Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Elektronika i Elektrotechnika. Prąd stały Natężenie, Napięcie, i ładunek Opór Prawo Ohma, Moc, Energia Obwody z oporami Prawa prądu stałego. Analiza obwodów.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Elektronika i Elektrotechnika. Prąd stały Natężenie, Napięcie, i ładunek Opór Prawo Ohma, Moc, Energia Obwody z oporami Prawa prądu stałego. Analiza obwodów."— Zapis prezentacji:

1 Elektronika i Elektrotechnika

2 Prąd stały Natężenie, Napięcie, i ładunek Opór Prawo Ohma, Moc, Energia Obwody z oporami Prawa prądu stałego. Analiza obwodów Pojemność i prąd chwilowy

3 Literatura S. Bolkowski Teoria obwodów Wyd. Techn. Z.Cichowska,M.Pasko,E.Litwinowicz Przykłady i zadania z elektrotechniki teoretycznej S.Bolkowski Teoria obwodów zbiór zadań I wiele wiele innych

4 Układ jednostek SI Wielkość SYMBOL Długość l Prąd I, i TemperaturaT Masam Czast Jednostka Skrót. metrm amperA kelvinK kilogramkg sekundas

5 Jednostki pochodne SI NapięcieU, u, E, e Ładunek Q, q Opór R Moc P, p PojemnośćC IndukcyjnośćL Częstotliwośćf Strumień magnetyczny Natężenie pola magnet.B voltV coulombC ohm wattW faradF henryH hertzHz weberWb teslaT

6 Wielkośći wyrażane w jednostkach potęgi 10 Wielkości w elektrotechnice zmieniają się w dużym zakresie, wyrażamy je w jednostkach potęgi 10; np x 10 5 Hz. Można je zapisać w notacji naukowej tzn. wyrażając je stosując wielokrotności potęgi np: 8.35 x 10 6 Hz. Lub stosując notację używającą prefixu - notacja inżynierska; np MHz.

7 Prefixy w zapisie inżynierskim Potęgi 10PREFIX SYMBOL teraT 10 9 gigaG 10 6 megaM 10 3 kilok milim micro nanon pikop

8 Teoria Atomowa KLM N jądro Uproszczony schemat atomu Jądro składa się z protonów i neutronów (dodatni ładunek) Elektrony krążą po orbitach zwanych powłokami (K, L, M, N, etc.) Atom jest obojętny N. protonów = N.elektronów Elektrony znajdujące się na najbardziej zewnętrznych powłokach walencyjnych nazywają się walencyjnymi elektrony

9 Przewodniki, Izolatory, półprzewodniki Przewodniki to materiały które przewodzą (np. miedź, aluminium, złoto) -mają dużą ilość wolnych elektronów. Izolatory nie przewodzą (np. plastik, guma, porcelana) ponieważ mają prawie całkowicie zajęte poziomy walencyjne. Półprzewodniki mają zajęte do połowy pasma walencyjne (np. krzem, german).

10 Ładunek elektryczny Ciało jest naładowane gdy posiada nadmiar lub niedobór elektronów. Jednostką ładunku jest coulomb; 1 C = 6.24 x elektronów (1e=1.6x C) Prawo Coulomba: F = kQ 1 Q 2 / r 2 k = 9 x 10 9 [N*m 2 /C 2 ], Q 1 i Q 2 są ładunkami w coulombach, a r (odległość) w m.

11 Napięcie Aby ładunek przemieszczał się pomiędzy dwoma ciałami musi istnieć pomiędzy nimi, różnica potencjałów lub napięcie. Napięcie pomiędzy dwoma punktami wynosi 1 V jeżeli potrzeba 1 J energii aby przenieść1 C ładunku charge z jednego punktu do drugiego U Q = E Symbole napięcia stałego (DC): Komórka Bateria

12 Prąd Elektrony przepływają od ujemnego potencjału do dodatniego ale umowny prąd przepływa w kierunku odwrotnym (tak jakby przepływał ładunek dodatni) 1 A jest ładunkiem 1 C przepływającym przez dany punkt obwodu w ciągu 1 s, tzn. I = Q / t lub Q = I x t. E + - I Lamp Kierunek (umowny) przepływu prądu

13 Praktyczne źródła napięcia DC Pierwotne baterie są nie ładowalne Wtórne baterie są ładowalne. Baterie są w różnych kształtach, rozmiarach, typach ( np. alkaliczne, węglowo-cynkowa, litowa, NiCad, kwasowo-ołowiana) oraz pojemnościach i napięciach. Pojemność baterii (Ah) = pobór prądu x czas życia.

14 Inne źródła napięcia DC Elektroniczne zasilacze napięcia prostują prąd zmienny (AC) do prądu stałego. Baterie słoneczne zamieniają energię słoneczną na energię elektryczną. Generatory DC zamieniają energię mechaniczną obracającej się ramki w zewnętrznym polu magnetycznym magnesu (stojana).

15 Pomiar napięciaV i prądu I Umieścić Woltomierz równolegle do urządzenia na którym mierzymy napięcie. Aby zmierzyć natężenie prądu Amperomierz musi być umieszczony szeregowo z urządzeniem przez które płynie prąd. E + _ R1R1 R2R2 E + _ R2R2 V R1R1 A_ _ + + a) Pomiar Napięcia b) Pomiar prądu

16 Przełączniki, bezpieczniki, & wyłączniki

17 Oporność Oporność jest podaje odwrotność mobilności ładunku i zależy tylko od rodzaju materiału i wymiarów opornika (długość, przekrój poprzeczny): R = l / A gdzie jest opornością własną ( -m), l długością (m), a A jest przekrojem poprzecznym (m 2 ). Uwaga: zależy od temperatury!. Dla przewodników ta zależność jest liniowa i podane przez współczynnik temperaturowy ( ). Zmianę oporu w zależności od temperatury podaje: R 2 = R 1 [1 + ( T 2 - T 1 )]

18 Typy oporników (rezystorów) Stałe oporniki np.: sprasowane związki węgla, cienkie warstwy metalu, tlenku metalu, zwoje drutu cienkiego, & oporniki półprzewodnikowe Zmienne oporniki: potencjometr & reostaty Stały Opornik PotencjometrReostat

19 Kod kolorów rezystorów Kolor: CZ, Br, Czer, Pom, Ż, Ziel, Bl, Fiol, Sz, Bi, Zł, Sr, Brak Pasm 1: Pasm 2: Pasm 3: Pasm 4: 5% 10% 20%

20 Prawo Ohma Prawo Ohma mówi że prąd (I) w obwodzie z rezystorem jest proporcjonalny do napięcia (E lub U) i odwrotnie proporcjonalny do wartości rezystancji (R). Równanie: A E + R V + + I I (mA) U

21 Moc Moc jest zdefiniowana jako ilość pracy lub Transferowanej energii w jedn. czasu (watt, W) gdzie W jest pracą (lub energią) w jednostach Julea (J) a t czasem w sekunach (s). Dla prądu elektrycznego odpowiada to:

22 Energia & Wydajność Energia jest podana w: W = P x t [ J] Jednostka używana w elektrotechnice to kWh = 3.6 MJ or 1000 Wh. Wydajność urządzenia lub systemu jest zdefiniowana przez stosunek użytej mocy do całkowitej dostarczonej mocy., = (P out / P in ) x100 %. Całkowita wydajność to iloczyn poszczególnych wydajności.

23 Połączenia Szeregowe Dwa elementy są połączone szeregowo jeżeli są połączone w jednym punkcie i nie ma żadnych połączeń doprowadzających lub odprowadzających prąd w tym punkcie. Prąd (I) jest taki sam w każdym elemencie obwodu + R1R1 R2R2 R1R1 R2R2 R3R3 E Punkt połączenia I

24 Poł. szeregowe & P.Kirchoffa Prawo Kirchoffa o napięciu dla zamkniętej pętli (oczka): Suma V wzrostów = Suma V spadków lub U=0 Całkowita rezystancja n rezystorów szeregowych: R T = R 1 + R R n Całkowita moc : P T = P 1 + P P n

25 Zasada dzielnika napięcia Napięcie przyłożone do to połączenia szeregowego będzie spadać na rezystorach proporcjonalnie do wielkości poszczególnych rezystorów : U x = (R x / R T ) E

26 Połączenia szeregowe Otwarty obwód będzie powodować brak spadów napięcia na opornikach ponieważ natężenie prądu płynącego w obwodzie I = 0. Rezystor zastąpiony zwarciem będzie powodował spadki napięcia na pozostałych rezystorach większe od oczekiwanych. Efekt obwodu na wartość napięcia na obciążeniu którego rezystacja jest > 100 większa niż wartość pozostałych rezystorów może być zaniedbany.

27 Ziemia obwodu Ziemia jest dowolnym punktem odniesienia lub wspólnym dla danego układu. Ziemia obwodu jest zwana ziemią obudowy wjeżeli jest ona połączona do metalowej obudowy układu, urządzenia. Dla bezpieczeństwa, ziemia obudowy jest połączona do uziemienia całego zasilania i ziemi sieci (właściwej ziemi) poprzez kabel

28 Symbole ziemi f Ziemia obwodu Ziemia obudowy Symbole ziemi Obwody równoważne

29 Opór wewnętrzny źródeł napięcia Napięcie obciążenia Dostępne napięcie

30 Obwód równoległy Elementy obwodu są równoległe kiedy mają tylko 2 węzły wspólne. Napięcie na wszystkich równoległych elementach obwodu będą takie same. Źródła napięcia o różnych potencjałach nie powinny nigdy być połączone równolegle. ITIT E + I1I1 I2I2 R1R1 R2R2 I3I3 R3R3 RTRT I x = E / R x ; II P.Kirchoffa: I T = I 1 + I 2 + I 3 = E / R T

31 Obwód równoległy i P.Kirchoffa Prawo prądów Kirchoffa: I = 0, lub I in = I out Całkowita konduktancja: G T =G 1 + G G n =1/R T lub całkowita rezystancja, R T = 1/(1/R 1 + 1/R /R n ) Dla dwóch rezystancji równoległych: R T = R 1 R 2 / (R 1 + R 2 ) Dla n identycznych rezystorów równoległych: R T = R/n gdzie R jest rezystancją każdego rezystora. Dzielnik natężenia: I x = (R T /R x )I T Całkowita moc wyemitowana:P T = P 1 + P P n gdzie P 1 = E 2 /R 1 lub EI 1 ;.... ; P n = E 2 /R n or EI n

32 Równoległo-szeregowe sieci R T1 R1R1 R2R2 R3R3 R T2 R2R2 R3R3 R1R1 R4R4 R T3 R1R1 R2R2 R3R3 R4R4 R5R5 R6R6 R7R7 (a) (b) (c)

33 Źródło stałoprądowe i zamiana na napięciowe Idealne źródło stałoprądowe utrzymuje stały prąd niezależnie od wartości rezystancji. Idealne źródło stałoprądowe ma nieskończoną rezystancję bocznikującą R s. Wiele źródeł prądowych połączonych równolegle może być zastąpionych przez jedno. Źródła prądowe nigdy nie powinny być łączone szeregowo. Idealne źródło prądowe Zamiana źródeł I E RSRS I RSRS E = IR S I = E/R S

34 Analiza oczek I. Ustalamy dowolny kierunek przepływu prądu (zgodny z kier. wskazówek zegara) dla każdego oczka II. Oznaczamy polaryzacje na rezystorach i źródłach. Napięcia przechodzone od – do + są brane z dodatnim znakiem od + do – z ujemnym znakiem. Napięcia na rezystorach przechodzących zgodnie z kierunkiem prądu są ujemne! III. Stosujemy I.Prawo Kirchoffa (napięciowe) do oczek IV. W węzłach stosujemy II.Prawo Kirchoffa (natężeniowe)

35 Zasada superpozycji I. Całkowity prąd lub napięcie na rezystorze lub w gałęzi może być zastąpiony przez efekt spowodowany przez każde źródło z osobna. II. Zamieniamy wszystkie źródła napięciowe przez zwarcie a wszystkie źródła prądowe przez otwarty obwód, z wyjątkiem źródła które badamy. I R1R1 R2R2 E I R1R1 R1R1 R2R2 R2R2 E +

36 Twierdzenie Thevenina Jakikolwiek liniowy układ dwójników może być uproszczony do prostego układu składającego się obciążenia i z pojedynczego źródła napięcia, E Th i rezystancji wewnętrznej, R Th. E Th jest równowżne napięciu otwartego układu na zaciskach a i b, oraz R Th jest wypadkową rezystancjąwidoczną z punktu widzenia tych zacisków. a b a b

37 Twierdzenie Thevenina Procedura zamiany układu do układu ekwiwalentnego Thevenina : I.Usunąć obciążenie z obwodu. II.Ustalić wszystkie źródła na zero. III.R Th otrzymujemy wyliczając rezystancję zastępczą pomiędzy zaciskami ab. IV.Umieścić z powrotem źródła z punktu #2 i obliczyć E Th jako napięcie otwartego układu na zaciskach ab.

38 Twierdzenie Nortona Jakikolwiek układ podwójnych połączeń można zastąpić poprzez układ składający się ze źródła prądowego, I N, i rezystora bocznikującego, R N. I N jest równoważnym prądem zwarcia pomiędzy punktami a i b, oraz R N jest równoważną rezystancją widzianą pomiędzy tymi punktami.

39 Zastosowanie Tw. Nortona Procedura zastępowania układu wg. Tw. Nortona: I.Opuszczamy rezystancję obciążenia. II.Wszystkie źródła ustalamy na zero. III.R N jest otrzymany przez obliczenie oporu zastępczego dla otwartego obwodu pomiędzy ab. IV.Umieszczamy wszystkie źródła usunięte w punkcie 2 i obliczmy I N -jako prąd zwarcia pomiędzy punktami ab.

40 Maksymalna moc dostarczana Obciążenie R L maksymalną otrzymuje moc ze źródła jeżeli rezystancja obciążenia jest dokładnie taka jak rezystancja Thevenina (lub Norton) obliczona patrząc w tył obwodu Ta maksymalna moc dostarczona do obciążenia wynosi: a b

41 Uwagi do transmisji mocy We wzmacniaczach i urządzeniach telekomunikacyjnych, często chcemy aby moc która jest dostarczana obciążeniu była bliska maksymalnej możliwej dla danego źródła. Ale wtedy, dla takiego transferu mocy ( tzn. R L = R źródła ), wydajność wynosi tylko 50 %. Z drugiej strony dla transferu mocy lub zasilaczy mocy chcemy aby R źródła << R L, czyli napięcie na obciążeniu jest bliskie napięciu źródła bo wtedy wydajność transferu wynosi blisko 100 %.

42 Kondensator Kondensator składa się z 2 płyt przewodnika i izolatora pomiędzy nimi (dielectric) powietrze, olej, mika, plastik, ceramika, etc. Kiedy źródło dc jest przyłożone do kondensatora, jedna z płyt ładuje się dodatnio a druga ujemnie. Ilość ładunku zgromadzonego na kondensatorze: Q = CV (C) Okładki Symbol Pole elektryczneKon. płaski

43 Kondensator (cd) Pojemność kondensatora płaskiego wynosi: C = A / d (F), gdzie jest przenikalnością dielektryka, A jest powierzchnia płytek a d jest odległością okładek. r o gdzie r jest względną przenikalnością lub stałą dielektryczną dielektr. o = 8.85 x F/m jest przenikalnością powietrza. Energia zmagazynowana w kondensatorze wynosi W = 1 / 2 CU 2 (J)

44 Typy kondensatorów Stałe: e.g. ceramiczne, plastikowe, mikowe, elektroliczne, montaż powierzchn. Elektrolityczne kondensatory są aluminiowe lub tantalowe i są spolaryzowane. Zmiennej pojemności: e.g. Zmienne pow. płyt.

45 Połączenie kondensatorów Dla kondensatorów połączonych równolegle powierzchnia okładek dodaje się Całkowita pojemność: C T = C 1 + C C n Napięcie wypadkowe: U 1 = U 2 =.. U n = E Całkowity ładunek: Q T = Q 1 + Q Q n EC1C1 C2C2 UnUn UnUn U2U2 U1U1

46 Połączenie szeregowe U1U1 U2U2 UnUn UTUT C1C1 C2C2 CnCn Całkowita pojemność, C T = 1/(1/C 1 + 1/C /C n ) Całkowite napięcie, U T = U 1 + U U n = E Zasada dzielnika napięcia na kondensatorach: Ładunki są takie same, np. Q 1 = Q 2 =... = Q n E

47 Ładowanie kondensatora v c = E(1-e -t/ ) i = (E/R)e -t/ = RC v R = Ee -t/ ładow anie Stałe napięcie

48 Ładowanie kondensatora (cd) Obszar ładowania: Kiedy przełącznik ustawimy w pozycji a, prąd skacze do E/R amperów (jak przy zwarciu), potem opada eksponencjalnie do zera, natomiast napięcie rośnie eksponencjalnie od zera do E woltów. Uwaga: po t =1, v C = 0.632E a po t =5, v C = 0.993E. Obszar ustalony: Napięcie i natężenie nie ulegają zmianie. V C = E i I C = 0 ; a zatem kondensator po naładowaniu wygląda jak rozwarty obwód.

49 Rozładowywanie kondensatora v c = V o e -t/ i = -(V o /R)e -t/ = RC v R = -V o e -t/

50 Krzywe ładowania i rozładowywania Stała czasowa


Pobierz ppt "Elektronika i Elektrotechnika. Prąd stały Natężenie, Napięcie, i ładunek Opór Prawo Ohma, Moc, Energia Obwody z oporami Prawa prądu stałego. Analiza obwodów."

Podobne prezentacje


Reklamy Google