Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
R5=IZG5 (2.11)
Следовательно, можно использовать R5 в эквивалентной схеме замещения Нортона вместо G8, либо G8 вместо R5 в эквивалентной схеме замещения Тевенина. Используя приведенную на рис. 2.4 схему, можно также рассчитать величину R5 из графика зависимости режима холостого хода U0H тока короткого замыкания I5:
R5 = U0/I5 (2.12)
Таким образом, зная элементы схемы замещения Тевенина, можно рассчитать элементы схемы замещения Нортона и наоборот. На практике для большинства гальванических элементов и блоков питания режим короткого замыкания неприемлем, поэтому следует измерить токи и напряжения в ограниченном интервале значений, а для определения I5 экстраполировать полученную зависимость до пересечения с осью ординат.
а) б) Рис 23. Подключение идеального источника напряжения к эквивалентной схеме замещения Тевенина (а) и экстраполяция зависимости напряжения оттока (б)_
Определенный интерес представляет случай подключения идеального источника напряжения U к эквивалентной схеме замещения Тевенина (рис. 2.5а). Напряжение U определяется по закону Кирхгофа:
U = U0-R5I (2.13)
Выражение (2.13) - это уравнение прямой линии, в котором точка пересечения с осью напряжений соответствует U0, а тангенс угла наклона прямой - величине R5 (рис. 2.56). Если напряжение U на нагрузке отрицательно, то величина тока должна превышать ток короткого замыкания. Однако, если значение U больше, чем U0, ток становится отрицательным. Это происходит в том случае, кЬгда производится заряд батареи. Напряжение устройства для подзаряда батареи всегда больше напряжения холостого хода батареи. Например, для свинцово-кислотного аккумулятора с номинальным напряжением 12 В даже в случае разряда на 70% напряжение холостого хода составляет также 12 В. Батарея заряжается напряжением 13,8 В.
pkTI 2. ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
Первоначально в нее поступает большой зарядный ток, но по мере накопления заряда он уменьшается. Для полностью заряженного источника питания напряжение холостого хода составляет 12,8 В.
2.3. Делители
Используя рассмотренные ранее зависимости, можно проанализировать схему, показанную на рис. 2.6а. Она состоит из схемы замещения Тевенина и резистора R1, называемого нагрузкой. Для анализа прежде всего необходимо преобразовать схему к виду, представленному на рис. 2.66, чтобы выделить два последовательно включенных резистора.
Rs
Rs
а) б) Рис 2.6. Схема делителя напряжения с эквивалентной схемой Тевенина и сопротивлением нагрузки (а) и видоизмененное представление той же схемы, используемое для анализа (б)_
Выходное напряжение U можно выразить через протекающий ток I в виде:
U = IR1
(2.14)
Используя закон Кирхгофа, можно аналогичным образом представить напряжение источника питания Ш
U0 = I(R1 + R8)
Выходное напряжение определяется из соотношения:
U
R,
1
U0 R1+R8 1 + R8/R,
(2.15)
(2.16)
Из приведенной формулы следует, что исходное напряжение U0 делится пропорционально между сопротивлением нагрузки R1H внутренним сопротивлением источника питания R8, в силу чего указанная схема получила название делитель напряжения. Чем больше величина сопротивления нагрузки, тем больше выходное напряжение. Из двух эквивалентных выражений R1/ (R1 + R,) и 1 / (1 + R8/ R1) первое несколько легче для понимания, так как показывает отношение величины сопротивления нагрузки к общему сопротивлению цепи.
Второй вариант удобен для расчетов на калькуляторе, так как каждая величина используется в выражении только один раз.
2.4. ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ flFl
На рис. 2.7 представлена схема делителя тока, которая состоит из эквивалентной схемы Нортона и элемента проводимости G1. Ток нагрузки I можно выразить через напряжение U:
I = UG1 (2.17)
Применяя закон Кирхгофа, определим ток источника питания как:
ф GsQ V UGI
I= U(G1+ G)
(2.18)
Для определения выходного тока составим соотношение:
I
ч__
R
I5 G1+G5 R5+R1
Рік. 2.7. Схема делителя тока с эквивалентной схемой Нортона и сопротивлением нагрузки
(2.19)
Для делителя тока выполняется условие: чем больше проводимость нагрузки, тем больше выходной ток. Если же полученную зависимость выразить через сопротивление, то чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше будет выходной ток. Так как в дальнейшем в книге не раз говорится о делителях тока и напряжения, имеет смысл запомнить приведенные для них соотношения.
2.4. Внутреннее сопротивление
В предыдущих разделах рассматривались эквивалентные схемы замещения Нортона и Тевенина в качестве моделей реальных источников питания. Для определения их параметров использовались графики зависимостей токов и напряжений. Помимо этого эквивалентные схемы источников питания Тевенина и Нортона могут быть использованы для упрощения некоторых принципиальных схем. Идея заключается в том, чтобы заменить сложную схему источника питания более простой эквивалентной. Если в эквивалентной схеме сохраняются те же самые соотношения для токов и напряжений, что и в реальной, то результатом ее действия будут такие токи и напряжения в нагрузке, какие произведет реальный источник питания вне зависимости от характера нагрузки. Этот вывод следует из теоремы Тевенина. Для того чтобы произвести подобную замену, необходимо определить параметры элементов эквивалентной схемы замещения Тевенина. Одним из вариантов является расчет тока холостого хода U0 и тока короткого замыкания 1„ отношением которых определяется величина R,.
