Примечания: 1. Регулятор громкости - в положении максимальной громкости; регуляторы тембра - завал низких и высоких частот.
2. Переключатель диапазонов - в положении «СВ».
3. Звуковой генератор подключен к контакту 27 платы ПЧ-НЧ, а выходной вольтметр - к контакту 30 платы « » обоих приборов соединена с лепестком 2 разъема Ш («магнитофон»).
Для проверки частотной характеристики УНЧ на звуковом генераторе устанавливается частота 1000 гц. Регулятором громкости на выходе УНЧ устанавливается напряжение 0,56 в («Спидола»), 1,1 в («ВЭФ-12», «ВЭФ-201», «ВЭФ-202») и в дальнейшем положение РГ не меняется. Напряжение на входе (мх) не должно превышать 12 мв («Спидола»), 10 мв («ВЭФ-12», «ВЭФ-201», «ВЭФ-202»). Затем на вход УНЧ подается сигнал частотой сначала 200 гц, а потом 4000 гц (полоса воспроизведения), и в обоих случаях регулятором выхода ЗГ устанавливается напряжение u2t которое соответствует напряжению на выходе 0,56 в (1,1 в). Неравномерность частотной характеристики N определяется из соотношения N = 20 lg (и2/u1) и не должна превышать норм, указанных в табл. 2. Коррекция частотной характеристики может быть осуществлена подбором емкости конденсатора С78 («Спидола»), С73 («ВЭФ-12», «ВЭФ-201», «ВЭФ-202»).
Рис. 70. Структурная схема измерения входного сопротивления УНЧ приемников
1,2 - вход УНЧ; Нвх - сопротивление между точками 1 и 2
Иногда полезно знать величину входного сопротивления усилителя НЧ. Для этого собирается схема в соответствии с рис. 70.
Регулятор громкости устанавливается в положение максимальной громкости. От ЗГ на базу первого транзистора усилителя НЧ подается сигнал частотой 1000 гц через резистор R1 (2 - 3 ком) такой величины, чтобы напряжение на выходе было 0,56 в («Спидола») и 1,1 в («ВЭФ-12», «ВЭФ-201», «ВЭФ-202»). В этом случае ламповый вольтметр (ЛВ1) на выходе ЗГ покажет величину напряжения ut, a ЛB2 - и2 (вход УНЧ). Зная величину R1 и напряжения и2 и и1, можно подсчитать входное сопротивление усилителя (RBX) по формуле:
R вх = u2 R1/uR1 = u2/(u1 -u2) R1,
где uR1 == u1 - u2.
Величина резистора R1 подбирается так, чтобы щ та 2и2.
Если на выходе УНЧ напряжение, соответствующее номинальной выходной мощности, может быть получено при очень малых напряжениях на входе, то это будет говорить о близости усилителя к самовозбуждению. Причинами этого явления могут быть положительная обратная связь вместо отрицательной, обрыв в цепи обратной связи или неправильная распайка выводов согласующего (выходного) трансформатора. Этот режим характеризуется очень высоким коэффициентом нелинейных искажений и большой неравномерностью частотной характеристики.
После окончания регулировки УНЧ необходимо включить напряжение питания и проверить на слух работу усилителя НЧ при всех положениях регулятора громкости. При положении РГ, соответствующему минимальной громкости, на выходе приемника не должно быть никакого сигнала, а при максимальной громкости и подаче на вход УНЧ сигнала от ЗГ частотой 1000 гц и величиной 15 - 25 мв форма выходного напряжения должна быть неискаженной и без изломов, ярко светящихся точек и т. д.
Рис. 2. Электромонтажная схема платы ПЧ-НЧ радиоприемников «Спидола», «ВЭФ-Спидола» и «ВЭФ-Спидола-10» Резистор R 42 установлен со стороны фольги
Рис. 6. Электромонтажная схема платы ПЧ-НЧ радиоприемников «ВЭФ-12», «ВЭФ-201» и «ВЭФ-202»
Резисторы R 10, R 22 и R 47 установлены со стороны фольги
Рис. 10. Электромонтажные схемы планок диапазонов 25 м - П1
31 м - П2, 41 м - ПЗ, 49 м - П4 (а),- 50 - 75 ж - П5 (б); СВ - П6(в) и ДВ - П7(г) радиоприемника «Океан» На планках диапазонов 25 м (П1) и 31 м (П2) дроссель (Др) отсутствует, точки его подсоединения закорочены перемычкой
Рис. 11. Электромонтажная схема платы блока УКВ радиоприемника «Океан»
Рис. 12. Электромонтажная схема платы ВЧ-ПЧ радиоприемника «Океан»
На схеме не показаны экраны транзисторов ТЗ, Т4, Т5, Т8 и Т9 и положение подвижных ножей переключателя В1. Точки 20 и 21 платы соединены перемычкой
Рис. 13. Электромонтажная схема платы УНЧ радиоприемника «Океан»
Рис. 15. Электромонтажные схемы планок диапазонов 2о м - П1, 31 м - П2, Им - ПЗ, 49 м – - П4(а); 50 - 75 м - 115(6) радиоприемника «Океан-203»
На планках диапазонов 25 м (III ) и 31 л (П2) дроссель (Др) отсутствует, точки его подсоединения закорочены перемычкой
Рис. 16. Электромонтажная схема платы блока УКВ радиоприемника «Океан-203»
Рис. 1.35 Рис. 1.36 Рис. 1.37 На этом заканчивается первый этап решения задачи. Второй этап Вернемся к схеме (рис. 1.31) и для удобства вычертим ее еще раз (рис. 1.38). При питании от одного источника энергии легко указать направления токов в каждом сопро- тивлении (рис. 1.38). Мы нашли общий ток, который является током, проходящим через первое сопротив- ление. Зная величину этого сопротивления, можно найти напряжение, теряемое на пер- вом сопротивлении: U1 = I1 R1 = 6 ⋅ 6 = 36 В. Напряжение на втором сопротивлении U2 меньше напряжения источника на величи- Рис. 1.38 ну падения напряжения на первом сопротив- лении U1, так как напряжение источника всегда равно сумме падений напряжений на со- противлениях внешнего участка цепи, по которым мы перемещаемся по ходу тока от од- ной клеммы источника (плюс) до другой клеммы (минус), независимо от того, по каким путям тока мы при этом перемещаемся. Это значит, что напряжение источника в нашем случае равно, во-первых, напряжению на первом сопротивлении плюс напряжение на вто- ром сопротивлении; во-вторых, сумме падений напряжений на первом, четвертом и треть- ем сопротивлениях; в-третьих, сумме падений напряжений на первом, пятом, шестом (или седьмом) и третьем сопротивлениях. На основании изложенного можно написать: U 2 = U − U1 = 120 − 36 = 84 В. Поскольку величина второго сопротивления задана и напряжение, приложенное к нему, найдено, то по закону Ома можно найти ток во втором сопротивлении: U 2 84 I2 = = = 2 А. R2 42 Нам известен ток источника, а этот ток, в соответствии с первым законом Кирхго- фа, для точки с равен сумме второго и третьего токов: I = I2 +I 3 . В этом равенстве неизвестен ток третьего сопротивления, который определяется так: I3 = I − I 2 = 6 − 2 = 4 А. Величина третьего сопротивления задана, а ток в нем найден. Следовательно, на- пряжение на этом сопротивлении легко подсчитать: U 3 = I 3 R3 = 4 ⋅ 9 = 36 В. 41 Напряжение на четвертом сопротивлении U4 меньше напряжения второго сопро- тивления на величину напряжения, приложенного к третьему сопротивлению. Следова- тельно, U4 = U2 – U3 = 84 – 36 = 48 В. Другими словами, напряжение четвертого сопротивления меньше напряжения ис- точника на величину напряжения первого и третьего сопротивлений: U 4 = U − (U1 + U 3) = 120 − (36 + 36) = 48 В. По закону Ома находим ток четвертого сопротивления: U 4 48 I4 = = =1 А. R4 48 Применим первый закон Кирхгофа для точки а или в. Для точки а I1 =I 2+ I 4 + I 5 , для точки в I3 = I 4 + I5 . В каждом из этих уравнений нам неизвестен ток пятого сопротивления, следова- тельно, найдем его следующим образом: I 5 = I1 − (I1 + I 4) = 6 − (2 + 1) = 3 А, или I 5 = I 3 − I 4 = 4 − 1 = 3 А. Используя закон Ома, найдем падение напряжения на пятом сопротивлении: U 5 = I 5 R5 = 3 ⋅ 6 = 18 В. Напряжение на шестом и седьмом сопротивлениях меньше напряжения на четвер- том сопротивлении на величину падения напряжения на пятом сопротивлении согласно свойствам параллельного и последовательного соединения сопротивлений. Тогда U 6 = U 7 = U 4 − U 5 = 48 − 18 = 30 В, или U 6 = U − (U1 + U 5 + U 3) = 120 − (36 − 18 + 36) = 30 В. Решение задач первого типа не вызывает трудностей, какой бы сложной ни каза- лась предложенная схема. Применяя рассмотренный прием решения, можно найти без особых трудностей необходимые величины. 1.2.34. Второй тип задачи Задачи второго типа, в которых неизвестно или напряжение источника, или какое-либо сопро- тивление внутри схемы, являются задачами более трудными в том смысле, что нельзя заранее указать путь их решения для любого условия, основываясь только на тех приемах решения, которые рассмот- рены выше. Рассмотрим задачу второго типа. Рис. 1.39 Для примера возьмем схему, приведенную на рис. 1.39. Даны: R1 = 5 Ом; R2 = 159 Ом; R3 = 30 Ом; R4 = 24 Ома; R5 = 16 Ом; R6 = 12 Ом; I4 = 2 А. Найти напряжение источника. 42 Зная ток четвертого сопротивления и величину этого сопротивления, найдем по за- кону Ома напряжение на четвертом сопротивлении: U 4 = I 4 R4 = 2 ⋅ 24 = 48 В. Сопротивления пятое и шестое по отношению к четвертому сопротивлению соеди- нены параллельно. Следовательно, напряжение на каждом из них составит 48 В. Это позволяет найти токи в пятом и шестом сопротивлениях: U 6 48 U 48 I6 = = = 4 А; I5 = 5 = = 3 А. R6 42 R5 16 По первому закону Кирхгофа ток в третьем сопротивлении равен сумме токов чет- вертого, пятого и шестого сопротивлений. Следовательно, I3 = I 4 + I5 + I6 = 2 + 3 + 4 = 9 А. По закону Ома можно найти падение напряжения на третьем сопротивлении: U 3 = I 3 R3 = 9 ⋅ 30 = 270 В. Второе сопротивление по отношению к сопротивлениям третьему и четвертому, пятому и шестому соединено параллельно. Следовательно, напряжение на втором со- противлении равно сумме напряжении на третьем и четвертом сопротивлениях: U 2 = U 3 + Uϕ = 270 + 48 = 318 В. Дальше найдем ток второго сопротивления: U 2 318 I2 = = = 2 А. R2 159 По первому закону Кирхгофа ток первого сопротивления равен сумме токов второ- го и третьего сопротивлений: I1 = I 2 + I 3 = 2 + 9 = 11 А. Найдем напряжение на первом сопротивлении: U1 = I1 R1 = 11⋅ 5 = 55 В. Напряжение источника равно сумме напряжений на первом и втором сопротивле- ниях или сумме напряжений на первом, втором и четвертом (пятом или шестом) сопро- тивлениях. Следовательно, U = U1 + U 2 = 55 + 318 = 373 В, или U = U1 + U 3 + U 4 = 55 + 270 + 48 = 373 В. 1.2.35. Анализ электрической схемы Мы изучаем законы и свойства электрических цепей при различном соединении потребителей для того, чтобы эти знания применять при анализе процессов, происходя- щих в электрических цепях. Можно знать формулировку закона, можно перечислить свойства цепи при том или ином способе соединения потребителей. Но если не пони- мать процессов, происходящих в цепях при изменении каких-либо параметров, то мож- но считать, что законы не усвоены и свойства схемы не поняты. Проверить, насколько 43 усвоены законы постоянного тока и свойства цепи при различном соединении потреби- телей, очень легко. На рис. 1.40 изображена электрическая схема с пятью сопротивлениями. Если студент (курсант) правильно объясняет, что происходит с токами в ка- ждом сопротивлении при уменьшении или увеличе- нии одного (любого) из этих сопротивлений, не про- изводя никаких расчетов, то можно смело считать, что этот студент (курсант) хорошо знает законы по- стоянного тока. Разумеется, это объяснение он дол- жен давать для любой схемы, а не только для изобра- Рис. 1.40 женной на рис. 1.40. На примере данной схемы покажем, как целесообразнее всего проводить подобный анализ. Требуется объяснить, как изменятся токи в каждом сопротивлении, если сопротив- ление R4 уменьшить, а напряжение источника U остается неизменным. Если уменьшается одно из сопротивлений схемы, то и общее сопротивление в цепи уменьшается. Соответственно при увеличении любого из сопротивлений схемы общее сопротивление цепи увеличивается. В данном случае при уменьшении сопротивления R4 общее сопротивление цепи уменьшается, в результате чего общий ток (это будет ток первого сопротивления I1) увеличится. Увеличение тока I1 вызывает увеличение на- пряжения на первом сопротивлении (U1 = I1R1) и уменьшение напряжений U 2 и U3,4,5, так как U2 = U – U1. Уменьшение напряжения U2 будет сопровождаться уменьшением тока I 2 . Ток I 3 увеличится, поскольку I 3 = I1 − I 2 . В результате увеличения тока I3 напряжение U3 = I3R3 увеличится, а напряжение U4 = U5 уменьшится, так как U4 = U2 – U3. При этом U2 уменьшилось, a U3 возросло. Можно рассуждать и так: U4 = U – (U1 + U3). Но U, по условию, осталось неизменным, a U1 и U3 увеличились. В результате U можно сделать такой вывод: напряжения U4 и U5 уменьшились, тем самым ток I 5 = 5 R5 уменьшился, так как R5 не изменилось. Ток I 4 = I 3 − I 5 увеличился, поскольку I3 увели- чился, a I5 уменьшился. 1.2.36. Второй закон Кирхгофа Этот закон обычно применяется при расчете элек- трических цепей с несколькими источниками питания. Для цепи, изображенной на рис. 1.41, напряжение между точками а и в может быть выражено следующими уравнениями: U ав = E1 − I1R1 , U ав = E2 − I 2 R2 , U ав = I 3 R3 . Рис. 1.41 Из этих уравнений видно, что правые части их рав- ны между собою, т. е. E1 − I1R1 = E2 − I1R1 = E2 − I 2 R2 , (1) откуда 44 E1 − E2 = I1R1 − I 2 R2 . Соответственно будем иметь: E1 = I1R1 + I 3 R3 , E1 = I1R1 + I 3 R3 , (2) E2 − I 2 R2 = I 3 R3 , E2 = I 2 R2 + I 3 R3 . (3) Уравнения 1–3 выражают второй закон Кирхгофа, который читается так: во всяком замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраиче- ской сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур. При со- ставлении уравнений по второму закону Кирхгофа обходят выбранный контур в произ- вольном направлении. ЭДС и падения напряжения считаются положительными (ставятся в уравнение со знаком +), если направления ЭДС и соответствующих токов совпадают с направлением обхода контура; ЭДС и падения напряжения считаются отри- цательными, если направления ЭДС и токов в соответствующих сопротивлениях проти- воположны направлению обхода контура. Любую сложную схему с каким угодно чис- лом источников питания можно рассчитать, применяя законы Кирхгофа. При решении подобных задач произвольно задают направления токов в ветвях и составляют столько уравнений, сколько имеется неизвестных величин (токов, сопротивлений или ЭДС), применяя первый закон Кирхгофа для отдельных точек разветвления и второй закон Кирхгофа для отдельных внутренних контуров. Ветвь – это участок цепи, заключенный между двумя точками разветвления, вдоль которого ток имеет одно и то же значение. Ветвь может включать в себя одно или не- сколько последовательно соединенных сопротивлений с источником энергии или без такового, а также может состоять только из источника энергии без сопротивлений. Составленные уравнения должны быть независимыми друг от друга: одно из них не должно быть следствием других. Поэтому если цепь имеет n точек разветвления, то по первому закону Кирхгофа составляется лишь (n – 1) уравнений. Недостающие уравнения составляются по второму закону Кирхгофа. При этом на- до следить за тем, чтобы в контур, для которого составляется уравнение, входила хотя бы одна новая ветвь, еще не входившая ни в один из ранее рассмотренных контуров. Если при решении получается отрицательное значение тока в какой-либо ветви, то это указывает на то, что ток в этой ветви имеет направление, обратное тому, каким мы задались. В качестве примера рассмотрим схему на рис. 1.42. В данном случае мы имеем две точки разветвления: в и c. Схема состоит из трех вет- вей, каждая из которых заключена между точ- ками c и в. Первая ветвь включает в себя сопротивление R4, источник E1 и сопротивление R3, по которым проходит один и тот же ток. Обозначим его как I3 и будем считать, что ток идет по направлению ча- совой стрелки. Рис. 1.42 Вторая ветвь включает в себя одно сопро- тивление R4. Ток, идущий по нему, обозначим через I1 и будем считать, что он идет слева направо. Третья ветвь включает сопротивление R2 и источник E2. Будем считать, что ток по этой ветви идет справа налево, и обозначим его через I2. В схеме имеются три ветви, следовательно, имеются три различных тока: I1, I2, I3, которые и надо определить. Раз мы имеем две точки разветвления (п = 2), следовательно, по первому закону 45 Кирхгофа мы можем написать одно уравнение (n – 1) для точек разветвления в или c. Напишем это уравнение для точки в: I1 + I 3 = I 2 . По второму закону Кирхгофа мы можем написать три уравнения, так как имеем три контура: первый – afвca , второй – afвkвca, третий – вkdcв. Но нам требуется (и мы можем написать) только два независимых уравнения согласно второму закону Кирхгофа. Напишем эти уравнения для первого и третьего контуров. Обходя первый и третий контуры по часовой стрелке, приписывая токам и ЭДС знаки плюс, когда их направления совпадают с направлением обхода, и знаки минус, ко- гда их направления противоположны направлению обхода, получим два уравнения: для первого контура: E1 = I 3 (R4 + R3) − I1R1; для третьего контура: E2 = I1R1 + I 2 R2 . Решая совместно ранее полученное уравнение по первому закону Кирхгофа и эти два уравнения, найдем токи I1 , I 2 , I 3 . Всегда следует проверять правильность решения составленных уравнений подстановкой полученных значений I1 , I 2 , I 3 в каждое на- чальное уравнение. Практические задания 1. По какой формуле подсчитывается сила взаимодействия электрических зарядов: Q1 Q1 Q2 Q1 1) ; 2) ; 3) . 4 πε а R 2 4 πε а R 2 4 πε а R 2. На одной из вершин равносторон- него треугольника находится заряд Q. На- пряженность электрического поля в цен- тре треугольника равна 4 В/м. Чему равна напряженность поля в центре треугольни- ка, если: а) на двух других вершинах треуголь- ника будут находиться электрические заря- ды того же знака и той же величины? б) на двух других вершинах будут на- ходиться заряды такой же величины, но противоположного знака с зарядом Q? 3. Какие величины вычисляются по этим формулам: Q Q1 Q2 Q1 U 1) ; 2) ; 3) ; 4) . 4 πεа R 2 4 πεа R 2 4 πε а R l 4. Электрическое поле заряда Q имеет в точке в потенциал, равный 4 В. Чему бу- дет равен потенциал в точке в, если: а) в точку с поместить заряд, равный заряду Q и того жe знака; б) в точку с поместить заряд, равный заряду Q, но противоположного знака. 46 5. В одной из вершин квадрата находит- ся заряд Q, при этом потенциал электриче- ского поля в центре квадрата равен 10 В. Че- му равен потенциал в центре квадрата, если во всех вершинах его будут находиться заря- ды одного знака и одинаковой величины? 6. Какой конденсатор накопит наи- больший заряд при одинаковом напряжении на них и при геометрических размерах, пропорциональных чертежу? 7. На каком конденсаторе будет наи- большее напряжение? 8. Какие величины вычисляются по этим формулам: Q εа S Q ε S QU 1) U ; 2) ; 3) а; 4) . d εl d 2 9. Какой конденсатор имеет наиболь- шую емкость, если геометрические размеры пропорциональны чертежу? 10. На каком конденсаторе будет больше накоплено энергии? 11. Напряжение на третьем конденса- торе равно 40 В. Чему равны напряжения на остальных конденсаторах и общее напря- жение? 12. Электрическое поле второго кон- денсатора С2 обладает энергией в 100 Дж. Какой энергией обладает электрическое по- ле первого конденсатора С1? 13. Конденсаторы, соединенные по указанной схеме, имеют одинаковую ем- кость. Напряжение на втором конденсаторе составляет 60 В. Какое напряжение на пер- вом конденсаторе? 47 14. Конденсаторы, соединенные по указанной схеме, имеют одинаковую ем- кость. Заряд на первом конденсаторе ра- вен 12 мкК. Какой заряд на третьем кон- денсаторе? 15. Батареи собраны на одинаковых конденсаторах. Какая из них накопит наи- больший заряд при одинаковом напряжении на батареях? 16. Батареи собраны из одинаковых конденсаторов. Какую из них можно под- ключить под наибольшее напряжение? 17. Батареи собраны из одинаковых конденсаторов. Какая из них имеет наи- большую емкость? 18. Какая из батарей конденсаторов обладает наибольшим запасом электриче- ской энергии? (Конденсаторы имеют оди- наковую емкость.) 19. Конденсаторы соединены по ука- занной схеме, при этом С1 = С2 = С4 = 6 мкФ, а С3 = 3 мкФ. Чему равна общая емкость батареи? 20. Конденсаторы соединены по указан- ной схеме. При этом С1 = 4 мкФ, C2 = 2 мкФ, С3 = 4 мкФ, С4 = 6 мкФ, С5 = 6 мкФ. Заряд на пятом конденсаторе равен 5 мкК. Чему равняется заряд всей батареи? 21. Конденсаторы соединены по ука- занной схеме. Заряд на шестом конденсато- ре равен 20 мкК. Чему равно напряжение источника? 48 22. Конденсаторы соединены по указан- ной схеме. При этом C1 = C3 = C5 = C6 = 4 мкФ, а С2 = С4 = 2 мкФ. Напряжение на пятом конденсаторе (U5) равно 50 В. Чему равно напряжение источника? 23. Известно, что С1 = 4 мкФ, С2 = 8 мкФ, C3 = 8 мкФ. Что произойдет с величиной заряда на втором конденсаторе, если кон- денсаторы С1 и С3 поменять местами? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 24. Известно, что С1 = 12 мкФ, С2 = 12 мкФ, C3 = 6 мкФ. Что произойдет с напряжением на чет- вертом конденсаторе, если конденсаторы С1 и С3 поменять местами? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 25. Какие величины вычисляются по этим формулам: E PU2 U 1) R; 2) ; ; 4) 3). R + R0 RP2 l ρ S 26. Какие величины вычисляются по этим формулам: U UQ P 1) ; 2) 2 ; 3) UI ; 4) l . t I γS 27. Какие величины вычисляются по этим формулам: E2 R I 1) UI ; 2) UQ ; 3) ; 4) ρ . (R + R0) 2 S 28. Какие величины вычисляются по этим формулам: U2 E 2R Il 1) I 2 Rt ; 2) t ; 3) ; 4) . R (R + R0) 2 γS 29. Лампы рассчитаны на одно на- пряжение. Какая из них будет давать больше света? 49 30. Что произойдет с общим током це- пи, если увеличить сопротивление R3? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 31. На каком из трех сопротивлений выделяется наибольшее количество энергии? Ответ: 1) на сопротивлении R1; 2) на сопротивлении R2; 3) на сопротивлении R3. 32. Лампы рассчитаны на одинаковые напряжения. Какая из них будет давать больше света? Ответ: 1) лампа № 1; 2) лампа № 2; 3) лампа № 3. 33. Что произойдет с током в потреби- теле R2, если отключить потребитель R4? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 34. Что произойдет с нагрузкой на ге- нераторе, если увеличить сопротивление R2? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 35. На изображенной на рисунке схеме поменяли местами сопротивления R1 и R2. Что стало с током в цепи? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 36. Что произойдет с напряжением на сопротивлении R1, если уменьшить величи- ну сопротивления R3? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 37. Что произойдет с нагрузкой на ге- нератор, если сопротивление R2 уменьшить? Ответ: 1) увеличится; 2) уменьшится; 3) не изменится. 50
Первое и главное. Пьезоэлемент не является источником энергии. Он всего лишь трансформатор механической и тепловой энергии в энергию электростатического поля. Ни больше ни меньше.
Что бы понять механизм работы пьезогенератора, пьезоэлемента(ПЭ) рассмотрим два его основных свойства. Это диэлектрическая проницаемость межэлектродного пространства и пьезо электрический модуль.Нас интересует только пьезо модуль по оси поляризации кристалла, все остальные модули не так важны. Они не вызывают создание поля.
Для прямого пьезоэффекта пьезомодуль имеет размерность «К/Н» (кулон:ньютон), а его величина, в зависимости от марки пьезокерамики, находится в интервале от 200 до 500 пикокулон/ньютон (10 -12 К/Н).
D =g /F ,
где D - это пьезо модуль (К/Нкулон/ньютон), g -заряд (К кулон), F сила в ньтонах приложенная по оси поляризации зарядов.
Пьезомодуль - это характеристика материала.
Это означает, что если мы изготовим пьезоэлемент из пьезокерамики с пьезомодулем, например, 240*10 -12 К/Н, то, какие бы ни были размеры пьезоэлемента, какой бы он ни был формы, каким бы образом ни прикладывали силу, то ли в точке, то ли она распределена по всей поверхности электрода, мы всегда получим на электродах заряд 240 пикокулон, если приложим силу 1 ньютон.
U =g /C ; где U напряжение поля в вольтах, С емкость элемента в фарадах.
Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н, получим 6 кВ.
2. Какова мощность разряда пьезоэлемента? Сделать точный расчёт крайне затруднительно, да и не имеет смысла, а оценить порядок величины любопытно. Мощность тока искры это квадрат напряжения, делённый на сопротивление разрядного промежутка. Напряжение, конечно, меняется за время существования разряда от 3000 вольт до, почти, нуля.. Поэтому возьмём среднее значение 1500 вольт Но какое же сопротивление у разрядного промежутка? Мы его грубо оценим в 1 Ом, так как было замечено, что увеличение сопротивления токовода до 1 Ома уменьшает яркость искры. Теперь делаем расчёт.
P =U *U /R =1500*1500/1=2250000 ватт=2,25 мегаватт
3. Какова энергия, потраченная на искровой разряд? Это энергия электрического поля пьезоэлемента. Вычислим её по формуле:
W =CU *U /2 в Джоулях;
Мы знаем, что ёмкость С равна 40 пФ, а напряжение U к началу пробоя 3000 вольт. Рассчитываем энергию W=40*10^(-12)*3000*3000/2=180*10^(-6)=18 0 микро Джоулей.
Посчитаем то же самое для 1500 вольт, среднего значения напряжения пробоя. Оно равно 45 микро Джоулей.
Определим время за которое произойдет разряд:
T =2*R *C =2*1 Ом*40 пФ=80 пикосекунд,
Разделив работу тока на время его протекания, получим следующее значение мощности:
P =W /T =180 микро Джоулей/80 пикосекунд=2250 киловатт.
4. Каков кпд пьезогенератора зажигалки?
Сила линейно меняется от 0 до 500 Ньютон.. Её легко измерить с помощью бытового безмена. В расчёте следует взять среднее значение (250Н). Умножив 250Н на 0,002м получим 0,05 дж. Тогда кпд будет равен 0,03% Возникает вопрос АЧЁ так мало?
5. Посчитаем силу тока.
I =g /T ;g =C *U ;I =C *U /T =40пикофарад*3000вольт/80 пикосекунд=1500Ампер.
Это довольно таки крутой фронт, и по всем законам в момент образованияионизированного канала газа по которому заряды стекают, нейтрализуют локальную напряженность кристалла. Электро сопротивление фидерного канала на порядок ниже сопротивления меди, следовательно большой толшиныионизированного газа не будет. Толщина стримера микроны и объем ионизированного газа минимален.
Индуктивность стримерного промежутка не известна, да не суть важна, она минимальна и практически примем постоянной не дефференцируемой величиной.
Тогда энергия магнитного поля W =L *I *I /2, за промежуток 80 пикосекунд вырастет 2.25 миллиона раз, так как ток у нас идет в квадрате.
Неслабая такая искорка)
Она тратит меньше 1/10000 мощности на ионизацию, а остальное переводится в энергию магнитного поля.
А все ли помнят мопед трындящий под окном без искрозащиты?
Когда ни телек ни радио не работает)))))))
Ни чего не исчезает бесследно. Просто мы не умеем использовать энергию кристала на полную мощность, вот и будем всю сознательную жизнь топить свои печки буржуйки ассигнациями.