммы и содержит в себе туеву кучу различных источников ЭДС и резисторов разного номинала можно привести тупо к источнику ЭДС с каким-то значением напряжения (Eэквивалентное) и с каким-то внутренним сопротивлением (Rэквивалентное).

Eэкв – эквивалентный источник ЭДС

Rэкв – эквивалентное сопротивление

То есть получается, если какой-либо источник напряжения питает нагрузку, значит, в источнике напряжения есть ЭДС и эквивалентное сопротивление, оно же выходное сопротивление.

В режиме холостого хода (то есть, когда к выходным клеммам не подцеплена нагрузка) с помощью мультиметра мы можем замерить ЭДС (E). С замером ЭДС вроде бы понятно, но вот как замерить Rвых ?

В принципе, можно устроить короткое замыкание. То есть замкнуть выходные клеммы толстым медным проводом, по которому у нас будет течь ток короткого замыкания Iкз.

В результате у нас получается замкнутая цепь с одним резистором. Из закона Ома получаем, что

Но есть небольшая загвоздка. Теоретически – формула верна. Но на практике я бы не рекомендовал использовать этот способ. В этом случае сила тока достигает бешеного значения, да вообще, вся схема ведет себя неадекватно.

Измерение выходного сопротивления на практике

Есть другой, более безопасный способ. Не буду повторяться, просто скопирую со статьи закон Ома для полной цепи, где мы находили внутреннее сопротивление аккумулятора. В той статье, мы к акуму цепляли галогенную лампочку, которая была нагрузкой R. В результате по цепи шел электрический ток. На лампочке и на внутреннем сопротивлении у нас падало напряжение, сумма которых равнялась ЭДС.

Итак, для начала замеряем напряжение на аккумуляторе без лампочки.

Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе Ur тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае E=12,09 Вольт.

Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем резисторе и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение UR=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило Ur=E-UR=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r:

Заключение

Входное и выходное сопротивление каскадов (блоков) в электронике играют очень важную роль. В этом мы убедимся, когда начнем рассматривать статью по согласованию узлов радиоэлектронных схем. Все качественные вольтметры и осциллографы также стараются делать с очень высоким входным сопротивлением, чтобы оно меньше сказывалось на замеряемый сигнал и не гасило его амплитуду.

С выходным сопротивлением все намного интереснее. Когда мы подключаем низкоомную нагрузку, то чем больше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение падает на внутреннем сопротивлении. То есть в нагрузку будет отдаваться меньшее напряжение, так как разница осядет на внутреннем резисторе. Поэтому, качественные источники питания, типа блока питания либо генератора частоты, пытаются делать как можно с меньшим выходным сопротивлением, чтобы напряжение на выходе “не проседало” при подключении низкоомной нагрузки. Даже если сильно просядет, то мы можем вручную подкорректировать с помощью регулировки выходного напряжения, которые есть в каждом нормальном источнике питания. В некоторых источниках это делается автоматически.

Ссылка на основную публикацию
Опасен ли фреон для животных
Фреон — вещество, ставшее незаменимым в наш технологичный век: холодильники и кондиционеры, различные аэрозоли и средства для тушения пожаров, где...
Оберег лапти куда вешать
У вашей бабушки не висели на заборе старые ботинки? У моей висели! Раньше люди верили, что так они защищают свой...
Опасен ли фреон для животных
Фреон — вещество, ставшее незаменимым в наш технологичный век: холодильники и кондиционеры, различные аэрозоли и средства для тушения пожаров, где...
Определить входное сопротивление rab
Задача 1.1. Генератор постоянного тока бортовой сети самолета при токе 20 А имеет на зажимах напряжение 200 В, а при...
Adblock detector