Rc цепь

Защита контактов реле от бросков напряжения и токов в цепях переменного и постоянного тока

В этой статье речь пойдет о защите контактов реле и входных цепей устройств чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока с использованием:

• RC цепочки;
• диодной цепи;
• диодно-стабилитронной цепи;
• варисторной цепи.

При включении и отключении различного электрооборудования ток в электрической цепи, как правило, отличается от установившегося значения. При этом величина разброса составляет разы. Ниже приведены диаграммы изменения тока при включении различных характерных типов нагрузок.

При отключении индуктивной нагрузки возникает ЭДС самоиндукции (от несколько сотен до нескольких тысяч вольт). Такой бросок напряжения способен повредить коммутационный элемент, или существенно снизить его ресурс. Если ток в этих нагрузках относительно невелик (единицы ампер), то воздействие ЭДС самоиндукции на контакты, коммутирующие индуктивную нагрузку, может привести к коронного разряда или дуги.

Это, в свою очередь, может привести к появлению на контактах оксидов и карбидов. Воздействие ЭДС самоиндукции может также повредить устройство, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания.

Например, электронное реле времени, подключенное параллельно мощному промежуточному реле, может быть повреждено, либо нестабильно работать, если не предпринимать мер по защите от ЭДС самоиндукции.

При возникновении электрической дуги между контактами происходит разрушение мест контакта вследствие переноса материала контактирующих поверхностей. Это ведет к свариванию контактов и изменению формы контактов и, как следствие, к увеличению переходного сопротивления.

Увеличение переходного сопротивления приводит к росту выделения тепла в месте контакта, его окислению и, как результат, к полной потере контакта.

Для сохранения ресурса контактов и защиты нагрузок применяются различные способы защиты.

Защита контактов и входных цепей устройств, чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока.

Расчет RC цепи

Не требуют обслуживания в течение всего срока службы. Автомобильные инверторы Союз — это устройства, преобразующие бортовое напряжение автомобиля 12В или 24В в переменное напряжение В с формой выходного сигнала близкой к синусоиде. Инверторные преобразователи Союз подключаются к розетке прикуривателя или напрямую к АКБ аккумуляторной батарее. Благодаря типовой конструкции корпусов, предусматривающих крепление установку на стандартную DIN-рейку 35 мм — модульные устройства автоматики и защиты устанавливают в стандартных типовых металлических и пластиковых шкафах и боксах разного типоразмера, климатического исполнения УХЛ и степеней защиты IP.

В перечень выпускаемых устройств автоматики и защиты входят модули широкого применения, в которых реализованы различные алгоритмы управления, индикации и работы. Системы управления и контроля электропитания для однофазных В и трехфазных сетей В. Стабилизаторы «Сатурн» с электромеханической системой стабилизации для мощности нагрузки от 4,4 до кВА в однофазных и трехфазных сетях электропитания. Стабилизаторы «Каскад» с электронно-релейной системой коррекции для мощности нагрузки от 0,05 до кВА в однофазных и трехфазных сетях электропитания.

Трансформаторы разделительные медицинские ТРО однофазные В 50Гц и ТРТ трехфазные В 50Гц , используются для электропитания медицинского оборудования и электронной аппаратуры в электрических сетях с изолированной нейтралью системой заземления IT.

Щит автоматического ввода резерва АВР изготавливается как отдельное устройство, может входить в состав этажного распределительного щита или работать в составе главного распределительного щита ГРЩ. Есть несколько основных вариантов схем исполнения АВР. Все типовые схемы АВР и их комбинации доступны к заказу. Принимаем заказы на изготовление щитов вводно-распределительных ВРУ , работающих в диапазоне токов до Ампер и степенью защиты до IP Щитовое оборудование собирается в стандартных металлических шкафах настенного и напольного исполнения, а также в пластиковых корпусах.

Необходимость этого элемента в схемах релейной автоматики очевидна. Минимальная отгрузка — 20 штук. Подробнее с описанием искрогасящей цепи можно ознакомиться здесь…. Контрактные услуги Установка пуско-наладка. Монтажные работы. Шеф монтаж. Техническая поддержка. О компании Контакты Новости Вакансии Статьи. Щит распределительный розеточный медицинский ЩРМ Щиток розеточный медицинский ЩРМ RC цепочка искрогасящая цепь Подробное меню.

Проектные поставки. На сайте — Online. Популярные статьи

Обратите внимание. Большой выбор модулей различного назначения

Щитки распределительные медицинские ЩРМ. Щиты автоматического ввода резерва АВР. Щиты вводно-распределительные ВРУ.

3.2. Включение постоянного напряжения

в последовательную
цепь RC

Рассмотрим теперь
процесс заряда конденсатора через
активное сопротивление R

от генератора с постоянным напряжением
U
.

Пусть в момент t
=0
замыкается ключ К
.
Тогда второе уравнение Кирхгофа для
выбранного направления обхода контура
будет таким:

,

или, так как i
= C
(du
C
dt
),

,
(4)

где
−постоянная
времени

RC
-цепочки.

Общее решение
этого неоднородного уравнения равно
сумме его частного решения и общего
решения соответствующего однородного.
Частное решение легко угадывается: и
С
частн. =U

(оно проверяется простой подстановкой).
Тогда

.

Коэффициент А

определяется из начального условия:
и
С
(+0)=и
С
(−0)=0.
Это даёт: А
=−U
;
и тогда

.

Ток заряда

.

Рельсовые цепи по принципу действия

Базово рельсовые цепи делятся на две категории: нормально замкнутые (1) и нормально разомкнутые (2). Как известно любая электрическая цепь должна включать источник электродвижущей силы и потребителей электрической энергии. В любых рельсовых цепях всегда присутствует источник питания и приемник, однако в зависимости от принципа действия рельсовой цепи их взаиморасположение может быть различным. В нормально-разомкнутых цепях источник питания и приемник расположены на одном конце рельсовой цепи, в то время как в нормально-замкнутых цепях источник и приемник находятся на противоположных концах цепи.

Нормально-замкнутая рельсовая цепь

В нормально-замкнутых РЦ в тот момент, когда ни одна колесная пара подвижного состава не находится на контролируемом участке, катушка путевого реле находится под током и сигнализирует свободность участка и целостность цепи.

Такие цепи могут работать в четырех режимах:

Нормальный режим работы, когда состав отсутствует на участке:

Катушка реле, расположенная на противоположном конце цепи от источника питания, оказывается под напряжением, таким образом сердечник катушки втягивается, замыкая контакты реле и сигнализируя свободное состояние контролируемого участка. Путевое реле должно надежно удерживать якорь в притянутом состоянии (при непрерывном питании) или надежно срабатывать от каждого импульса (при импульсном питании).​

Неблагоприятными условиями в данном режиме работы являются: минимальное напряжение источника, минимальное сопротивление изоляции и максимальное сопротивление рельсов.​

Шунтовый режим:

В данном режиме одна колесная пара замыкает рельсовую цепь шунтируя ее за счет низкого сопротивления колесной пары. Весь ток начинает протекать через колесную пару, создавая своего рода короткое замыкание, а для исключения высоких токов которого используется дополнительное сопротивление (на схеме R0). Соответственно электрический ток в катушке сигнального реле прекращается, и реле переходит в состояние «Занятость участка».

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, максимальное сопротивление изоляции.​

 Шунтовая чувствительность рельсовой цепи должна ​быть не менее 0,06 Ом.

В третьем, контрольном режиме работы, нарушается целостность рельсовой цепи, соответственно реле размыкается, при отсутствии падения напряжения на R0.

Неблагоприятными условиями являются: максимальное напряжение источника, минимальное сопротивление рельсов, критическое сопротивление изоляции.​

Четвертый режим работы АЛС

Данный режим соответствует наезду колесной пары поезда на входной конец рельсовой цепи.​

Ток в рельсах под приемными катушками локомотива должен быть не менее расчетного, необходимого для надежной работы устройств АЛС на локомотиве.​

Минимальный расчетный ток д.б. не менее:​

1. 1,2 А при автономной тяге;​
2. 2 А при электротяге постоянного тока (частота сигн.тока=50 Гц);​
3. 1,4 А при электротяге переменного тока (частота сигн.тока=25 Гц).​

​Неблагоприятные условия совпадают с ​нормальным режимом работы.​

Нормально-разомкнутая рельсовая цепь

В таких цепях при отсутствии колесной пары на контролируемом участке, путевое реле обесточено. Источник питания и реле находятся рядом друг с другом на одном конце цепи, при этом к одному полюсу питания подключается одна рельсовая плеть, а противоположная подключается к катушке реле, второй вывод которой подключается к другому полюсу питания.

В момент наезда на контрольный участок колесная пара замыкает электрическую цепь, и в катушке реле появляется ток. Есть данные о том, что такие цепи обладают большим быстродействием при определении занятости участка. Это происходит из-за того, что якорь реле быстрее притягивается к катушке, нежели под действием пружины, возвращается в исходное состояние. Но однозначным преимуществом нормально-разомкнутой рельсовой цепи является экономия кабелей, так как в качестве проводов используются непосредственно рельсы

Одновременно с этим такая цепь лишена важного качества — возможности контролировать свою целостность и исправность элементов, и это ограничивает ее использование только сортировочными горками

Параллельная схема

RC-цепь

Параллельная RC-цепь обычно менее интересна, чем последовательная. Это в значительной степени связано с тем, что выходное напряжение V _out равно входному напряжению V _in — в результате эта схема не действует как фильтр входного сигнала, если только на нее не подается источник тока .

Со сложными сопротивлениями:

ярзнак равноVяпряCзнак равноjωCVяп.{\ displaystyle {\ begin {align} I_ {R} & = {\ frac {V _ {\ mathrm {in}}} {R}} \\ I_ {C} & = j \ omega CV _ {\ mathrm {in} } \,. \ end {выровнено}}}

Это показывает, что ток конденсатора на 90 ° не совпадает по фазе с током резистора (и источника). В качестве альтернативы можно использовать основные дифференциальные уравнения:

ярзнак равноVяпряCзнак равноCdVяпdт.{\ displaystyle {\ begin {align} I_ {R} & = {\ frac {V _ {\ mathrm {in}}} {R}} \\ I_ {C} & = C {\ frac {dV _ {\ mathrm { in}}} {dt}} \,. \ end {align}}}

При питании от источника тока передаточная функция параллельной RC-цепи равна:

Vотытяяпзнак равнор1+sрC.{\ displaystyle {\ frac {V _ {\ mathrm {out}}} {I _ {\ mathrm {in}}}} = {\ frac {R} {1 + sRC}} \ ,.}

Обратный тяговый ток

Любая рельсовая нить для электродвижущего подвижного состава выполняет роль низшего потенциала по отношении к контактной сети. Токи, протекающие от локомотива к тяговой подстанции, достигают огромных значений, и безусловно могут повлиять на работу рельсовых цепей. Обратный тяговый пропускается по одной нити рельсовой цепи в случае с однониточными рельсовыми цепями, или по двум рельсовым нитям, в двухниточных рельсовых цепях. Основной проблемой является разделение разных рельсовых цепей, соединенных для прохождения тягового тока. И если в однониточных цепях тяговый ток попеременно может передаваться по одной из нитей, то в двухниточных цепях приходится устанавливать разделяющие дроссель-трансформаторы. Стоит отметить, что в однониточных цепях невозможна передача сигналов АЛСН, а значит их применение сильно ограничено.

Дроссель-трансформатор

Дроссель-трансформатор с открытой крышкой

Параметры дроссель-трансформаторов

Первые цифры в названии определяют полное сопротивление переменному сигнальному току частотой 50 Гц (0,2 и 0,6), вторые цифры определяют номинальный тягового тока, на который рассчитана основная обмотка (500 и 1000 А на каждый рельс).​

Основная обмотка дроссель-трансформатора выполнена из медной шины большого сечения и имеет малое сопротивление постоянному тяговому току (от 0,0008 до 0,0024 Ом).​

У дроссель-трансформатора ДТ-0,2  дополнительная обмотка имеет несколько выводов, что позволяет устанавливать различные коэффициенты трансформации (7, 10, 13, 17, 23, 30, 33, 40). Основная обмотка содержит 14 витков из медной шины сечением 100 мм2 для ДТ-0,2-500 и 221 мм2 для ДТ-0,2-1000. Поскольку в рельсовых цепях практически применяют дроссель-трансформаторы ДТ-0,2 с коэффициентом трансформации 17 или 40, с 1985 г. завод выпускает ДТ-0,2, имеющие только один коэффициент трансформации (17 или 40). Дроссель-трансформаторы с коэффициентом 40 имеют на крышке маркировку  n=40, а с коэффициентом 17— не имеют маркировки.​

У дроссель-трансформатора ДТ-0,6  дополнительная обмотка имеет только два вывода, коэффициент трансформации равен 15. Основная обмотка содержит 16 витков медной шины сечением 100 и 243 мм2 для ДТ-0,6-500 и ДТ-0,6-1000 соответственно.​

Синтез

Это иногда требуется , чтобы синтезировать схему RC от заданной рациональной функции в сек . Чтобы синтез пассивных элементов был возможен, функция должна быть положительно-действительной функцией . Для синтеза в виде RC-цепи все критические частоты ( полюса и нули ) должны быть на отрицательной действительной оси и чередоваться между полюсами и нулями с равным количеством каждого из них. Кроме того, критическая частота, ближайшая к началу координат, должна быть полюсом, предполагая, что рациональная функция представляет импеданс, а не полную проводимость.

Синтез может быть достигнут с помощью модификации синтеза Фостера или синтеза Кауэра, используемого для синтеза цепей LC . В случае синтеза Кауэра получится лестничная сеть из резисторов и конденсаторов.

Дифференцирующая RC-цепь.

Из названия цепи, в принципе, уже понятно, что за элементы входят в ее состав – это конденсатор и резистор И выглядит она следующим образом:

Работа данной схемы основана на том, что ток, протекающий через конденсатор, прямо пропорционален скорости изменения напряжения, приложенного к нему:

i = C\medspace\frac{dU_c}{dt}

Напряжения в цепи связаны следующим образом (по закону Кирхгофа):

u_{out} = u_{in}\medspace-\medspace u_c

В то же время, по закону Ома мы можем записать:

u_{out} = i R = C R\medspace\frac{dU_c}{dt}

Выразим u_c из первого выражения и подставим во второе:

u_{out} = C R\medspace\frac{dU_c}{dt} = C R\medspace(\frac{dU_{in}}{dt}\medspace-\medspace \frac{dU_{out}}{dt}\medspace)
u_{out} = C R\medspace\frac{dU_{in}}{dt}\medspace-\medspace C R\medspace\frac{dU_{out}}{dt}

При условии, что C R\medspace\frac{dU_{out}}{dt} << u_{out} (то есть скорость изменения напряжения низкая) мы получаем приближенную зависимость для напряжения на выходе:

u_{out} \approx C R\medspace\frac{dU_{in}}{dt}

Таким образом, цепь полностью оправдывает свое название, ведь напряжение на выходе представляет из себя дифференциал входного сигнала. Но возможен еще и другой случай, когда C R\medspace\frac{dU_{out}}{dt} >> u_{out} (быстрое изменение напряжения). При выполнении этого равенства мы получаем такую ситуацию:

C R\medspace\frac{dU_{in}}{dt} = C R\medspace\frac{dU_{out}}{dt}

То есть: U_{out} \approx U_{in}.

Можно заметить, что условие C R\medspace\frac{dU_{out}}{dt} << u_{out} будет лучше выполняться при небольших значениях произведения C R, которое называют постоянной времени цепи:

\tau = R C

Давайте разберемся, какой смысл несет в себе эта характеристика цепи Заряд и разряд конденсатора происходит по экспоненциальному закону:

u = U_0\medspace e^{-t/\tau}

Здесь U_0 – напряжение на заряженном конденсаторе в начальный момент времени. Теперь посмотрим, каким будет значение напряжения по истечении времени \tau:

U_{\tau} = U_0\medspace e^{-\tau/\tau} = U_0\medspace e^{-1} \approx 0.37\medspace U_0

Напряжение на конденсаторе уменьшится до 37% от первоначального. Таким образом, \tau – это время, за которое конденсатор:

• при заряде – зарядится до 63%
• при разряде – разрядится на 63% (разрядится до 37%)

С постоянной времени цепи мы разобрались, давайте вернемся к дифференцирующей RC-цепи. Теоретические аспекты функционирования мы разобрали, так что давайте посмотрим, как она работает на практике. А для этого попробуем подавать на вход какой-нибудь сигнал и посмотрим, что получится на выходе. В качестве примера, подадим на вход последовательность прямоугольных импульсов:

А вот как выглядит осциллограмма выходного сигнала (второй канал – синий цвет):

Что же мы тут видим?

Большую часть времени напряжение на входе неизменно, а значит его дифференциал равен 0 (производная константы = 0). Именно это мы и видим на графике, значит RC-цепь выполняет свою дифференцирующую функцию. А с чем же связаны всплески на выходной осциллограмме? Все просто – при “включении” входного сигнала происходит процесс зарядки конденсатора, то есть по цепи проходит ток зарядки и напряжение на выходе максимально. А затем по мере протекания процесса зарядки ток уменьшается по экспоненциальному закону до нулевого значения, а вместе с ним уменьшается напряжение на выходе, ведь оно равно U_{out} = i R. Давайте увеличим масштаб осциллограммы и тогда мы получим наглядную иллюстрацию процесса зарядки:

При “отключении” сигнала на входе дифференцирующей цепи происходит аналогичный переходный процесс, но только вызван он не зарядкой, а разрядкой конденсатора.

В данном случае постоянная времени цепи у нас имеет небольшую величину, поэтому цепь хорошо дифференцирует входной сигнал. По нашим теоретическим расчетам, чем больше мы будем увеличивать постоянную времени, тем больше выходной сигнал будет похож на входной. Давай проверим это на практике! Будем увеличивать сопротивление резистора, что и приведет к росту \tau:

Тут даже не надо ничего комментировать – результат налицо Мы подтвердили теоретические выкладки, проведя практические эксперименты, так что давайте переходить к следующему вопросу – к интергрирующим RC-цепям.

Зарядка конденсатора через резистор

При замыкании ключа К в положение 1 конденсатор начнет заряжаться через резистор.

Квазистционарная цепь по закону Ома запишется как  RJ+U=δ, J– это мгновенное значение силы тока в цепи, U – мгновенное значение напряжения на конденсаторе. J равняется изменению заряда q конденсатора за единицу времени, то есть J=dqdt. В любой момент времени напряжение U будет qC. Отсюда получаем, что: CRdUdt+U=δ.

Это уравнение называется дифференциальным и описывает процесс заряжения конденсатора. При отсутствии первоначальной его зарядки, уравнение принимает вид:

U(t)=δ1-exp -tτ, где выражение τ=RC– постоянная времени цепи, которая состоит из резистора и конденсатора. Скорость процесса характеризуется величиной τ. При t→∞, U(t)→δ. На рисунке 2.1.2 (I) показан процесс зарядки конденсатора через резистор.

Рисунок 2.1.2. Зарядка (I) и разрядка (II) конденсатора через резистор.

После полной зарядки конденсатора к напряжению δ необходимо переключить ключ К в положение 2. Тогда пойдет процесс разряжения. Так как внешний источник цепи отсутствует, то δ=. Разрядка описывается с помощью формулы

U(t)=δ exp-tτ.

При разрежении, изображенном на рисунке 2.1.2 (II), необходимо обратить внимание на зависимость U(t). Если t=τ, тогда происходит уменьшение напряжения в конденсаторе в e≈2,7 раз

Также проходят процессы в цепи, если имеется индуктивность L с резистором, имеющим сопротивление R, как показано на рисунке 2.1.3.

Рисунок 2.1.3. Цепь, содержащая катушку с индуктивностью L, резистор с сопротивлением R и источник тока с ЭДС, равной δ.

Если цепь из рисунка 2.1.3 замыкается ключом и внезапно размыкается, тогда можно говорить о процессе установления тока. Данная последовательная схема включает в себя источник тока и резистор r с малым сопротивлением для того, чтобы с замкнутым ключом К батарея не закоротила. Так как r≪R, для записи уравнения процесса установления тока с таким r разрешено им пренебречь. Тогда RJ=δ-LdJdt.

Уравнение оказывается аналогичным уравнению, описывающему заряд конденсатора с переменной силой тока J. Получаем:

J(t)=δR1-exp -tτ, выражение τ=LR– постоянная времени . Таким же образом получают закон убывания тока RL-цепей при замыкании ключа К.

J(t)=δRexp -tτ.

Видно, что процессы, происходящие в RC- и RL-цепях аналогичны механическим процессам во время движения в вязкой жидкости.

Рисунок 2.1.4.Модель RC-контура.

Рисунок 2.1.5.Модель RL-контура.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Дифференцирующие цепи

Довольно часто в электронике вообще, а в импульсной в частности требуется преобразовать один вид импульсов в другой (например, прямоугольный преобразовать в треугольный). Для этой цели используют различные схемы, в основе которых простейшие RC- и RL-цепи. Такие цепи называются дифференцирующими и интернирующими цепями. Для начала рассмотрим дифференцирующие цепи, которые показаны на изображении ниже.

Своё название дифференцирующие цепи получили от того, что напряжение на выходе такой цепи пропорционально производной входного напряжения, а нахождение производной в математике называется дифференцирование. В случае RC-цепи напряжение снимается с резистора, а в случае RL-цепи – с индуктивности.

Простейшие .

В настоящее время большинство дифференцирующих цепей основаны на RC-цепях, поэтому будем рассматривать их, но все основные выкладки соответствуют также и RL-цепям.

Рассмотрим, как дифференцирующая цепь будет реагировать на прямоугольный импульс. Прямоугольный импульс представляет собой как бы два скачка напряжения. Реакцию RC-цепи на скачкообразное изменение напряжения рассматривалась выше, а в случае прямоугольного импульса выходное напряжение с дифференцирующей цепи будет в виде двух коротких импульсов различной полярности, длительность которых соответствует 3τ = 3RC
и 3τ = 3L/R
, в случае RL-цепи.

Реакция дифференцирующей цепи на прямоугольный импульс.

Из величины и формы выходного напряжения можно сделать вывод, что дифференциальные цепи вполне могут применяться для уменьшения длительности импульсов, что довольно часто применяется на практике и ранее такие цепи иногда называли укорачивающими.

Постоянная времени RC-цепи

Но дело в том, что мы не можем наблюдать процесс разрядки конденсатора, просто посмотрев на RC цепь. Для этого нам понадобится цифровой осциллограф с функцией записи сигнала. Благо на моем рабочем столе уже есть место этому прибору:

Итак, план действий будет такой: мы будем заряжать конденсатор с помощью блока питания, а потом разряжать его на резисторе и смотреть осциллограмму, как разряжается конденсатор.

Соберем классическую схему, которая есть в любом учебнике по электронике:

в этот момент мы заряжаем конденсатор

потом переключаем тумблер S в другое положение и разряжаем конденсатор, наблюдая процесс разряда конденсатора на осциллографе

Думаю, с этим все понятно. Ну что же, приступим к сборке.

Берем макетную плату и собираем схемку. Конденсатор я взял емкостью в 100мкФ, а резистор 1 КилоОм.

Вместо тумблера S я буду вручную перекидывать желтый проводок.

Ну все, цепляемся щупом осциллографа к резистору

и смотрим осциллограмму, как разряжается конденсатор.

Те, кто впервые читает про RC-цепи, думаю, немного удивлены. По логике, разряд должен проходить прямолинейно, но здесь мы видим загибулину. Разряд происходит по так называемой экспоненте. Так как я не люблю алгебру и матанализ, то не буду приводить различные математические выкладки. Кстати, а что такое экспонента? Ну экспонента – это график функции “е в степени икс”. Короче, все учились в школе, вам лучше знать

Итак, думаю стоит запомнить, что постоянная времени RC-цепи равняется произведению номиналов сопротивления и емкости и выражается в секундах, или формулой:

R – сопротивление, Ом

Для тех, кто любит считать глазами, можно построить уровень в 37% от амплитуды сигнала и затем уже аппроксимировать на ось времени. Это и будет постоянная времени RC-цепи. Как вы видите, наши алгебраические расчеты почти полностью сошлись с геометрическими, так как цена деления стороны одного квадратика по времени равняется 50 миллисекундам.

В идеальном случае конденсатор сразу же заряжается, если на него подать напряжение. Но в реальном все-таки есть некоторое сопротивление ножек, но все равно можно считать, что заряд происходит почти мгновенно. Но что будет, если заряжать конденсатор через резистор? Разбираем прошлую схему и стряпаем новую:

как только мы замыкаем ключ S, у нас конденсатор начинает заряжаться от нуля и до значения 10 Вольт, то есть до значения, которое мы выставили на блоке питания

Наблюдаем осциллограмму, снятую с конденсатора

Ничего общего не увидели с прошлой осциллограммой, где мы разряжали конденсатор на резистор? Да, все верно. Заряд тоже идет по экспоненте ;-). Так как радиодетали у нас одинаковые, то и постоянная времени тоже одинаковая. Графическим способом она высчитывается как 63% от амплитуды сигнала

Как вы видите, мы получили те же самые 100 миллисекунд.

По формуле постоянной времени RC-цепи, нетрудно догадаться, что изменение номиналов сопротивления и конденсатора повлечет за собой изменение и постоянной времени. Поэтому, чем меньше емкость и сопротивление, тем короче по времени постоянная времени. Следовательно, заряд или разряд будет происходить быстрее.

Для примера, давайте поменяем значение емкости конденсатора в меньшую сторону. Итак, у нас был конденсатора номиналом в 100 мкФ, а мы поставим 10 мкФ, резистор оставляем такого же номинала в 1 кОм. Посмотрим еще раз на графики заряда и разряда.

Вот так заряжается наш конденсатор номиналом в 10 мкФ

А вот так он разряжается

Строим на графике заряда или разряда прямую на соответствующем уровне и аппроксимируем ее на ось времени. На графике разряда будет проще

Одна сторона квадратика по оси времени у нас 10 миллисекунд (чуть ниже рабочего поля написано M:10 ms), поэтому нетрудно посчитать, что постоянная времени у нас 10 миллисекунд ;-). Все элементарно и просто.

То же самое можно сказать и про сопротивление. Емкость я оставляю такой же, то есть 10 мкФ, резистор меняю с 1 кОм на 10 кОм. Смотрим, что получилось:

Вывод: чем больше номинал конденсатора и резистора, тем больше постоянная времени, и наоборот, чем меньше номиналы этих радиоэлементов, тем меньше постоянная времени. Все просто

Ладно, думаю, с этим все понятно. Но куда можно применить этот принцип зарядки и разрядки конденсатора? Оказывается, применение нашлось…

Порядок выполнение работы

1. Определить период прямоугольных импульсов генератора.

С выхода генератора 3Гподать сигнал на вход “Y” осциллографа (рис.18).

При минимальной синхронизации получить на экране 1-2 периода в режиме непрерывной развертки

Определить период сигнала T
, длительность импульса tu
, скважность Q
=
T
t
u
,
используя калибровку развертки осциллографа. Результат записать в таблицу 1

Т а б л и ц а 1

Повторить определение параметров прямоугольного импульса для трех значений tu
.
Результаты занести в таблицу 1.

2. Изучение процесса заряда катушки индуктивности через сопротивление.

Собрать электрическую схему (рис.19) с катушкой индуктивности L
.
Сопротивление цепи R
подобрать так, чтобы на экране осциллографа наблюдалась картина изменения напряжения UL
.

Изменяя сопротивление R
(установить R
1
,
R
2
,
R
3
), зарисовать полученные осциллограммы. Сравнить величины t
z
(рассчитанные по формуле 17
) и экспериментальные данные и записать в таблицу 2.

Таблица 2

3. Изучение процесса заряда конденсатора через сопротивление.

Собрать электрическую цепь по схеме рис. 20 с конденсатором C
= 6800 пФ.
Сопротивление цепи R
подобрать так, чтобы t
с
T
/ 2,
гдеT
—

периодсигнала.

t
с
=
RC
= (0,1
¸
0,2)
×
T
/ 2

Определить R
по этой формуле. Получить на экране осциллографа в режиме непрерывной развертки картину изменения напряжения при заряде конденсатора. Зарисовать картину в тетради.

Оценить по рисунку t
с
цепи, используя выражения

U
с
(t
с
)
0,63
U
(заряд)

U
с
(t
с
)
0,37
U
(разряд)

Результаты занестив таблицу 3.

Таблица 3

Аналогичные расчеты провести с конденсаторами С2
и С3.
Сравнить полученные картины. Изменяя R
(в сторону увеличения) зарисовать полученные осциллограммы, отмечая t
с
.

4. Изучение работы интегрирующей цепи.

Интегрирующая цепь удовлетворительна, если постоянная t
с
=
RC
приблизительно равна или больше периода сигналаT
,
т. е. t
с
=
RC
=
T
.

Собрать схему по рис. 20 с элементами C
= 0,01 мкФ,
R
подобрать, исходя из соотношения R
=
T
C
.

Зарисовать полученную на экране осциллографа картину. Зарисовать зависимостьU
вх
(t
)
; ò
U
вх
(t
)
dt
.

5. Изучение работы дифференцирующей цепи.

Собрать электрическую цепь по схеме (рис.21) с конденсатором С1 = 0,1 мкФ.

Сопротивление R
определяем из условия t
с
=
RC
= (0,1
¸
0,2)
T
/2.

Зарисовать кривую тока заряда конденсатора и оценитьt
с
.

Занести результаты в таблицу 4.

Таблица 4

Для дифференцирования сигнала в виде прямоугольного импульса необходимо выполнение условия t
ф
>>
RC
=
t
с
,
гдеt
ф
—
фрект импульса.

Обычно ограничиваются условием t
с
=
RC
= (0,01
¸
0,02)
T
.

Собрать схему по рис. 21 с конденсатором С = 0,01 мкФ,
подобрать сопротивление R
, получить на экране осциллографа картину и зарисовать ее.

Внести сопротивление R
1
(увеличивая его) и зарисовать графики U
вх
(t
)
и dU
вх
(t
) /
dt
.

Похожие записи:

Как рассчитывается сила тока в электрической цепи: формулы и порядок расчета при разных известных показателях Индикатор уровня напряжения аккумулятора на светодиодах и оу lm339 Ethernet Что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны Лучший фонарь для рыбалки с острогой Схема подключения щитка в квартире