Impulsstroom

In verschillende elektronische apparaten, bijvoorbeeld in elektronische en halfgeleiderapparatuur, d.w.z. in versterkers, gelijkrichters, radio's, generatoren, televisies, maar ook in koolstofmicrofoons, telegrafen en vele andere apparaten, worden ze veel gebruikt rimpelstromen en spanningen ... Om om de redenering niet twee keer te herhalen, we zullen het alleen over stromen hebben, maar alles wat met stromen te maken heeft, geldt ook voor spanningen.

Pulserende stromen die een constante richting hebben maar hun waarde veranderen, kunnen verschillend zijn. Soms verandert de huidige waarde van de hoogste naar de laagste niet-nulwaarde. In andere gevallen wordt de stroom gereduceerd tot nul. Als gelijkstroom circuit wordt onderbroken met een bepaalde frequentie, dan is er enige tijdsinterval geen stroom in het circuit.

In afb. 1 toont grafieken van verschillende golfstromen. In afb. 1, a, b, de verandering in stromen vindt plaats volgens sinusvormige curve, maar deze stromen mogen niet worden beschouwd als sinusvormige wisselstromen, aangezien de richting (teken) van de stroom niet verandert. In afb.1, c toont een stroom bestaande uit afzonderlijke pulsen, dat wil zeggen kortstondige stroomschokken, van elkaar gescheiden door pauzes van meer of minder duur, en wordt vaak pulsstroom genoemd. Verschillende gepulseerde stromen verschillen van elkaar in de vorm en duur van de pulsen, evenals in de herhalingssnelheid.

Het is handig om een ​​pulserende stroom van welke aard dan ook te beschouwen als de som van twee stromen - gelijkstroom en wisselstroom, term- of componentstromen genoemd. Elke pulserende stroom heeft DC- en AC-componenten. Dit lijkt velen vreemd. In feite is een pulserende stroom immers een stroom die de hele tijd in één richting stroomt en van waarde verandert.

Hoe kun je zien dat er wisselstroom in zit die van richting verandert? Als echter twee stromen - gelijkstroom en wisselstroom - tegelijkertijd door dezelfde draad gaan, blijkt dat er een pulserende stroom in die draad zal vloeien (fig. 2). In dit geval mag de amplitude van de wisselstroom de waarde van de gelijkstroom niet overschrijden. Gelijk- en wisselstroom kunnen niet afzonderlijk door de draad stromen. Ze dragen bij aan een algemene stroom van elektronen die alle eigenschappen heeft van een pulserende stroom.

Rijst. 1. Grafieken van verschillende golfstromen

De optelling van AC- en DC-stromen kan grafisch worden weergegeven. In afb. 2 toont de grafieken van een gelijkstroom gelijk aan 15 mA en een wisselstroom met een amplitude van 10 mA. Als we de waarden van deze stromingen optellen voor individuele tijdstippen, rekening houdend met de richtingen (tekens) van de stromingen, krijgen we de golfstroomgrafiek getoond in Fig. 2 met een dikke lijn. Deze stroom varieert van een minimum van 5 mA tot een maximum van 25 mA.

De weloverwogen optelling van stromen bevestigt de validiteit van de weergave van de pulserende stroom als som van gelijk- en wisselstroom. De juistheid van deze weergave wordt ook bevestigd door het feit dat het met behulp van sommige apparaten mogelijk is om de componenten van deze stroom van elkaar te scheiden.

Rijst. 2. Pulsstroom verkrijgen door gelijk- en wisselstroom bij elkaar op te tellen.

Benadrukt moet worden dat elke stroom altijd kan worden weergegeven als een som van verschillende stromen. Een stroom van 5 A kan bijvoorbeeld worden beschouwd als de som van stromen 2 en 3 A die in één richting stromen, of de som van stromen 8 en 3 A die in verschillende richtingen stromen, dat wil zeggen, met andere woorden, het verschil tussen stromen 8 en 3 A. Het is niet moeilijk om andere combinaties van twee of meer stromen te vinden die een totaal van 5 A opleveren.

Hier is er een volledige overeenkomst met het principe van optellen en ontbinden van krachten. Als twee gelijk gerichte krachten op een object werken, kunnen ze worden vervangen door één gemeenschappelijke kracht. Krachten die in tegengestelde richting werken, kunnen worden vervangen door een eenheidsverschil. Omgekeerd kan een gegeven kracht altijd worden beschouwd als de som van overeenkomstige gelijk gerichte krachten of het verschil tussen tegengesteld gerichte krachten.

Het is niet nodig om gelijkstroom of sinusvormige wisselstromen te ontbinden in deelstromen. Als we de pulserende stroom vervangen door de som van gelijkstroom en wisselstroom, dan is het mogelijk om door de bekende wetten van gelijkstroom en wisselstroom toe te passen op deze componentstromen, veel problemen op te lossen en de nodige berekeningen te maken met betrekking tot pulserende stroom.

Het concept van pulserende stroom als som van gelijkstroom en wisselstroom is conventioneel.Natuurlijk kan niet worden aangenomen dat op bepaalde tijdsintervallen de gelijkstroom en wisselstroom echt langs de draad naar elkaar toe stromen. In feite zijn er geen twee tegengestelde elektronenstromen.

In werkelijkheid is een pulserende stroom een ​​enkele stroom die in de loop van de tijd van waarde verandert. Het is juister om te zeggen dat de pulserende spanning of pulserende EMF kan worden weergegeven als de som van de constante en variabele componenten.

In FIG. 2 laat zien hoe algebraïsch de constante emf van de ene generator wordt opgeteld bij de variabele emf van een andere generator. Als gevolg hiervan hebben we een pulserende EMF die de overeenkomstige pulserende stroom veroorzaakt. Voorwaardelijk kan echter worden aangenomen dat een constante EMF een gelijkstroom in het circuit creëert, en een wissel-EMF - een wisselstroom, die bij elkaar opgeteld een pulserende stroom vormt.

Elke pulserende stroom kan worden gekenmerkt door de maximale en minimale waarden van Itax en Itin, evenals de constante en variabele componenten. De constante component wordt aangeduid met I0. Als de wisselende component een sinusvormige stroom is, wordt de amplitude ervan aangegeven met It (al deze grootheden worden getoond in figuur 2).

Het moet niet worden verward met It en Itax. Ook mag de maximale waarde van de huidige golf Imax niet de amplitude worden genoemd. De term amplitude verwijst meestal alleen naar wisselstromen. Met betrekking tot de pulserende stroom kunnen we alleen praten over de amplitude van de variabele component.

De constante component van de pulserende stroom kan de gemiddelde waarde Iav worden genoemd, dat wil zeggen de rekenkundige gemiddelde waarde. Als we inderdaad de veranderingen in één periode van de pulserende stroom in Fig.2 is het volgende duidelijk te zien: in de eerste halve cyclus worden een aantal waarden opgeteld bij de 15 mA stroom door de stroomcomponent te variëren, variërend van 0 naar 10 mA en weer terug naar 0, en in de tweede helft -cyclus, exact dezelfde stroomwaarden worden afgetrokken van de huidige 15 mA.

Daarom is de stroom van 15 mA echt de gemiddelde waarde. Aangezien stroom de overdracht is van elektrische ladingen door de doorsnede van de draad, is Iav de waarde van zo'n gelijkstroom die in één periode (of voor een heel aantal perioden) dezelfde hoeveelheid elektriciteit transporteert als deze pulserende stroom .

Voor sinusvormige wisselstroom is de waarde van Iav per periode nul omdat de hoeveelheid elektriciteit die door de dwarsdoorsnede van de geleider gaat in een halve periode gelijk is aan de hoeveelheid elektriciteit die in de tegenovergestelde richting passeert gedurende een andere halve periode. Op de grafieken van stromen die de afhankelijkheid van stroom i op tijd t laten zien, wordt de hoeveelheid elektriciteit die door de stroom wordt vervoerd, uitgedrukt door de oppervlakte van de figuur die wordt begrensd door de stroomkromme, aangezien de hoeveelheid elektriciteit wordt bepaald door de product dat het.

Voor een sinusvormige stroom zijn de oppervlakken van de positieve en negatieve halve golven gelijk.In de pulserende stroom getoond in Fig. 2 wordt tijdens de eerste helft van de periode de hoeveelheid elektriciteit die wordt vervoerd door de AC-component opgeteld bij de hoeveelheid elektriciteit die wordt vervoerd door de huidige Iav (gearceerd gebied in de figuur). En tijdens de tweede halve cyclus wordt precies dezelfde hoeveelheid elektriciteit onttrokken. Hierdoor wordt gedurende de gehele periode dezelfde hoeveelheid elektriciteit overgedragen als bij een enkele gelijkstroom Iav, dat wil zeggen dat de oppervlakte van de rechthoek Iav T gelijk is aan de oppervlakte begrensd door de golfstroomcurve.

De constante component of de gemiddelde waarde van de stroom wordt dus bepaald door de overdracht van elektrische ladingen door de dwarsdoorsnede van de draad.

De huidige vergelijking getoond in Fig. 2 moet uiteraard in de volgende vorm worden geschreven:

Het vermogen van de pulserende stroom moet worden berekend als de som van de vermogens van de samenstellende stromen. Als bijvoorbeeld de stroom getoond in Fig. 2, gaat door een weerstand met weerstand R, dan is zijn vermogen

waarbij I = 0,7Im de effectieve waarde is van de variabele component.

U kunt het concept van de effectieve waarde van de golfstroom Id introduceren. Het vermogen wordt op de gebruikelijke manier berekend:

Door deze uitdrukking gelijk te stellen aan de vorige en deze te reduceren met R, krijgen we:

Dezelfde relaties kunnen worden verkregen voor spanningen.