Impulsna struja

U raznim elektroničkim uređajima, primjerice u elektroničkoj i poluvodičkoj opremi, tj. u pojačalima, ispravljačima, radijima, generatorima, televizorima, kao i u karbonskim mikrofonima, telegrafima i mnogim drugim uređajima, naširoko se koriste valovite struje i naponi… Da bi da ne ponavljam obrazloženje dva puta, govorit ćemo samo o strujama, ali sve što je vezano za struje vrijedi i za napone.

Pulsirajuće struje koje imaju stalan smjer, ali mijenjaju svoju vrijednost mogu biti različite. Ponekad se trenutna vrijednost mijenja od najviše do najniže vrijednosti koja nije nula. U drugim slučajevima struja se smanjuje na nulu. Ako krug istosmjerne struje prekida na određenoj frekvenciji, tada u nekim vremenskim intervalima nema struje u krugu.

Na sl. 1 prikazuje grafove različitih valnih struja. Na sl. 1, a, b, promjena struja događa se prema sinusoidalna krivulja, ali te struje ne treba smatrati sinusoidnim izmjeničnim strujama, budući da se smjer (predznak) struje ne mijenja. Na sl.1, c prikazuje struju koja se sastoji od zasebnih impulsa, odnosno kratkotrajnih "udaraca" struje, međusobno odvojenih pauzama većeg ili kraćeg trajanja, a često se naziva i pulsna struja. Različite impulsne struje međusobno se razlikuju po obliku i trajanju impulsa, kao i po brzini ponavljanja.

Prikladno je pulsirajuću struju bilo koje vrste smatrati zbrojem dviju struja — istosmjerne i izmjenične, koje se nazivaju termičke ili sastavne struje. Svaka pulsirajuća struja ima DC i AC komponente. Mnogima se ovo čini čudnim. Zapravo, na kraju krajeva, pulsirajuća struja je struja koja cijelo vrijeme teče u jednom smjeru i mijenja svoju vrijednost.

Kako možete znati da sadrži izmjeničnu struju koja mijenja smjer? Međutim, ako dvije struje - istosmjerna i izmjenična - prolaze istovremeno kroz istu žicu, ispada da će u toj žici teći pulsirajuća struja (slika 2). U tom slučaju amplituda izmjenične struje ne smije premašiti vrijednost istosmjerne struje. Istosmjerna i izmjenična struja ne mogu teći odvojeno kroz žicu. Oni dodaju općem protoku elektrona koji ima sva svojstva pulsirajuće struje.

Riža. 1. Grafovi različitih valnih struja

Zbrajanje izmjenične i istosmjerne struje može se prikazati grafički. Na sl. 2 prikazuje grafikone istosmjerne struje od 15 mA i izmjenične struje s amplitudom od 10 mA. Ako zbrojimo vrijednosti ovih struja za pojedine točke u vremenu, uzimajući u obzir smjerove (predznake) struja, dobit ćemo graf valne struje prikazan na sl. 2 podebljanom linijom. Ova struja varira od niske od 5 mA do visoke od 25 mA.

Razmotreno zbrajanje struja potvrđuje valjanost prikaza pulsirajuće struje kao zbroja istosmjerne i izmjenične struje. Ispravnost ovog prikaza potvrđuje i činjenica da je pomoću nekih uređaja moguće odvojiti komponente ove struje jednu od druge.

Riža. 2. Dobivanje pulsirajuće struje zbrajanjem istosmjerne i izmjenične struje.

Treba naglasiti da se svaka struja uvijek može prikazati kao zbroj više struja. Na primjer, struja od 5 A može se smatrati zbrojem struja 2 i 3 A koje teku u jednom smjeru, ili zbrojem struja 8 i 3 A koje teku u različitim smjerovima, odnosno, drugim riječima, razlikom između struja 8 i 3 A. Nije teško pronaći druge kombinacije dviju ili više struja koje daju ukupno 5 A.

Ovdje postoji potpuna sličnost s principom zbrajanja i rastavljanja sila. Ako na bilo koji predmet djeluju dvije jednako usmjerene sile, one se mogu zamijeniti jednom zajedničkom silom. Sile koje djeluju u suprotnim smjerovima mogu se zamijeniti jediničnom razlikom. Obrnuto, danu silu uvijek možemo smatrati zbrojem odgovarajućih jednako usmjerenih sila ili razlikom između suprotno usmjerenih sila.

Nije potrebno rastaviti istosmjerne ili sinusne izmjenične struje na sastavne struje. Ako pulzirajuću struju zamijenimo zbrojem istosmjerne i izmjenične struje, tada je primjenom poznatih zakona istosmjerne i izmjenične struje na ove sastavne struje moguće riješiti mnoge probleme i napraviti potrebne proračune vezane uz pulzirajuću struju.

Koncept pulsirajuće struje kao zbroja istosmjerne i izmjenične struje je uobičajen.Naravno, ne može se pretpostaviti da u određenim vremenskim intervalima istosmjerna i izmjenična struja stvarno teku jedna drugoj duž žice. Zapravo, ne postoje dva suprotna toka elektrona.

U stvarnosti, pulsirajuća struja je jedna struja koja mijenja svoju vrijednost tijekom vremena. Ispravnije je reći da se pulsirajući napon ili pulsirajući EMF može prikazati kao zbroj konstantne i promjenjive komponente.

Na primjer, na Sl. Slika 2 pokazuje kako se algebarski konstantna emf jednog generatora dodaje varijabli emf drugog generatora. Kao rezultat toga, imamo pulsirajući EMF koji uzrokuje odgovarajuću pulsirajuću struju. Uvjetno, međutim, može se smatrati da konstantni EMF stvara istosmjernu struju u krugu, a izmjenični EMF - izmjeničnu struju, koja, kada se zbroji, tvori pulsirajuću struju.

Svaka pulsirajuća struja može se karakterizirati maksimalnim i minimalnim vrijednostima Itax i Itin, kao i njegovim konstantnim i promjenjivim komponentama. Konstantna komponenta je označena sa I0. Ako je izmjenična komponenta sinusna struja, tada se njezina amplituda označava s It (sve te veličine prikazane su na slici 2).

Ne treba ga brkati s Itom i Itaxom. Također, maksimalnu vrijednost strujnog vala Imax ne treba nazivati ​​amplitudom. Pojam amplituda obično se odnosi samo na izmjenične struje. Što se tiče pulsirajuće struje, možemo govoriti samo o amplitudi njezine promjenjive komponente.

Konstantna komponenta pulsirajuće struje može se nazvati njezinom prosječnom vrijednošću Iav, odnosno aritmetičkom prosječnom vrijednošću. Doista, ako uzmemo u obzir promjene u jednom periodu pulsirajuće struje prikazane na Sl.2 jasno se vidi sljedeće: u prvom poluciklusu struji od 15 mA dodaju se brojne vrijednosti mijenjanjem komponente struje, varirajući od 0 do 10 mA i natrag do 0, a u drugoj polovici -ciklusa, točno iste vrijednosti struje oduzimaju se od trenutnih 15 mA.

Stoga je struja od 15 mA stvarno prosječna vrijednost. Budući da je struja prijenos električnih naboja kroz poprečni presjek žice, tada je Iav vrijednost takve istosmjerne struje koja u jednoj periodi (ili cijelom broju perioda) nosi istu količinu elektriciteta kao i ta pulsirajuća struja .

Za sinusoidnu izmjeničnu struju, vrijednost Iav po periodi je nula jer je količina elektriciteta koja prođe kroz poprečni presjek vodiča u jednoj poluperiodi jednaka količini elektriciteta koja prođe u suprotnom smjeru tijekom druge poluperiode. Na grafovima struja koji pokazuju ovisnost struje i o vremenu t, količina električne energije koju nosi struja izražena je površinom figure omeđene krivuljom struje, jer je količina električne energije određena proizvod koji ga .

Za sinusoidnu struju površine pozitivnog i negativnog poluvala su jednake.U pulsirajućoj struji prikazanoj na si. 2, tijekom prve polovice razdoblja količina električne energije koju nosi AC komponenta dodaje se količini električne energije koju nosi struja Iav (osjenčano područje na slici). I tijekom druge polovice ciklusa, povlači se točno ista količina električne energije. Kao rezultat toga, tijekom cijelog razdoblja prenosi se ista količina električne energije kao kod jedne istosmjerne struje Iav, odnosno površina pravokutnika Iav T jednaka je površini ograničenoj krivuljom struje vala.

Dakle, konstantna komponenta ili prosječna vrijednost struje određena je prijenosom električnih naboja kroz presjek žice.

Jednadžba struje prikazana na sl. 2 očito treba napisati u sljedećem obliku:

Snaga pulsirajuće struje mora se izračunati kao zbroj snaga njezinih sastavnih struja. Na primjer, ako struja prikazana na Sl. 2, prolazi kroz otpornik otpora R, tada je njegova snaga

gdje je I = 0,7Im efektivna vrijednost varijabilne komponente.

Možete uvesti koncept efektivne vrijednosti valne struje Id. Snaga se izračunava na uobičajeni način:

Izjednačujući ovaj izraz s prethodnim i reducirajući ga s R, dobivamo:

Isti se odnosi mogu dobiti za naprezanja.