Ρεύμα παλμού

Σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές, για παράδειγμα, σε ηλεκτρονικό και εξοπλισμό ημιαγωγών, π.χ. σε ενισχυτές, ανορθωτές, ραδιόφωνα, γεννήτριες, τηλεοράσεις, καθώς και σε μικρόφωνα άνθρακα, τηλέγραφους και πολλές άλλες συσκευές, χρησιμοποιούνται ευρέως κυματιστικά ρεύματα και τάσεις… για να μην επαναλάβουμε το σκεπτικό δύο φορές, θα μιλήσουμε μόνο για ρεύματα, αλλά ό,τι σχετίζεται με ρεύματα ισχύει και για τις τάσεις.

Τα παλλόμενα ρεύματα που έχουν σταθερή κατεύθυνση αλλά αλλάζουν την τιμή τους μπορεί να είναι διαφορετικά. Μερικές φορές η τρέχουσα τιμή αλλάζει από την υψηλότερη στη χαμηλότερη μη μηδενική τιμή. Σε άλλες περιπτώσεις, το ρεύμα μειώνεται στο μηδέν. Αν κύκλωμα συνεχούς ρεύματος διακόπτεται σε μια ορισμένη συχνότητα, τότε για ορισμένα χρονικά διαστήματα δεν υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα.

Στο σχ. Το 1 δείχνει γραφήματα διαφόρων ρευμάτων κυμάτων. Στο σχ. 1, α, β, η αλλαγή στα ρεύματα συμβαίνει σύμφωνα με ημιτονοειδής καμπύλη, αλλά αυτά τα ρεύματα δεν πρέπει να θεωρούνται ημιτονοειδή εναλλασσόμενα ρεύματα, αφού η κατεύθυνση (πρόσημο) του ρεύματος δεν αλλάζει. Στο σχ.1, c δείχνει ένα ρεύμα που αποτελείται από χωριστούς παλμούς, δηλαδή βραχύβιες «σόκ» ρεύματος, που διαχωρίζονται μεταξύ τους με παύσεις μεγαλύτερης ή μικρότερης διάρκειας και συχνά ονομάζεται παλμικό ρεύμα. Τα διαφορετικά παλμικά ρεύματα διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το σχήμα και τη διάρκεια των παλμών, καθώς και στο ρυθμό επανάληψης.

Είναι βολικό να θεωρήσουμε ένα παλμικό ρεύμα οποιουδήποτε είδους ως το άθροισμα δύο ρευμάτων — συνεχούς και εναλλασσόμενου, που ονομάζονται ρεύματα όρου ή συστατικών. Οποιοδήποτε παλμικό ρεύμα έχει εξαρτήματα DC και AC. Αυτό φαίνεται παράξενο σε πολλούς. Στην πραγματικότητα, σε τελική ανάλυση, ένα παλμικό ρεύμα είναι ένα ρεύμα που ρέει όλη την ώρα προς μια κατεύθυνση και αλλάζει την τιμή του.

Πώς μπορείτε να πείτε ότι περιέχει εναλλασσόμενο ρεύμα που αλλάζει κατεύθυνση; Ωστόσο, εάν δύο ρεύματα - άμεσο και εναλλασσόμενο - περάσουν ταυτόχρονα από το ίδιο καλώδιο, αποδεικνύεται ότι ένα παλμικό ρεύμα θα ρέει σε αυτό το καλώδιο (Εικ. 2). Σε αυτή την περίπτωση, το πλάτος του εναλλασσόμενου ρεύματος δεν πρέπει να υπερβαίνει την τιμή του συνεχούς ρεύματος. Τα συνεχή και εναλλασσόμενα ρεύματα δεν μπορούν να ρέουν χωριστά μέσα από το καλώδιο. Προσθέτουν σε μια γενική ροή ηλεκτρονίων που έχει όλες τις ιδιότητες ενός παλμικού ρεύματος.

Ρύζι. 1. Γραφήματα διαφόρων ρευμάτων κυμάτων

Η προσθήκη ρευμάτων AC και DC μπορεί να παρουσιαστεί γραφικά. Στο σχ. Το σχήμα 2 δείχνει τα γραφήματα ενός συνεχούς ρεύματος ίσου με 15 mA και ενός εναλλασσόμενου ρεύματος με πλάτος 10 mA. Εάν αθροίσουμε τις τιμές αυτών των ρευμάτων για μεμονωμένα χρονικά σημεία, λαμβάνοντας υπόψη τις κατευθύνσεις (σημάδια) των ρευμάτων, παίρνουμε το γράφημα του ρεύματος κύματος που φαίνεται στο σχ. 2 με έντονη γραμμή. Αυτό το ρεύμα κυμαίνεται από ένα χαμηλό των 5 mA έως ένα υψηλό των 25 mA.

Η εξεταζόμενη προσθήκη ρευμάτων επιβεβαιώνει την εγκυρότητα της αναπαράστασης του παλμικού ρεύματος ως άθροισμα συνεχών και εναλλασσόμενων ρευμάτων. Η ορθότητα αυτής της αναπαράστασης επιβεβαιώνεται επίσης από το γεγονός ότι με τη βοήθεια ορισμένων συσκευών είναι δυνατό να διαχωριστούν τα στοιχεία αυτού του ρεύματος μεταξύ τους.

Ρύζι. 2. Λήψη παλμικού ρεύματος με προσθήκη συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος.

Πρέπει να τονιστεί ότι οποιοδήποτε ρεύμα μπορεί πάντα να αναπαρασταθεί ως άθροισμα πολλών ρευμάτων. Για παράδειγμα, ένα ρεύμα 5 Α μπορεί να θεωρηθεί το άθροισμα των ρευμάτων 2 και 3 Α που ρέουν προς μία κατεύθυνση ή το άθροισμα των ρευμάτων 8 και 3 Α που ρέουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις, δηλαδή, με άλλα λόγια, η διαφορά μεταξύ των ρευμάτων 8 και 3 Α. Δεν είναι δύσκολο να βρούμε άλλους συνδυασμούς δύο ή περισσότερων ρευμάτων που δίνουν συνολικά 5 Α.

Εδώ υπάρχει πλήρης ομοιότητα με την αρχή της πρόσθεσης και της αποσύνθεσης των δυνάμεων. Εάν δύο εξίσου κατευθυνόμενες δυνάμεις δρουν σε οποιοδήποτε αντικείμενο, μπορούν να αντικατασταθούν από μία κοινή δύναμη. Οι δυνάμεις που δρουν σε αντίθετες κατευθύνσεις μπορούν να αντικατασταθούν από μια διαφορά μονάδας. Αντίθετα, μια δεδομένη δύναμη μπορεί πάντα να θεωρηθεί το άθροισμα των αντίστοιχων δυνάμεων που κατευθύνονται ίσα ή η διαφορά μεταξύ των αντίθετα κατευθυνόμενων δυνάμεων.

Δεν είναι απαραίτητο να αποσυντεθούν τα συνεχή ή ημιτονοειδή εναλλασσόμενα ρεύματα σε ρεύματα συνιστωσών. Εάν αντικαταστήσουμε το παλμικό ρεύμα με το άθροισμα συνεχών και εναλλασσόμενων ρευμάτων, τότε εφαρμόζοντας τους γνωστούς νόμους συνεχών και εναλλασσόμενων ρευμάτων σε αυτά τα συστατικά ρεύματα, είναι δυνατό να λυθούν πολλά προβλήματα και να γίνουν οι απαραίτητοι υπολογισμοί που σχετίζονται με το παλμικό ρεύμα.

Η έννοια του παλμικού ρεύματος ως άθροισμα συνεχών και εναλλασσόμενων ρευμάτων είναι συμβατική.Φυσικά, δεν μπορεί να υποτεθεί ότι σε ορισμένα χρονικά διαστήματα τα συνεχή και εναλλασσόμενα ρεύματα ρέουν πραγματικά το ένα προς το άλλο κατά μήκος του σύρματος. Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχουν δύο αντίθετες ροές ηλεκτρονίων.

Στην πραγματικότητα, ένα παλμικό ρεύμα είναι ένα μόνο ρεύμα που αλλάζει την τιμή του με την πάροδο του χρόνου. Είναι πιο σωστό να πούμε ότι η παλλόμενη τάση ή το παλλόμενο EMF μπορεί να αναπαρασταθεί ως το άθροισμα των σταθερών και μεταβλητών συνιστωσών.

Για παράδειγμα, στο ΣΧ. Το 2 δείχνει πόσο αλγεβρικά προστίθεται η σταθερά emf μιας γεννήτριας στη μεταβλητή emf μιας άλλης γεννήτριας. Ως αποτέλεσμα, έχουμε ένα παλλόμενο EMF που προκαλεί το αντίστοιχο παλμικό ρεύμα. Υπό όρους, ωστόσο, μπορεί να θεωρηθεί ότι ένα σταθερό EMF δημιουργεί ένα συνεχές ρεύμα στο κύκλωμα και ένα εναλλασσόμενο EMF - ένα εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο, όταν αθροίζεται, σχηματίζει ένα παλμικό ρεύμα.

Κάθε παλμικό ρεύμα μπορεί να χαρακτηριστεί από τις μέγιστες και ελάχιστες τιμές των Itax και Itin, καθώς και από τις σταθερές και μεταβλητές συνιστώσες του. Η σταθερή συνιστώσα συμβολίζεται με I0. Εάν η εναλλασσόμενη συνιστώσα είναι ένα ημιτονοειδές ρεύμα, τότε το πλάτος της συμβολίζεται με It (όλα αυτά τα μεγέθη φαίνονται στο Σχ. 2).

Δεν πρέπει να συγχέεται με το It και το Itax. Επίσης, η μέγιστη τιμή του τρέχοντος κύματος Imax δεν πρέπει να ονομάζεται πλάτος. Ο όρος πλάτος αναφέρεται συνήθως μόνο σε εναλλασσόμενα ρεύματα. Όσον αφορά το παλμικό ρεύμα, μπορούμε να μιλήσουμε μόνο για το πλάτος της μεταβλητής συνιστώσας του.

Η σταθερή συνιστώσα του παλλόμενου ρεύματος μπορεί να ονομαστεί μέση τιμή του Iav, δηλαδή η αριθμητική μέση τιμή. Πράγματι, αν λάβουμε υπόψη τις αλλαγές σε μια περίοδο του παλμικού ρεύματος που φαίνεται στο Σχ.2, φαίνεται ξεκάθαρα το εξής: στο πρώτο μισό κύκλο, ένας αριθμός τιμών προστίθεται στο ρεύμα των 15 mA μεταβάλλοντας την τρέχουσα συνιστώσα, που κυμαίνεται από 0 έως 10 mA και πίσω στο 0, και στο δεύτερο μισό - κύκλος, αφαιρούνται ακριβώς οι ίδιες τιμές ρεύματος από τα τρέχοντα 15 mA.

Επομένως, το ρεύμα των 15 mA είναι πραγματικά η μέση τιμή. Δεδομένου ότι το ρεύμα είναι η μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων μέσω της διατομής του καλωδίου, τότε Iav είναι η τιμή ενός τέτοιου συνεχούς ρεύματος που σε μια περίοδο (ή για έναν ολόκληρο αριθμό περιόδων) μεταφέρει την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας με αυτό το παλμικό ρεύμα .

Για το ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα, η τιμή του Iav ανά περίοδο είναι μηδέν επειδή η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού σε μια μισή περίοδο είναι ίση με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται προς την αντίθετη κατεύθυνση κατά τη διάρκεια μιας άλλης μισής περιόδου. Στα γραφήματα των ρευμάτων που δείχνουν την εξάρτηση του ρεύματος i από το χρόνο t, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται από το ρεύμα εκφράζεται με το εμβαδόν του σχήματος που οριοθετείται από την καμπύλη ρεύματος, καθώς η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται από το προϊόν που το .

Για ένα ημιτονοειδές ρεύμα, οι περιοχές του θετικού και του αρνητικού μισού κυμάτων είναι ίσες Στο παλμικό ρεύμα που φαίνεται στο σχ. 2, κατά τη διάρκεια του πρώτου εξαμήνου, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται από το στοιχείο AC προστίθεται στην ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται από το τρέχον Iav (σκιασμένη περιοχή στο σχήμα). Και κατά το δεύτερο μισό κύκλο, αποσύρεται ακριβώς η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μεταφέρεται σε όλη την περίοδο όπως με ένα ενιαίο συνεχές ρεύμα Iav, δηλαδή η περιοχή του ορθογωνίου Iav T είναι ίση με την περιοχή που οριοθετείται από την καμπύλη ρεύματος κύματος.

Έτσι, η σταθερή συνιστώσα ή η μέση τιμή του ρεύματος καθορίζεται από τη μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων μέσω της διατομής του σύρματος.

Η τρέχουσα εξίσωση που φαίνεται στο Σχ. 2 θα πρέπει προφανώς να γραφτεί με την ακόλουθη μορφή:

Η ισχύς του παλμικού ρεύματος πρέπει να υπολογίζεται ως το άθροισμα των δυνάμεων των ρευμάτων που το συνθέτουν. Για παράδειγμα, εάν το ρεύμα που φαίνεται στο Σχ. 2, διέρχεται από μια αντίσταση αντίστασης R, τότε η ισχύς της είναι

όπου I = 0,7Im είναι η τιμή rms της μεταβλητής συνιστώσας.

Μπορείτε να εισαγάγετε την έννοια της τιμής rms του Id ρεύματος κύματος. Η ισχύς υπολογίζεται με τον συνήθη τρόπο:

Εξισώνοντας αυτήν την έκφραση με την προηγούμενη και μειώνοντάς την με R, παίρνουμε:

Οι ίδιες σχέσεις μπορούν να ληφθούν για τάσεις.