Teoria obwodów prądu stałego

Co to jest DC?

W podstawówce nauczyliśmy się, że wszystko składa się z atomów. Jest to produkt trzech cząstek: elektronów, protonów i neutronów. Jak sama nazwa wskazuje, Neutron nie ma żadnego ładunku, podczas gdy protony są dodatnie, a elektrony są ujemne.

W atomie elektrony protony i neutrony pozostają razem w stabilnej formacji, ale jeśli w jakimkolwiek procesie zewnętrznym elektrony zostaną oddzielone od atomów, zawsze będą chciały osiąść w poprzedniej pozycji, co spowoduje przyciąganie do protonów. Jeśli użyjemy tych wolnych elektronów i wepchniemy je do przewodnika, który tworzy obwód, potencjalne przyciąganie powoduje powstanie różnicy potencjałów.

Jeśli przepływ elektronu nie zmienia jego ścieżki i jest w jednokierunkowych przepływach lub ruchach wewnątrz obwodu, nazywa się go prądem stałym lub prądem stałym. Napięcie DC jest źródłem stałego napięcia.

W przypadku prądu stałego polaryzacja nigdy nie odwróci się ani nie zmieni w czasie, podczas gdy przepływ prądu może się zmieniać w czasie.

Jak w rzeczywistości, nie ma idealnego stanu. W przypadku obwodu, w którym przepływają wolne elektrony, jest to również prawdą. Te swobodne elektrony nie przepływają niezależnie, ponieważ materiały przewodzące nie są idealne do swobodnego przepływu elektronów. Przeciwstawia się przepływowi elektronów przez pewną regułę ograniczeń. W tym wydaniu każdy obwód elektroniczny / elektryczny składa się z trzech podstawowych wielkości indywidualnych, które nazywamy VI R.

• Napięcie (V)
• Aktualny (I)
• I odporność (R)

Te trzy rzeczy są podstawowymi wielkościami, które pojawiają się prawie we wszystkich przypadkach, gdy widzimy lub opisujemy coś lub robimy coś związanego z elektryką lub elektroniką. Oba są dobrze spokrewnione, ale w Podstawach elektroniki i elektrotechniki wskazały trzy oddzielne rzeczy.

Co jest aktualne?

Jak wspomniano wcześniej, swobodnie oddzielone elektrony przepływają wewnątrz obwodu; ten przepływ elektronów (ładunek) nazywany jest prądem. Kiedy źródło napięcia przyłożone jest do obwodu, ujemne cząstki ładunku przepływają w sposób ciągły z jednakową szybkością. Prąd ten jest mierzony w amperach zgodnie z jednostką SI i oznaczany jako I lub i. Zgodnie z tą jednostką 1 Amper to ilość energii elektrycznej przewożonej w ciągu 1 sekundy. Podstawową jednostką ładunku jest kulomb.

1A to 1 kulomb ładunku przenoszony w obwodzie lub przewodniku w ciągu 1 sekundy. Więc Formuła jest

1A = 1 C / S

Gdzie C jest oznaczane jako kulomb, a S jest drugim.

W praktyce elektrony przepływają od ujemnego źródła do dodatniego źródła zasilania, ale dla lepszego zrozumienia obwodu, konwencjonalny przepływ prądu zakłada, że ​​prąd płynie od dodatniego do ujemnego zacisku.

Na niektórych schematach obwodów często zobaczymy, że kilka strzałek z I lub i wskazuje przepływ prądów, który jest konwencjonalnym przepływem prądu. Zobaczymy użycie prądu na tablicy rozdzielczej jako „Maksymalnie znamionowe 10 amperów ” lub w ładowarce telefonu „maksymalny prąd ładowania to 1 amper ” itp.

Obecny jest również stosowany jako przedrostek z grupą wielu jako AMPS kilogram (10 ³ V), w milisekundach wzmacniaczy (10 ^-3 a), mikro-wzmacniaczy (10 ^-6 A), nano-wzmacniacze (10 ^-9 A), etc.

Co to jest napięcie?

Napięcie to różnica potencjałów między dwoma punktami obwodu. Informuje o potencjalnej energii zmagazynowanej jako ładunek elektryczny w punkcie zasilania elektrycznego. Możemy oznaczyć lub zmierzyć różnicę napięcia między dowolnymi dwoma punktami w węzłach obwodów, skrzyżowaniu itp.

Różnica między dwoma punktami nazywana różnicą potencjałów lub spadkiem napięcia.

Ten spadek napięcia lub różnicę potencjałów mierzy się w woltach za pomocą symbolu V lub V. Większe napięcie oznacza większą pojemność i większe obciążenie.

Jak opisano wcześniej, źródło stałego napięcia nazywane jest napięciem stałym. Jeśli napięcie zmienia się okresowo w czasie, jest to napięcie AC lub prąd przemienny.

Jeden wolt to z definicji zużycie energii jednego dżula na ładunek elektryczny jednego kulomba. Relacja jest taka, jak opisano

V = energia potencjalna / ładunek lub 1 V = 1 J / C

Gdzie J jest oznaczane jako Joule, a C to kulomb.

Spadek napięcia o jeden wolt występuje, gdy prąd o wartości 1 A przepływa przez rezystancję 1 oma.

1 V = 1 A / 1 R.

Gdzie A to amper, a R to rezystancja w omach.

Napięcie stosowane również jako dodatek z podwielokrotności jako kilowoltów (10 ³ V) milivolt (10 ^-3 V), mikro-V (10 ^-6 V), nano-wolt (10 ^-9 V) itd napięcia jest oznaczane zarówno jako napięcie ujemne, jak i dodatnie.

Napięcie przemienne jest powszechnie spotykane w domowych gniazdkach. W Indiach jest to 220 V AC, w USA 110 V AC itp. Napięcie stałe możemy uzyskać, zamieniając to AC na DC lub z baterii, paneli słonecznych, różnych zasilaczy, a także ładowarek do telefonów. Możemy również konwertować prąd stały na prąd przemienny za pomocą falowników.

Bardzo ważne jest, aby pamiętać, że napięcie może istnieć bez prądu, ponieważ jest to różnica napięcia między dwoma punktami lub różnica potencjałów, ale prąd nie może płynąć bez różnicy napięcia między dwoma punktami.

Co to jest odporność?

Tak jak na tym świecie, nic nie jest idealne, każdy materiał ma określoną specyfikację, aby przeciwdziałać przepływowi elektronów podczas przechodzenia z niego. Pojemność rezystancji materiału to jego rezystancja mierzona w omach (Ω) lub omega. Taki sam jak prąd i napięcie opór również prefiks podwielokrotności jak kilogram omów (10 ³ co), Mili omów (10 ^-3 co), Mega omów (10 ^{: 6} co) itp oporność nie można zmierzyć negatywnie; jest to tylko wartość dodatnia.

Rezystancja informuje, czy materiał, z którego przepływa prąd, jest dobrym przewodnikiem, oznacza niską rezystancję, czy zły przewodnik oznacza wysoką rezystancję. 1 Ω to bardzo niska rezystancja w porównaniu z 1M Ω.

Tak więc istnieją materiały, które mają bardzo niską rezystancję i są dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego. Podobnie jak miedź, złoto, srebro, aluminium itp. Z drugiej strony istnieje kilka materiałów, które mają bardzo wysoką rezystancję, a zatem są złym przewodnikiem prądu elektrycznego, takie jak szkło, drewno, plastik, a ze względu na wysoką rezystancję i złe właściwości przewodzenia prądu, są używane głównie do celów izolacyjnych jako izolator.

Ponadto specjalne rodzaje materiałów szeroko stosowane w elektronice ze względu na ich specjalne zdolności do przewodzenia elektryczności między złymi i dobrymi przewodnikami, to półprzewodniki, nazwa wskazuje na jego naturę, półprzewodnik. Tranzystory, dioda, Układy scalone są wykonane z wykorzystaniem półprzewodników. W tym segmencie szeroko stosowanymi materiałami półprzewodnikowymi są german i krzem.

Jak omówiono wcześniej, opór nie może być ujemny. Ale opór ma dwa szczególne segmenty, jeden jest w segmencie liniowym, a drugi w segmencie nieliniowym. Możemy zastosować określone obliczenia matematyczne związane z granicami, aby obliczyć pojemność rezystancyjną tej rezystancji liniowej, z drugiej strony nieliniowy opór segmentowy nie ma właściwej definicji ani relacji między napięciem a przepływem prądu między tymi rezystorami.

Prawo Ohma i związek VI:

Georg Simon Ohm aka Georg Ohm, niemiecki fizyk, odkrył proporcjonalną zależność między spadkiem napięcia, oporem i prądem. Ten związek jest znany jako Prawo Ohma.

W swoim odkryciu stwierdzono, że prąd przepływający przez przewodnik jest wprost proporcjonalny do napięcia na nim. Jeśli przekształcimy to odkrycie w formację matematyczną, zobaczymy to

Prąd (amper) = napięcie / rezystancja I (amper) = V / R

Jeśli znamy którąkolwiek z dwóch wartości z tych trzech bytów, możemy znaleźć trzecią.

Z powyższego wzoru znajdziemy trzy jednostki, a wzór będzie wyglądał następująco: -

Napięcie	V = I x R	Wyjście będzie napięciem w woltach (V)
obecny	I = V / R	Wyjście będzie prądem w amperach (A)
Odporność	R = V / I	Wyjście będzie rezystancyjne w omach (Ω)

Zobaczmy różnicę między tymi trzema układami, w których obciążenie jest rezystancją, a amperomierz służy do pomiaru prądu, a woltomierz służy do pomiaru napięcia.

Na powyższym obrazku amperomierz połączony szeregowo i dostarczający prąd do obciążenia rezystancyjnego, z drugiej strony woltomierz podłączony do źródła w celu pomiaru napięcia.

Należy pamiętać, że amperomierz musi mieć rezystancję 0, ponieważ ma zapewniać 0 rezystancji dla przepływającego przez niego prądu, a aby tak się stało, idealny amperomierz 0 omów jest połączony szeregowo, ale napięcie jest różnicą potencjałów z dwóch węzłów woltomierz jest połączony równolegle.

Jeśli zmienimy prąd źródła napięcia lub napięcie źródła napięcia lub rezystancję obciążenia na źródle liniowo, a następnie zmierzymy jednostki, otrzymamy następujący wynik:

Na tym wykresie Jeśli R = 1, wówczas prąd i napięcie wzrosną proporcjonalnie. V = I x 1 lub V = I, więc jeśli rezystancja jest ustalona, ​​napięcie wzrośnie wraz z prądem lub odwrotnie.

Co to jest moc?

Moc jest wytwarzana lub zużywana w obwodzie elektronicznym lub elektrycznym, a moc znamionowa jest wykorzystywana do dostarczania informacji o tym, ile mocy obwód zużywa, aby zapewnić prawidłowe wyjście.

Zgodnie z zasadą natury, energii nie można zniszczyć, ale można ją przenieść, tak jak energia elektryczna zamieniana na energię mechaniczną, gdy energia elektryczna jest doprowadzana do silnika lub energia elektryczna przekształcana w ciepło po zastosowaniu na grzejniku. Zatem grzejnik potrzebuje energii, która jest mocą, aby zapewnić właściwe odprowadzanie ciepła, która jest mocą znamionową grzejnika przy maksymalnej mocy.

Moc jest oznaczona symbolem W i jest mierzona w WATT.

Moc to pomnożona wartość napięcia i prądu. Więc, P = V x I

Gdzie P to moc w watach, V to napięcie, a I to amper lub przepływ prądu.

Ma również przedrostek podrzędny, taki jak Kilo-Watt (10 ³ W), mili-Watt (^10-3 W), mega-Watt (10 ⁶ W) itp.

Ponieważ prawo Ohma V = I x R, a prawo mocy to P = V x I, więc możemy umieścić wartość V w prawie potęgowym za pomocą wzoru V = I x R. Wtedy będzie prawo władzy

P = I * R * I Lub P = I ² R.

Układając to samo, możemy znaleźć przynajmniej jedną rzecz, gdy inna nie jest dostępna, formuły są przestawiane w poniższej macierzy:

Zatem każdy segment składa się z trzech formuł. W każdym przypadku, jeśli rezystancja wyniesie 0, wówczas prąd będzie nieskończony, nazywa się to stanem zwarcia. Jeśli napięcie osiągnie wartość 0, to prąd nie istnieje, a moc wyniesie 0, jeśli prąd wyniesie 0, to obwód jest w stanie obwodu otwartego, w którym napięcie jest obecne, ale nie ma prądu, więc ponownie moc będzie wynosić 0, jeśli moc wynosi 0 wtedy żadna moc nie będzie pobierana ani wytwarzana przez obwody.

Koncepcja przepływu elektronów

Przepływy prądu przez atrakcje ładunkowe. W rzeczywistości, ponieważ elektrony są ujemnymi cząstkami i przepływają od ujemnego bieguna do dodatniego zacisku źródła zasilania. Tak więc w rzeczywistym obwodzie prąd elektronowy płynie z zacisku ujemnego do zacisku dodatniego, ale w konwencjonalnym przepływie prądu, jak opisaliśmy wcześniej, zakładamy, że prąd płynie z zacisku dodatniego do zacisku ujemnego. Na następnym obrazie bardzo łatwo zrozumiemy przepływ prądu.

Jakikolwiek jest kierunek, nie ma to wpływu na przepływ prądu w obwodzie. Łatwiej jest zrozumieć konwencjonalny przepływ prądu od dodatniego do ujemnego. Jednokierunkowy Przepływ prądu to prąd stały lub stały, który zmienia kierunek nazywany prądem przemiennym lub prądem przemiennym.

Praktyczne przykłady

Zobaczmy dwa przykłady, aby lepiej zrozumieć sytuację.

1. W tym obwodzie źródło 12 V DC jest podłączone przez obciążenie 2 Ω, obliczyć pobór mocy obwodu?

W tym obwodzie całkowita rezystancja jest rezystancją obciążenia, więc R = 2, a napięcie wejściowe wynosi 12 V DC, więc V = 12 V. Przepływ prądu w obwodzie będzie

I = V / R I = 12/2 = 6 Amperów

Ponieważ moc (W) = napięcie (V) x amper (A), całkowita moc wyniesie 12 x 6 = 72 W.

Możemy również obliczyć wartość bez amperów.

Moc (W) = moc = napięcie ² / Odporność mocy = 12 ² /2 = 12 * 12/2 = 72 wat

Niezależnie od zastosowanej formuły wynik będzie taki sam.

2. W tym obwodzie całkowity pobór mocy na obciążeniu wynosi 30 W, jeśli podłączymy zasilanie 15 V DC, ile prądu potrzeba?

W tym obwodzie całkowita rezystancja jest nieznana. Napięcie zasilania wejściowego wynosi 15 V DC, więc V = 15 V DC, a moc przepływająca przez obwód wynosi 30 W, więc P = 30 W. Przepływ prądu w obwodzie będzie

I = P / VI = 30/15 2 Amperów

Tak więc, zasilając obwód przy mocy 30 W, potrzebujemy źródła zasilania 15 V DC, które jest w stanie dostarczyć 2 A prądu stałego lub więcej, ponieważ obwód wymaga prądu 2 A.