Конвенції генератора та приймача в електроніці; Підручники; Родзинка знань
або як більше не плутатись із прикметами
- електронний
Якщо ви чули про правила генератора та приймача, не розуміючи до кінця, що це, цей підручник для вас. Якщо ви ніколи не чули про ці концепції, цей посібник також для вас.
Умови генератора та приймача є важливим поняттям в електроніці, хоча ми, як правило, забуваємо про це, коли звички уживаються. Як ми побачимо в цьому посібнику, це домовленість про ознаки, яка говорить про орієнтацію струму та напруги.
Без цих конвенцій неможливо, наприклад, суворо перекладати такі поняття, як "споживання або виробництво енергії" або правильно писати закони, що регулюють компоненти, не звертаючись до більш фундаментальних фізичних теорій.
Для розуміння цього підручника необхідні основні поняття в електроніці.
Нагадування про напругу та струм у диполі
Диполь - це електронний компонент з двома полюсами, як випливає з назви. Іншими словами, він має два термінали, за допомогою яких він буде підключений до решти схеми. Що стосується електричних величин, для його опису достатньо двох речей: струм, що проходить через нього, і напруга на його клемах.
Поточний
Струм відповідає потоку електричних зарядів. Як і будь-який потік, він тече в певному напрямку, тобто орієнтований. У диполі ми позначаємо напрямок струму маленькою стрілкою, вписаною на гілці.
Стрілка показує струм, що протікає від А до В у будь-якому диполі.
Оскільки він має орієнтацію, струм також має ознаку: він може бути позитивним або негативним. Позитивний струм означає, що позитивні заряди рухаються у напрямку стрілки, яка визначає напрям струму. Негативний струм означає, що позитивні заряди рухаються в протилежному напрямку стрілки.
Для даного потоку електричних зарядів зміна напрямку стрілки змінить лише її знак, а не фізичне явище. Напрямок стрілки - це не що інше, як умовне позначення, а не діаграма фізичної реальності.
Зв’язок між течією та її протилежністю.
Напруга
Між двома точками електричного кола ми можемо визначити напругу. Напруга між двома точками електричного кола позначена стрілкою.
Стрілка показує напругу u A B u_ u A B, різницю потенціалів між B і A для будь-якого диполя.
Напруга відповідає різниці потенціалів, електричний потенціал є величиною, яка може бути пов'язана з усіма вузлами. Напруга також має орієнтацію: це потенціал вузла, вказаного стрілкою (B), мінус потенціал біля підніжжя стрілки (A).
Орієнтуючись, напруга має ознаку: вона може бути позитивною чи негативною. Напруга позитивна, коли потенціал точки В більший, ніж потенціал точки А, а в іншому випадку він є негативним.
Як і для струму, це домовленість про ознаки: зміна напрямку напруги не змінює різниці потенціалів, яка присутня фізично. "Повернута" напруга буде протилежною нормальній напрузі.
Зв'язок між напругою та протилежною напругою.
Конвенції генератора та приймача
Відносна орієнтація напруги та струму
Ми побачили, що сила струму та напруга були орієнтовані. Коли ми визначаємо їх для диполя, ми також повинні орієнтувати один по відношенню до іншого. Іншими словами, ми повинні вибрати узгодження для відносного напрямку стрілок.
Є лише дві можливості:
- стрілки в одному напрямку, і це, як кажуть, умова генератора;
- стрілки знаходяться в протилежних напрямках, і, як кажуть, це умова приймача.
Конвенції та закони про компоненти
Ви, мабуть, уже знайомі із законами загальних компонентів:
Ці рівняння справедливі лише в конвенція приймача ! Точне написання законів залежить від конвенції, обраної для визначення сили струму та напруги.
У будь-якому правильному курсі електроніки введення цих законів супроводжується діаграмою, що вказує відносний напрям струму та напруги. Зазвичай на цих діаграмах малюють струм і напругу в протилежних напрямках. Навіть якщо це не сказано прямо, це фактично використання конвенції приймача.
Зміна конвенції в цих законах змінює знак. Наприклад, при напрузі та струмі, визначених у конвенції генератора, закон Ома стає u = - R i u = - Ri u = - R i. У нас є аналогічна зміна ємності та індуктивності.
Відсутність зв'язку із законом сітки та законом вузлів
Скажімо чітко: немає жодного зв’язку між умовами генератора та приймача та законами сітки та вузла. Ці два закони абсолютно не залежать від конвенцій, прийнятих для опису різних диполів ланцюга.
Конвенції набувають свого значення лише у співвідношенні струму та напруги. Оскільки закони сітки та вузлів говорять лише про напруги або струми, відповідно, домовленості не повинні грати жодної ролі.
Значення потужності в умові генератора або приймача
Назви «конвенція генератора» та «конвенція приймача» вибрані не випадково. Хоча конвенції говорять лише про відносне значення струму та напруги, назви стосуються виробників електричної енергії (генератори) та споживачів електричної енергії (приймачі). Тут ми з’ясуємо зв’язок між ними.
Фізичний генератор і приймач
Щоб все було зрозуміло, нам буде корисно визначити, що таке генератор і приймач з фізичної точки зору. Потім ми можемо використовувати ці поняття, щоб порівняти їх із поняттями генератора та приймача, що випливають із домовленостей.
Фізичний генератор дає енергію електричному ланцюгу. Пізніше скажу, що він виготовляється фізично Енергія. Якщо електричний ланцюг не втратить енергію, енергія, що міститься в ланцюзі, збільшиться. Це, наприклад, випадок з акумулятором, підключеним до порожнього конденсатора: акумулятор заряджає конденсатор, подаючи йому енергію.
Фізичний приймач забирає енергію з електричного кола. Пізніше скажу, що він споживає фізично Енергія. Якщо електрична ланцюг не отримує енергію в іншому місці, енергія, що міститься в ланцюзі, зменшиться. Це, наприклад, випадок резистора, підключеного до зарядженого конденсатора: резистор споживає енергію конденсатора, який потім розряджається.
Інтерпретація конвенцій
Формула розрахунку потужності для диполя дуже проста; це p = u i p = u i p = u i. Залежно від конвенції тлумачення p p p різне:
- отримуючи конвенцію, це слід інтерпретувати як владу споживаний за диполем;
- у конвенції генератора це потрібно інтерпретувати як потужність виробляється диполем.
Однак слід мати на увазі, що влада також має ознаку; це позитивно чи негативно. На додаток до конвенції, необхідно знати цей знак, щоб мати фізичне значення сили.
- У конвенції приймача ми говоримо про споживану потужність. Позитивна потужність споживається фізично, тоді як негативна - фізично.
- У конвенції генератора ми говоримо про вироблену потужність. Тоді позитивна потужність фізично виробляється, тоді як негативна - фізично.
У таблиці нижче узагальнено всі ці ознаки та їх фізичний зміст.
Всі ці набори знаків не змінюють фізику: фізичний генератор завжди буде фізично виробляти потужність, а фізичний приймач завжди фізично споживатиме енергію 1. У наведеній нижче таблиці узагальнено, що відбувається в цих випадках.
| Фізичний приймач | p = u i ≤ 0 p = ui \ leq 0 p = u i ≤ 0 | p = u i ≥ 0 p = ui \ geq 0 p = u i ≥ 0 |
| Фізичний генератор | p = u i ≥ 0 p = ui \ geq 0 p = u i ≥ 0 | p = u i ≤ 0 p = ui \ leq 0 p = u i ≤ 0 |
Як вибрати конвенцію ?
Обидві конвенції пропонують однакові можливості, але все ж існують ситуації, коли краще використовувати ту чи іншу.
Ми вважаємо за краще обирати генератор для фізичних генераторів, оскільки потужність виробляється фізично, і тому ми матимемо p> 0 p> 0 p> 0. Подібним чином, прийнятна умова приймача є переважною для фізичних приймачів, оскільки потужність споживається фізично і p> 0 p> 0 p> 0 .
Незважаючи на те, що вони іноді є фізичними приймачами, іноді фізичними генераторами, пасивні диполі (конденсатор, котушки індуктивності), як правило, обробляються прийняттям умов. Це дозволяє мати справу зі знайомими рівняннями без знаку мінус скрізь.
Джерела струму та напруги часто трактуються як традиційні генератори. Зауважте, що хоча це часто трапляється, джерела не обов'язково є фізичними генераторами !
Вибір конвенцій є довільним, оскільки це не змінює результатів розрахунків. Однак, якщо ви робите обчислення вручну, можливо, вам доведеться змінити правила, щоб зберегти кількість невідомих на досить низькому рівні. Звичайно, можна змінити знаки в кінці розрахунків, щоб стати на ноги.
Зверніть увагу, що диполь не завжди є генератором або приймачем. Це може бути один у різний час. Наприклад, конденсатори та індуктори накопичують або виділяють енергію залежно від умов.
Приклад спрацював: опір
Щоб закріпити всі ці уявлення, візьмемо приклад опору.
Резистор - це фізичний рецептор: він фізично забирає енергію з ланцюга. Ця споживана енергія відповідає перетворенню електричної енергії в теплову: це ефект Джоуля.
Розрахунок потужності в умові приймача
У конвенції приймача струм і напруга пов'язані законом Ома:
Нагадування про конвенцію приймача.
Оскільки ми перебуваємо в режимі приймача, це споживана потужність, яка задається відношенням:
Використовуючи закон Ома, ми можемо замінити напругу у виразі потужності та отримати:
Оскільки R є додатною величиною, а квадрат завжди позитивним, потужність позитивна. Ми дотримуємося норми приймача, тому справді споживається позитивна потужність, що узгоджується з тим фактом, що опір є фізичним приймачем.
Розрахунок потужності в умові генератора
У генеративній конвенції закон Ома змінює знак, щоб стати:
Нагадування про конвенцію генератора.
Потужність (що трактується як вироблена потужність) записується:
Цього разу потужність негативна. У конвенції генератора потужність повинна інтерпретуватися як вироблена потужність. Оскільки вироблена потужність є негативною, вона фактично споживається фізично, що знову ж таки узгоджується з тим, що резистор є фізичним рецептором. Фізика в безпеці !
Ось! Ви знаєте основи понять прийнятності та генератора. Залишається лише реалізувати.
Arduino: перші кроки у вбудованих обчисленнях
Приходьте і з легкістю відкривайте казковий світ електронних та комп’ютерних саморобків
Середа, 01 січня 2020 р., О 17:12, 01.01.20 о 17:12 від Ескімона та Оліта