Пульсуючий струм

В різних електронних пристроях, наприклад в апаратурі з електронними та напівпровідниковими приладами, тобто в підсилювачах, випрямлячах, радіоприймачах, генераторах, телевізорах, а також у вугільних мікрофонах, телеграфних апаратах і в багатьох інших приладах, широко використовуються пульсуючі струми і напруги . Щоб не повторювати міркування двічі, будемо говорити тільки про токах, але все, що відноситься до струмів, справедливо і для напружень.

Пульсуючі струми, які мають незмінний напрямок, але змінюють своє значення, можуть бути різними. Іноді значення струму змінюється від максимального значення до найменшого, що не рівного нулю. В інших випадках струм зменшується до нуля. Якщо ланцюг постійного струму переривається з певною частотою, то протягом декількох проміжків часу струм в ланцюзі відсутній.

На рис. 1 показані графіки різних пульсуючих струмів. На рис. 1, а, б зміна струмів відбувається по синусоїдальної кривої, але ці струми не слід вважати синусоїдальними змінними струмами, оскільки напрямок (знак) струму не змінюється. На рис. 1, в представлений струм, що складається з окремих імпульсів, т. Е. Короткочасних «поштовхів» струму, розділених один від одного паузами більшою або меншою тривалості, і його часто називають імпульсним струмом. Різні імпульсні струми відрізняються один від одного формою і тривалістю імпульсів, а також частотою їх слідування.

Пульсуючий струм будь-якого виду зручно розглядати як суму двох струмів – постійного і змінного, званих слагающими, або складовими, струмами. Всякий пульсуючий струм має постійну і змінну складові. Багатьом це здається дивним. Дійсно, адже пульсуючий струм є струмом, що йде весь час в одному напрямку і змінює своє значення.

Як же можна говорити, що в його складі є змінний струм, що змінює свій напрямок? Однак, якщо по одному і тому ж проводу одночасно пропустити два струму – постійний і змінний, то виявляється, що в цьому дроті буде проходити пульсуючий струм (рис. 2). При цьому амплітуда змінного струму не повинна перевищувати значення постійного струму. Постійний і змінний струми окремо по дроту йти не можуть. Вони складаються в загальний потік електронів, що має всі властивості пульсуючого струму.

Додавання постійного і змінного струмів можна показати графічно. На рис. 2 зображені графіки постійного струму, рівного 15 мА і змінного струму з амплітудою 10 мА. Якщо скласти значення цих струмів для окремих моментів часу, враховуючи напрямки (знаки) струмів, то вийде графік пульсуючого струму, показаний на рис. 2 жирною лінією. Цей струм змінюється від найменшого значення 5 мА до максимального значення 25 мА.

Розглянуте складання струмів підтверджує справедливість уявлення пульсуючого струму як суми постійного і змінного струмів. Правильність такого уявлення підтверджується ще і тим, що за допомогою деяких приладів можна відокремити один від одного складові цього струму.
Отримання пульсуючого струму шляхом додавання постійного і змінного струмів
Мал. 2. Отримання пульсуючого струму шляхом додавання постійного і змінного струмів.

Слід підкреслити, що будь-який струм завжди можна представити у вигляді суми декількох струмів. Наприклад, струм 5 А можна вважати сумою струмів 2 і 3 А, що протікають в одному напрямку, або сумою струмів 8 і 3 А, що протікають в різних напрямках, т. Е. Інакше кажучи, різницею струмів 8 і 3 А. Неважко підібрати і інші комбінації двох або більшого числа струмів, що дають в сумі ток 5 А.

Тут є повна схожість з принципом складання і розкладання сил. Якщо на будь-якої предмет діють дві однаково спрямовані сили, то їх можна замінити однією сумарною силою. Сили, що діють в протилежних напрямках, можна замінити однією разностной силою. І, навпаки, цю силу завжди можна вважати сумою відповідних однаково спрямованих сил, або різницею протилежно спрямованих сил.

Постійний або синусоїдальний змінний струм немає необхідності розкладати на складові струми. Якщо ж замінити пульсуючий струм сумою постійного та змінного струмів, то, застосовуючи до цих складових струмів відомі закони постійного і змінного струмів, можна вирішувати багато питань і робити необхідні розрахунки, пов’язані з пульсуючому току.

Поняття про пульсуючому струмі як про суму постійного і змінного струмів є умовним. Не можна, звичайно, вважати, що в деякі проміжки часу по дроту дійсно протікають назустріч один одному постійний і змінний струми. Ніяких двох зустрічних потоків електронів насправді немає.

Насправді пульсуючий струм являє собою єдиний струм, що змінює своє значення в часі. Більш правильно говорити про те, що пульсує напруга або пульсуюча ЕРС можуть бути представлені у вигляді суми постійної і змінної складових.

Наприклад, на рис. 2 показано як складаються алгебраїчно постійна ЕРС одного генератора зі змінною ЕРС іншого генератора. В результаті маємо пульсуючу ЕРС, що викликає відповідний пульсуючий струм. Однак, можна умовно вважати, що постійна ЕРС створює в ланцюзі постійний струм, а змінна ЕРС – змінний струм, які, складаючись, утворюють пульсуючий струм.

Кожен пульсуючий струм можна характеризувати максимальним і мінімальним значеннями Iтах і Iтin, а також його постійної і змінної складовими. Постійна складова позначається I0. Якщо змінна складова є синусоїдальним струмом, то її амплітуду позначають I т (всі ці величини показані на рис. 2).

Не слід змішувати один з одним I т і Iтах. Також не слід називати амплітудою максимальне значення пульсуючого струму Iтах. Поняття амплітуди прийнято відносити тільки до змінних струмів. Стосовно до пульсуючому току можна говорити лише про амплітуду його змінної складової.
пульсуючий струм
Постійна складова пульсуючого струму може бути названа його середнім значенням Iср, т. Е. Середнім арифметичним. Дійсно, якщо розглянути зміни за один період пульсуючого струму, показаного на рис. 2, то добре видно наступне: за перший напівперіод до току 15 мА додається ряд значень перерві складової струму, що змінюються від 0 до 10 мА і знову до 0, а під час другого напівперіоду точно такі ж значення струму віднімаються з струму 15 мА.

Отже, струм 15 мА дійсно є середнім значенням. Оскільки струм являє собою перенесення електричних зарядів через поперечний переріз проводу, то Iср є значення такого постійного струму, який за один період (або за ціле число періодів) переносить таку ж кількість електрики, як і даний пульсуючий струм.

У синусоидального змінного струму значення Iср за період дорівнює нулю, так як кількість електрики, що минув, через поперечний переріз проводу за один напівперіод, дорівнює кількості електрики, яке проходить в зворотному напрямку за одною напівперіод. На графіках струмів, що показують залежність струму i від часу t, кількість електрики, переноситься струмом, виражається площею фігури, обмеженої кривою струму, так як кількість електрики визначається твором it.

Для синусоїдального струму площі позитивної та негативної напівхвиль рівні. У пульсуючого струму, показаного на рис.2, в перший напівперіод до кількості електрики, переносимого струмом Iср, додається кількість електрики, переноситься змінної складової струму (заштрихована площа на малюнку). А в другій напівперіод точно така ж кількість електрики віднімається. В результаті за цілий період переноситься така ж кількість електрики, як при одному постійному струмі Iср, т. Е. Площа прямокутника Iср Т дорівнює площі, обмеженої кривою пульсуючого струму.

...
ПОДІЛИТИСЯ: