Применение закона кирхгофа на практике. Второе правило кирхгофа

Законы Кирхгофа (более корректно - правила Киргхгофа) применяются при расчете сложных (разветвленных) электрических цепей. Предлагаю рассмотреть их по очереди и начать, естественно, с первого.

Определение и формула первого закона Кирхгофа, который гласит: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю, иллюстрируются рисунком 1.

• I i - ток в узле,
• n - число проводников, сходящихся в узле,
• токи, втекающие в узел (I 1 , In ) считаются положительными,
• вытекающие токи (I 2 , I 3 ) - отрицательными.

В таком виде этот закон звучит и выглядит, наверное, очень академично, поэтому предлагаю все несколько упростить.

Нарисуем разветвленную электрическую цепь в более привычном виде (рис.2) и дадим такую формулировку:

Сумма токов втекающих в узел равна сумме токов, вытекающих из узла.

Для этого случая формула первого закона Кирхгофа примет вид: I= I 1 +I 2 +...+In , что для повседневных вычислений гораздо удобнее.

ВТОРОЙ ЗАКОН КИРХГОФА

Второй закон Кирхгофа определяет зависимость между падениями напряжений и ЭДС в замкнутых контурах и имеет следующий вид (рис.3) и определение:

алгебраическая сумма (с учетом знака) падений напряжений на всех ветвях любого замкнутого контура цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура.

При отсутствии в контуре ЭДС сумма падений напряжений равна 0.

Теперь несколько пояснений по практическому применению этого правила Кирхгофа:

• поскольку, алгебраическая сумма требует учета знака следует выбрать направление обхода контура (на рис.3 - по часовой стреклке), токи и напряжения, совпадающие с этим направлением считать положительными, иные - отрицательными. При затруднении в определении направления тока, возьмите произвольное, если в результате вычислений получите результат со знаком "-", поменяйте выбранное направление на противоположенное.
• для нашего примера можно записать:
  U 1 +U 3 -U 2 =0
  U 4 +U 5 -U 3 =0
• кроме того, руководствуясь первым правилом Кирхгофа:
  I вх - I 1 - I 2 = 0
  I 1 - I 3 - I 4 =0
  I 4 - I 5 =0
  I 2 + I 3 + I 5 - I вых =0 ,

получаем систему из 6 уравнений, полностью описывающую рассматриваемую электрическую цепь.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Первый закон Кирхгофа

Формулировка:

Или

Здесь ток I 1 I 2 и I 3 - токи, вытекающие из узла.

I 1 = I 2 + I 3 (1)

I 2 и I 3 в левую часть выражения (1) , тем самым получим:

I 1 - I 2 - I 3 = 0 (2)

Знаки «минус» в выражении (2)

(2) ).

Второй закон Кирхгофа.

Формулировка:

Баланс мощностей

Закон Ома гласит:

И записывается формулой: I=U/R

Сумма комплексных ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна сумме комплексных падений напряжений в ветвях этого контура:

№4

ПОЛУЧЕНИЕ ЭДС

Простейший трёхфазный генератор состоит из трёх одинаковых обмоток, скреплённых между собой под углами 120° и вращающихся в однородном магнитном поле В с угловой скоростью ω (рис. 1). Это – фазные обмотки , или фазы генератора . Их обозначают буквами А, В, С, или же цифрами 1, 2, 3. В настоящей работе используется цифровое обозначение фаз.

В промышленных трёхфазных генераторах фазные обмотки являются неподвижными и размещаются под углами 120° в пазах статора , как показано на рис. 2. а вращающееся магнитное поле создаётся обмоткой возбуждения, уложенной в пазах ротора и питаемой от отдельного генератора постоянного напряжения. Ротор вращается каким-либо двигателем, например, гидро- или паротурбиной.

№7

Для уменьшения количества проводов, необходимых для соединения нагрузки с источником питания, или же для уменьшения количества пульсаций в выпрямителях, или же повышения передаваемой мощности без повышения напряжения сети используют разные схемы соединения обмоток, как нагрузки, так и источника. Наиболее распространенными схемами соединения являются треугольник и звезда.

При соединении звездой концы обмоток фаз соединяются вместе в одной точке (в нашем случае показаны как x,y,z), которая носит название нейтральной точки или нуля, и обозначается буквой N. Также нейтральная точка (нейтраль) или ноль может быть соединена с нейтралью источника, а может быть и не соединена. В случае, когда нейтрали источника и приемника электрической энергии соединены, такая система будет называться четырехпроводной, а в случае если не соединены – трехпроводной.

А вот при соединении в треугольник концы обмоток не соединяются в общую точку, а соединяются с началом следующей обмотки. А именно, конец обмотки фазы А (на схеме указан х) соединяется с началом фазы В, а конец фазы (y) соединяется с началом фазы С, и, как вы наверно уже догадались, конец фаз С (z) с началом фазы А. Также следует помнить, что если при соединении в звезду система может быть как трехпроводной, так и четырехпроводной, то при соединении в треугольник система может быть только трехпроводной.

Принцип вращения ротора

Принцип работы ротора основан на электромагнитном законе Фарадея. Вращается он благодаря воздействию электродвижущей силы, возникающей в результате взаимодействия магнитных потоков и обмотки ротора. На деле это выглядит так: между статором, ротором и их обмотками существует некий зазор, сквозь который проходит вращающийся магнитный поток. В результате этого в проводниках ротора возникает напряжение, которое и является причиной образования ЭДС.

Двигатели с замкнутой цепью роторных проводников работают немного иначе. В этих типах двигателей используются короткозамкнутые роторы, в которых направление движения тока и электродвижущей силы задается правилом Ленца, согласно которому ЭДС противодействует возникновению тока. Вращение ротора происходит благодаря магнитному потоку, движущемуся между ним и неподвижным проводником.

Таким образом, для уменьшения относительной скорости, ротор начинает синхронное вращение с магнитным потоком на обмотке статора, стремясь к вращению в унисон. При этом частота электродвижущей силы ротора равняется частоте питания статора.

№10

Трансформатор – статистический электромагнитный аппарат преобразующий систему переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения.

Назначение: трансформаторы служат для передачи и распределения электроэнергии потребителей.

Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие однофазные, трех и многофазные. Силовые, измерительные, испытательные.

Активными элементами трансформатора являются

1. магнитопровод
2. обмотки
Магнитопровод с обмоткой помещается в бак с трансформатором маслом, которое служит для изоляции и охлаждения

Действие трансформатора основано на явлении взаимной индукции . Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней э. д. с. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой э. д. с. по этой обмотке и через приемник энергии начнет протекать ток

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА. КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ.

Работа трансформатора основана на явлении вза­имной индукции, которое является следствием закона электромагнитной индукции.

Рассмотрим более подробно сущность процесса трансформации тока и напряжения. При подключении первичной обмотки трансформа­тора к сети переменного тока напряжением по обмотке начнет проходить ток, который создаст в магнитопроводе пе­ременный магнитный по­ток. Магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней, которую можно использовать для питания нагрузки.

Отношение чисел витков обмоток трансформатора называют коэффициентом трансформа­ции k.

Таким образом, коэффициент трансформации по­казывает, как относятся действующие значения ЭДС вторичной и первичной обмоток.

В любой момент времени отноше­ние мгновенных значений ЭДС вторичной и первичной обмоток равно коэффициенту трансформации.

Отношение напряжений на обмотках нена­груженного трансформатора указывается в его пас­порте.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ подробный: Под действием подведенного переменного напряжения U 1 в первичной обмотке трансформатора возникает переменный ток I 1 , который, проходя по виткам обмотки трансформатора, возбуждает в сердечнике магнитопровода переменный магнитный потокФ 1 . Этот поток индуцируете 1 и е 2 в обмотках трансформатора. ЭДСе 1 уравновешивает основную часть U 1 источника, ЭДСе 2 создает напряжениеU 2 на выходных зажимах трансформатора. При замыкании вторичной цепи возникает токI 2 , который образует собственный магнитный потокФ 2 , накладывающийся на поток первичной обмотки. В результате создается общий магнитный поток Ф =Ф m sin2pft (Ф m - амплитудное значение магнитного потока трансформатора;f - частота переменного тока), сцепленный с витками обеих обмоток трансформатора. ПотокФ называется главным потоком или потоком взаимной индукции. При изменении этого потока в обмотках трансформатора индуцируются основные ЭДС -е 1 и е 2 .

Коэффициент трансформации трансформатора - это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, силы тока, сопротивления и т. д.).

Для силовых трансформаторов, ГОСТ 16110-82 определяет коэффициент трансформации - как «отношение напряжений на зажимах двух обмоток в режиме холостого хода», и «принимается равным отношению чисел их витков»

№12

ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

В линиях электропередачи используют в основном трехфазные силовые трансформаторы.

Магнитопровод трехфазного трансформатора имеет три стержня, на каждом из которых размещают­ся две обмотки одной фазы.

Для подключения трансформатора к линиям элек­тропередачи на крышке бака имеются вводы, пред­ставляющие собой фарфоровые изоляторы, внутри которых проходят медные стержни. Вводы высшего напряжения обозначают буквами А, В, С, вводы низ­шего напряжения - буквами а, b, с. Ввод нулевого провода располагают слева от ввода а и обозначают О.

Особенностью трехфазного трансформато­ра является зависимость коэффициента трансформа­ции линейных напряжений от способа соединения об­моток.

Применяются главным образом три способа соеди­нения обмоток трехфазного трансформатора:

1) соединение первичных и вторичных обмоток звездой (рис. 7.8, а);

2) соединение первичных обмоток звез­дой, вторичных - треугольником (рис. 7.8, б);

3) со­единение первичных обмоток треугольником, вторич­ных-звездой (рис. 7.8, в).

Обозначим отношение чисел витков обмоток одной фазы буквой k, что соответствует коэффициенту транс­формации однофазного трансформатора и может быть выражено через отношение фазных напряжений:

k = w2/w1≈U2ф/U1ф

при одном и том же числе витков обмоток трансформатора можно в √3 раза увеличить или уменьшить его коэффициент трансформации, вы­бирая соответствующую схему соединения обмоток.

Специальные трансформаторы – это устройства, которые позволяют изменить характеристики электрического тока: сбалансировать фазы, снизить пульсации, изменить число фаз, стабилизировать ток, изменить частоту тока (умножители частоты) или выполнить усиление (магнитные усилители).

При пуске электрических двигателей а также различных лабораторных установок, в питании некоторых выпрямителей, в регулировании напряжения используют автотрансформаторы . Широко используют автотрансформаторы и в качестве бытовых электроаппаратов, предопределённых для повышения напряжения от 110 до 220 В или понижения его от 220 до 110 В.

Для понижения напряжения от 220 или же 380 В до 60-70 В рассчитан сварочный трансформатор (дуговая электросварка) или до 14 В (контактная сварка). На работу при больших силах тока – порядка 300 А, предназначены сварочные трансформаторы, и при режиме короткого замыкания

Для включения измерительных приборов, а также реле, в цепи высокого напряжения используют измерительные трансформаторы . Как правило, измерительные трансформаторы считаются понижающими трансформаторами. Вследствие чего они позволяют использовать обычные приборы для замера больших напряжений, токов, мощностей, увеличивая с этим безопасность работы обслуживающего персонала.

Силовой трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Трансформа́тор то́ка - трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение - для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации

Импульсный трансформатор - это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса

№13

Первый закон Кирхгофа

Формулировка: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Или Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю.

Поясню первый закон Кирхгофа на примере рисунка 2.

Здесь ток I 1 - ток, втекающий в узел, а токи I 2 и I 3 - токи, вытекающие из узла.

I 1 = I 2 + I 3 (1)

Что бы подтвердить справедливость формулировки №2, перенесем токи I 2 и I 3 в левую часть выражения (1) , тем самым получим:

I 1 - I 2 - I 3 = 0 (2)

Знаки «минус» в выражении (2) и означают, что токи вытекают из узла.

Знаки для втекающих и вытекающих токов можно брать произвольно, однако в основном всегда втекающие токи берут со знаком «+», а вытекающие со знаком «-» (например как получилось в выражении (2) ).

Второй закон Кирхгофа.

Формулировка: Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

Здесь термин «алгебраическая сумма» означает, что как величина ЭДС так и величина падения напряжения на элементах может быть как со знаком «+» так и со знаком «-».

E 1 - Е 2 = -UR 1 - UR 2 или E 1 = Е 2 - UR 1 - UR 2

Баланс мощностей является следствием закона сохранения энергии - суммарная мощность вырабатываемая (генерируемая) источниками электрической энергии равна сумме мощностей потребляемой в цепи.

Условие баланса мощностей заключается в том, что сумма мощностей всех элементов цепи равна нулю. В цепи постоянного тока мощность участка цепи равна произведению силы тока на напряжение на этом участке. Если направление силы тока и напряжения на каком-либо участке не совпадает, перед соответствующим слагаемым ставится знак «–».

Закон Ома - это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
Закон Ома гласит:
Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.
И записывается формулой: I=U/R

Где: I - сила тока (А) , U - напряжение (В) , R - сопротивление (Ом) .
что закон Ома можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и т. д. ,

Применение законов Кирхгофа для цепей переменного тока.

законы Ома и Кирхгофа справедливы для мгновенных токов и напряжений.

Сумма комплексных токов в проводах, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:

Сумма комплексных ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна сумме комплексных падений напряжений в ветвях этого контура.

Немецкий ученый Густав Кирхгоф – один из величайших физиков всех времен, написавший целую кучу работ по электричеству.

Эти работы получили признание среди передовых ученых девятнадцатого века и стали основой для работ множества других ученых, а также дальнейшего развития науки и техники. Он был человеком который посвятил всю свою жизнь науке и несомненно сделал наш мир чуточку лучше.

В теории, законы Ома устанавливают взаимосвязь между силой, напряжением и сопротивлению тока для простых замкнутых одноконтурных цепей.

Но на практике чаще всего используются гораздо более сложные, разветвленные цепи, в систему которых может входить несколько контуров и узлов, в которые сходятся проходящие по другим ответвлениям электротоки и их невозможно описать по стандартным правилам для расчета комбинаций параллельных и последовательных цепей. Правило Кирхгофа делает возможным определение силы и напряжения тока в таких цепях.

Общие понятия и описание первого закона Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа показывает связь токов и узлов электрической цепи. Формула связи очень проста. Это правило гласит, что сумма токов всех ветвей, которые сходятся в один узел электроцепи, равняется нулю (речь идёт об алгебраических значениях).

При этом накопление электрических зарядов в одной точке замкнутой электроцепи невозможно.
При суммировании токов принято брать положительный знак, если электроток идёт по направлению к узлу, и отрицательный знак, если ток идёт в противоположную от узла сторону. Для описания понятной аналогии для этого случая, уместны сравнения с течениями воды в соединенных между собой трубопроводах.

Пример вышеописанной формулы первого закона:

Общие понятия и описание второго закона Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа описывает алгебраическую зависимость между электродинамической силой и напряжением в замкнутой электроцепи. В любом замкнутом контуре сумма электродинамической силы равна сумме падания напряжения на сопротивлениях, относящихся к данному контуру.

Для написания формул, определяющих второй закон Кирхгофа, берут положительное значение электродинамической силы и падение напряжений, если направление на относящихся к ним отрезках контура совпадает с произвольным направлением обхода контура. А если же направление электродинамической силы и токов противоположны выбранному направлению, то эти электродинамические силы и падение напряжений берут отрицательными:

Алгоритм определения знака величины электродинамической силы и падения напряжений:

1. Выбираем направление обхода контурных цепей. Тут возможны несколько вариантов: либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
2. Произвольным образом выбираем направление движения токов протекающих через элементы контурных цепей.
3. И наконец, расставляем знаки для электродинамической силы и падения напряжений (не забывая о совпадении или несовпадении направления электродинамической силы с направлением движения обхода контура)

Пример вышеописанной формулы второго закона:

Области применения

Закономерности Кирхгофа применяются на практике для сложных контурных цепей, для выяснения распределений и значений токов в этих электроцепях.

С помощью уравнений, положенных в основу этих закономерностей моделируется система контурных напряжений и токов, после решения которой можно сказать какое направление электротока необходимо выбрать. Первое и Второе правило Кирхгофа получили огромное применение при построении параллельных и последовательных контурных цепей.

При последовательном строении электроцепи (в качестве примера отлично подойдёт новогодняя ёлочная гирлянда) сопротивление на каждом последующем элементе падает согласно закону Ома.

При параллельном строении напряжение равно подаётся на все элементы электроцепи, и для определения значений токов в любом месте электроцепи используется второй закон Кирхгофа. Также часто эти правила сочетаются с другими приёмами, такими как принцип суперпозиции и метод эквивалентного электрогенератора и составления потенциальной диаграммы.

Интересные факты:

• Существует множество заблуждений о третьем, четвертом и т.д. правилах Кирхгофа. Густав Кирхгофф был всесторонне развитым человеком, который изучал множество наук;
• Он сделал несколько открытий в области теоретической механики для абсолютно упругих тел, в области химии, физики, термодинамике. Именно к этим открытиям относятся эти законы, а с электродинамикой и контурными электрическими цепями не имеют ничего общего;
• В его честь назван один из кратеров на Луне;
• Еще один величайший изобретатель Джеймс Максвелл основывал свои идеи именно на этих двух главных закономерностях электродинамики.

Пример решения задачи

Первый закон Кирхгофа

- второй закон Кирхгофа

Составляем уравнения по законам Кирхгофа для данной схемы

Пример решения задачи:

E 1 = 24 B

E 2 = 18 B

R i 1 = 0, Ом

R i 2 = 0, Ом

R 1 = 1,5Ом

R 2 = 1,8Ом

R 3 = 2 Ом

Найти: I 1-3 - ?

Подставляя исходные данные

Сокращаем коэффициенты в уравнениях

Выражаем I 1 из первого уравнения и подставляем во второе

I 1 =I 3 -I 2

3=I 3 -I 2 -I 2 =I 3 -2I 2

Совместно записываем второе и третье уравнение и вычитаем почленно

3=I 3 -2I 2

9=I 3 +I 2

_-----------------------

-6=-3I 2

Подставляем найденные I 2 =2A в третье уравнение

9= I 2 +I 3 =2+I 3

I 3 =9-2=7A

Подставляем I 2 и I 3 в первое уравнение

I 1 = I 3 -I 2 =7-2=5A

Оба источника работают в режиме генератора, так как ток и ЭДС совпадают по направлению

Тестовые задания:

МЕТОД КОНТУРНЫХ ТОКОВ

Этот метод позволяет уменьшать количество уравнений в системе.

Порядок расчёта:

1. Выбираем производное направление контурного тока;

2. Составляем уравнение по второму закону Кирхгофа для контурных токов. При записи учитываем падение напряжения от собственного контурного тока и контурных токов соседних контуров;

3. Решаем полученную систему уравнений и определяем контурные токи;

4. Рассчитываем действительные токи ветвей по правилу:

если в ветви течёт один контурный ток, то действительный ток равен этому контурному; если течет несколько, то действительный равен алгебраической сумме.

- второй закон Кирхгофа

-E 1 - E 2 = I 1 к ∙(R 4 + R i1 + R 1 + R i2 + R 2) - I 2 к ∙(R 2 + R i2)

E 2 - E 3 = I 2 к ∙(R 2 + R i2 + R 3 + R i3) - I 1 к ∙(R 2 + R i2)

Пусть при решении получилось

I 1к =3A I 2к =2A

Пример решения задачи

E 1 = 24 B

E 2 = 18 B

R i 1 = 0,5 Ом

R i 2 = 0,2 Ом

R 1 = 1,5 Ом

R 2 = 1,8 Ом

R 3 = 2 Ом

Найти: I 1-3 -?

30=6I 1 к 6=4∙5-2I 2 к

I 1 к =5A I 2 к =7A

_______________

I 3= I 2 к =7A

I 1 = I 1 к =5A

I 2 = I 2 к - I 1 к =7-5=2A

Тестовые задания:

МЕТОД ДВУХ УЗЛОВ

1.Обозначим узлы (А;В)

Под узлом А обозначим узел, к которому направлено больше ЭДС

2.Все токи направляем к узлу А

3. Рассчитываем проводимость каждой ветви по формуле единица разделить на сумму всех сопротивлений ветви.

G 1 = См

G 2 = См

G 3 = См

G 4 = См

4) Определяем напряжение между двумя узлами, в эту формулу Е входит со знаком "плюс" если она направлена к узлу А и со знаком "минус" , если от узла

∙

5) Записываем токи ветвей

I 1 =(E 1 -U AB)∙G 1

I 2 =(E 1 -U AB)∙G 2

I 3 =(-E 3 -U AB)∙G 3

I 4 =(-U AB)∙G 4

6) Меняем направлен отрицательных токов (I 3 , I 4)

Пример решения задачи

E 1 =120 В

E 8 =128 В

R i 1 =1 Ом

R 1 =10 Ом

R 2 =19 Ом

R 3 =40 Ом

R 4 =3 Ом

R 5 =20 Ом

Найти: I 1-5 =?

G 1

G 2

G 3

U AB =

I 1 =(E 1 -U АВ)∙G 1 =(120-108)∙ = = =0,8A

I 2 =(E 2 -U АВ)∙G 2 =(128-108)∙ =1A

I 3 =- U АВ ∙G 3 =(-108)∙

I 3 " =1,8A

Ответ:I 1 = I i1 =0,8A

I 2 =1A

I 3 =I 5 =1,8A

Тестовые задания:

МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО ГЕНЕРАТОРА

Этим методом удобно рассчитывать ток в одной ветви, особенно, если сопротивление этой ветви меняется.

Цель называется активной, если она содержит внутри себя источники или усилительные элементы и пассивной, если нет (R, L, C).

Согласно теории об эквивалентном генераторе любой активный двухполюсник можно заменить эквивалентным ЭДС с эквивалентным внутренним сопротивлением.

Схема с активным двухполюсником из нее следует

Чтобы найти Е э надо разомкнуть ветвь АВ и найти напряжение на зажимах разомкнутой ветви.

Пример решения задачи методом эквивалентного генератора.

U АВ = U хх = Е э

E 1 = 15 B

E 2 = 5 B

R 1 = 3 Ом

R 2 = 5 Ом

R 3 = 19,6 Ом

R i = 1 Ом

Обходим контур, который замыкается через U AB по второму закону Кирхгофа.

E 2 = - I xx ∙(R 2 + R i2) + U AB

5 = - 6 + U AB

U AB = 11 B

U AB =Eэ = 11 В

Чтобы найти R э надо разомкнуть ветвь АВ, исключить все ЭДС, оставив их внутренне сопротивление и рассчитать входное сопротивление цепи по отношению к зажимам разомкнутой ветви.

R i 1 , 1 =R i 1 +R 1 =1+3=4 ОМ

R i 2,2 =R i 2 +R 2 =1+5=6 Ом

I 3 = A

E 1 =150B

E 2 =10 B

E 3 = 80B

R i1 =R i2 = R i3 =1Ом

R 1 =10 Ом

R 2 =118 Ом

R 3 =29 Ом

R 4 =80 Ом

R 5 =20 Ом

Пример решения задачи.

E 3 -E 2 =-I xx (R i3 +R 2 +R i2)+U AB

80-10=-0,5∙120+U AB

U AB =130B

E э =U AB =130B

R i1,1-3 =R 1 +R i1 +R 3 =10+1+29=40Ом

R i 2,2-3 =1+118+1=120Ом

I 5 =

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Активные элементы - это источники и усилительные элементы.

Пассивные - резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.

Операционный усилитель - активный резистивный элемент, который выполняет в технике связи основной усилительный эффект. Представляет собой то или иное число транзисторов (до 20) и резисторов. Выполняется в виде интегральных микросхем.

Схемное изображение операционного усилителя:

Операционный усилитель имеет 8 выводов: 2 входных, 1 выходной, 1 заземлённый и 2 для регулировки, 2 источника питания. Напряжение питания 12-15 В .

Достоинства:

1) очень высокий коэффициент усиления μ = 10 4 - 10 5 ;

2) очень высокое входное сопротивление R вх = 10 5 и выше;

3) маленькое выходное сопротивление R вых = единицы Ом.

Неинвертируемый (положительный) вход операционного усилителя - это такой вход, при подаче на который напряжения одной полярности на выходе получается напряжение той же полярности.

Инвертируемый (отрицательный) вход операционного усилителя - это такой вход, при подаче на который напряжения одной полярности на выходе получается напряжение другой полярности.

Работа операционного усилителя сводится к тому, что напряжение источника питания преобразуется по закону входного напряжения, но напряжение на выходе не может быть больше, чем напряжение источника питания. Поэтому, если операционный усилитель работает без обратной связи, то на его выходе всегда будет сигнал прямоугольной формы, равный напряжению источника питания.

Схема включения операционного усилителя без обратной связи:

Понятие об обратной связи

Обратная связь - это цепи, через которые часть напряжения с выхода четырёхполюсника снова подаётся на вход того же четырехполюсника.

ООС - отрицательная обратная связь - это когда выходное напряжение подаётся на вход со знаком противоположным знаку входного.

ПОС - когда выходное напряжение подаётся на вход с тем же знаком, что и знак входного напряжения.

Операционный усилитель всегда работает с глубокой отрицательной обратной связью. Поэтому его коэффициент передачи уменьшается, но зато улучшаются его другие свойства (стабильность, полоса пропускания).

Схема операционного усилителя с обратной связью:

R вх = R 1

R обр.св. = R 2

Тестовые задания:

МЕТОД НАЛОЖЕНИЯ

Второе правило Кирхгофа - это один из приемов, который применяют для упрощения расчетов параметров сложных разветвленных цепей постоянного тока. Электрические цепи постоянного тока могут иметь в своем составе большое число сопротивлений, источников тока, множество замкнутых контуров и узлов. Параметры цепи постоянного тока любой сложности можно вычислить, если применять законы Ома и законы сохранения заряда. Правила Кирхгофа являются следствиями вышеназванных законов, с их помощью можно значительно упростить процедуру написания уравнений, связывающих силы тока, сопротивления и электродвижущие силы (ЭДС) для рассматриваемой цепи.

Первое правило Кирхгофа называют правилом узлов. Оно предназначено для написания уравнения для токов, которые сходятся в узле цепи.

Второе правило Кирхгофа относится к замкнутым контурам, которые выделяют в разветвленной цепи. Это правило еще называют правилом контуров.

Формулировка второго правила Кирхгофа

Суммы произведений алгебраических величин сил тока на внешние и внутренние сопротивления всех участков замкнутого контура равны алгебраической сумме величин сторонних электродвижущих сил (ЭДС) (), которые входят в рассматриваемый контур. В виде формулы второй закон Кирхгофа записывают как:

Величины называют падениями напряжения. До применения второго закона Кирхгофа выбирают положительное направление обхода контура. Это направление берется произвольно, либо по часовой стрелке, либо против нее. Если направление обхода совпадает с направлением течения тока в рассматриваемом элементе контура, то падение напряжения в формулу второго правила для данного контура входит со знаком плюс. ЭДС считают положительной, если при движении по контуру (в избранном направлении) первым встречается отрицательный полюс источника. Более правильно было бы сказать, что ЭДС считают положительной, если работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда на рассматриваемом участке цепи в заданном направлении обхода контура является положительной величиной.

Второе правило Кирхгофа — это следствие закона Ома.

Количество независимых уравнений, получаемых при использовании правил Кирхгофа

Применяя второе правило Кирхгофа можно получить независимые уравнения для тех контуров цепи, которые не получены наложением уже рассмотренных контуров. Число независимых контуров () равно:

где - число ветвей в цепи; - количество узлов.

Количество независимых уравнений, которые дадут первое и второе правила Кирхгофа равно ():

Вывод: количество независимых уравнений, полученных с использованием обоих правил Кирхгофа равно числу разных токов в рассматриваемой цепи.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Каким должна быть ЭДС второго источника тока, в цепи на рис.1 для того, чтобы сила тока через сопротивление была равна I? ЭДС первого источника тока известна и равна . Внутренние сопротивления источников тока соответственно и
Решение	Рассмотрим узел A, запишем для него уравнение для токов, используя первое правило Кирхгофа. Положим, что положительными являются токи, которые входят в узел: Обходя контур будем двигаться по часовой стрелке. Применяя второе правило Кирхгофа для контура ADFEA получим уравнение: Для контура EABCDFE имеем: Мы получили систему из трех независимых уравнений для трех неизвестных: Из полученной системы выразим искомую ЭДС ():
Ответ

ПРИМЕР 2

Задание

Какую силу тока показывает амперметр на схеме рис.2, если известно, что ЭДС источников равны и их сопротивлениями можно пренебречь. Известно сопротивление амперметра (), известно сопротивление . Падение потенциала на сопротивлении равно .