-->
|
|
|
Ãëàâà 2. Ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ § 2.7. Êîíäåíñàòîð â öåïè ïåðåìåííîãî òîêà
Âîçüìåì èñòî÷íèêè ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, ïðè÷åì ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ èñòî÷íèêà ïóñòü áóäåò ðàâíî äåéñòâóþùåìó çíà÷åíèþ ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Öåïü ñîñòîèò èç êîíäåíñàòîðà è ëàìïû íàêàëèâàíèÿ (ðèñ. 2.14), ñîåäèíåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî. Ïðè âêëþ÷åíèè ñ ïîìîùüþ ïåðåêëþ÷àòåëÿ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ ëàìïà íå ñâåòèòñÿ. Íî ïðè âêëþ÷åíèè ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ ëàìïà íà÷èíàåò ñâåòèòüñÿ, åñëè åìêîñòü êîíäåíñàòîðà äîñòàòî÷íî âåëèêà. Êàê æå ïåðåìåííûé òîê ìîæåò òå÷ü ïî ðàçîìêíóòîé öåïè? Çäåñü ïðîèñõîäèò ïåðèîäè÷åñêàÿ ïåðåçàðÿäêà êîíäåíñàòîðà ïîä äåéñòâèåì ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ. Òîê, òåêóùèé ïðè ïåðåçàðÿäêå, íàãðåâàåò íèòü ëàìïû. Íàéäåì, êàê ìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì ñèëà òîêà â öåïè, ñîäåðæàùåé òîëüêî êîíäåíñàòîð, åñëè ñîïðîòèâëåíèåì ïðîâîäíèêîâ è îáêëàäîê êîíäåíñàòîðà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü (ðèñ. 2.15).
Íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå
ðàâíî íàïðÿæåíèþ íà çàæèìàõ öåïè. Ñëåäîâàòåëüíî,
Çàðÿä êîíäåíñàòîðà ìåíÿåòñÿ ïî ãàðìîíè÷åñêîìó çàêîíó:
Ñèëà òîêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîèçâîäíóþ çàðÿäà ïî âðåìåíè. Åñëè çàðÿä q â ôîðìóëå (2.7.1) — ýòî çàðÿä òîé ïëàñòèíû êîíäåíñàòîðà, êîòîðàÿ âñòðå÷àåòñÿ ïåðâîé ïðè âûáðàííîì íàïðàâëåíèè îáõîäà êîíòóðà, òî (ñì. ñ. 64, § 2.3)
Ñëåäîâàòåëüíî, êîëåáàíèÿ ñèëû òîêà îïåðåæàþò ïî ôàçå êîëåáàíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà π/2 (ðèñ. 2.16). Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â ìîìåíò, êîãäà êîíäåíñàòîð íà÷èíàåò çàðÿæàòüñÿ, ñèëà òîêà ìàêñèìàëüíà, à íàïðÿæåíèå ðàâíî íóëþ. Ïîñëå òîãî êàê íàïðÿæåíèå äîñòèãàåò ìàêñèìóìà, ñèëà òîêà ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé íóëþ è ò. ä. Àìïëèòóäà ñèëû òîêà ðàâíà:
Åñëè ââåñòè îáîçíà÷åíèå
è âìåñòî àìïëèòóä ñèëû òîêà è íàïðÿæåíèÿ èñïîëüçîâàòü èõ äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ, òî ïîëó÷èì:
Âåëè÷èíó ÕÑ, îáðàòíóþ ïðîèçâåäåíèþ öèêëè÷åñêîé ÷àñòîòû íà åìêîñòü êîíäåíñàòîðà, íàçûâàþò åìêîñòíûì ñîïðîòèâëåíèåì. Ðîëü ýòîé âåëè÷èíû ïîäîáíà ðîëè àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ R â çàêîíå Îìà (2.6.3). Äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå ñèëû òîêà ñâÿçàíî ñ äåéñòâóþùèì çíà÷åíèåì íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå òî÷íî òàê æå, êàê ñâÿçàíû ñîãëàñíî çàêîíó Îìà ñèëà òîêà è íàïðÿæåíèå íà ó÷àñòêå öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà. Ýòî è ïîçâîëÿåò ðàññìàòðèâàòü âåëè÷èíó ÕÑ êàê ñîïðîòèâëåíèå êîíäåíñàòîðà ïåðåìåííîìó òîêó — åìêîñòíîå ñîïðîòèâëåíèå. ×åì áîëüøå åìêîñòü êîíäåíñàòîðà, òåì áîëüøå ñîãëàñíî ôîðìóëå (2.7.3) ñèëà òîêà ïåðåçàðÿäêè. Ýòî ëåãêî îáíàðóæèòü ïî óâåëè÷åíèþ íàêàëà ëàìïû ïðè óâåëè÷åíèè åìêîñòè êîíäåíñàòîðà.  òî âðåìÿ êàê ñîïðîòèâëåíèå êîíäåíñàòîðà ïîñòîÿííîìó òîêó áåñêîíå÷íî âåëèêî, åãî ñîïðîòèâëåíèå ïåðåìåííîìó òîêó èìååò êîíå÷íîå çíà÷åíèå ÕÑ. Îíî óìåíüøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì åìêîñòè è óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû. Ýòî ìîæíî óâèäåòü, åñëè äëÿ ïèòàíèÿ öåïè, èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 2.14, èñïîëüçîâàòü ãåíåðàòîð ïåðåìåííîãî òîêà ðåãóëèðóåìîé ÷àñòîòû. Ïëàâíî óâåëè÷èâàÿ ÷àñòîòó ïåðåìåííîãî òîêà, ìîæíî íàáëþäàòü óâåëè÷åíèå íàêàëà ëàìïû. Îíî âûçâàíî óâåëè÷åíèåì ñèëû òîêà çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ åìêîñòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ êîíäåíñàòîðà. Åñëè íà îäèí âõîä äâóõëó÷åâîãî îñöèëëîãðàôà ïîäàòü íàïðÿæåíèå ñ êîíäåíñàòîðà, à íà äðóãîé âõîä — íàïðÿæåíèå, ìãíîâåííîå çíà÷åíèå êîòîðîãî ïðîïîðöèîíàëüíî ñèëå òîêà â öåïè (ýòî íàïðÿæåíèå ñíèìàåòñÿ ñ àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ), òî íà ýêðàíå áóäóò îäíîâðåìåííî íàáëþäàòüñÿ îñöèëëîãðàììû (âðåìåííûå ðàçâåðòêè) îáîèõ êîëåáàíèé: íàïðÿæåíèÿ è ñèëû òîêà. Òàêèå íàáëþäåíèÿ ïîäòâåðæäàþò ïîëó÷åííûé âûøå âûâîä î òîì, ÷òî êîëåáàíèÿ ñèëû òîêà â öåïè êîíäåíñàòîðà ñäâèíóòû ïî ôàçå îòíîñèòåëüíî êîëåáàíèé íàïðÿæåíèÿ íà π/2, êàê ýòî ïîêàçàíî íà ðèñóíêå 2.16.
|
|
|