Введение в электронику

Каждый раз, когда рамка генератора переменного тока делает полный оборот, говорят о завершении одного цикла. Величина выходного напряжения за время одного цикла возвращается к исходному значению. Время, в течение которого совершается полный цикл, называется периодом.

Аналогично, генератор вырабатывает в замкнутой цепи выходной ток, имеющий периодическую форму. Каждую половину периода происходит изменение полярности напряжения (рис. 12-2).

Рис. 12-2. Каждый цикл состоит из чередования положительных и отрицательных значений величин.

Напряжение имеет одну полярность в течение половины цикла (периода) и противоположную полярность в течение следующей половины цикла (периода). В первую половину периода вырабатывается напряжение положительной полярности, во вторую половину периода вырабатывается напряжение отрицательной полярности. Один цикл в секунду определяется как герц.

Вращающаяся рамка называется якорем. Напряжение переменного тока, индуцируемое во вращающемся якоре, снимается с концов рамки с помощью скользящих контактов, расположенных с двух сторон якоря (рис. 12-3).

Рис. 12-3. Напряжение снимается с якоря генератора переменного тока с помощью токосъемных колец.

Два металлических кольца, называемых токосъемными кольцами, подсоединены к двум концам рамки. Скользящие щетки, прилегающие к токосъемным кольцам, снимают переменное напряжение. На практике генератор переменного тока должен содержать много рамок для увеличения амплитуды индуцируемого напряжения.

Форма вырабатываемого генератором переменного тока напряжения называется синусоидой (рис. 12-4).

Рис. 12-4. Синусоида — основная форма переменного тока.

Синусоида является основной и наиболее широко используемой из всех форм переменного тока. Ее можно получить как механическим, так и электронным методом. И напряжение, и ток изменяются в виде синусоиды.

12-1. Вопросы

Каждая точка синусоиды характеризуется двумя параметрами. Один из них — угол, на который повернулся якорь. Второй указывает амплитуду индуцируемой величины. Амплитуда — это максимальное значение переменного тока или синусоиды. Существует несколько методов определения этих значений.

Пиковое значение синусоиды — это наибольшее значение функции в течение периода (рис. 12-5).

Рис. 12-5. Пиковое значение синусоиды — это точка ее наибольшего значения. Пиковое значение может быть как положительным, так и отрицательным.

Существуют два пиковых значения — одно положительное, а другое отрицательное, они равны по абсолютной величине.

Значение полного размаха синусоиды означает вертикальное расстояние между двумя пиковыми значениями (рис. 12-6).

Рис. 12-6. Размах можно определить как сумму абсолютных величин пиковых значений разного знака.

Значение полного размаха можно определить сложением абсолютных значений пиковых величин.

Эффективное значение переменного тока — это такое значение постоянного тока, при котором на данном сопротивлении выделяется столько же тепла, что и при переменном токе. Эффективное значение можно определить, вычислив среднеквадратичное значение, поэтому эффективное значение часто называют среднеквадратичным. Вычисление среднеквадратичного значения показывает, что эффективное значение синусоиды равно 0,707 от пикового значения. Когда указывается значение переменного тока или напряжения без каких-либо уточнений, предполагается, что это эффективное значение. Большинство измерительных приборов проградуировано в эффективных значениях тока или напряжения.

Е_эфф = 0,707∙Е_макс

где Е_эфф — эффективное значение напряжения, Е_макс — максимальное или амплитудное значение напряжения.

I_эфф = 0,707∙I_макс

где I_эфф — эффективное значение тока, I_макс — максимальное или амплитудное значение тока.

_{ПРИМЕР: Синусоида тока имеет максимальное (пиковое) значение 10 ампер. Чему равно эффективное значение?}

_Дано:

_{Iмакс = 10 А} 

_{Iэфф =?} 

_{Решение:}

_{Iэфф =0,707∙Iмакс =(0,707)(10)}

_{Iэфф =7,07 А}

_{ПРИМЕР: Синусоида напряжения имеет эффективное значение 40 вольт. Чему равно максимальное (пиковое) значение синусоиды?}

_Дано:

_{Eэфф = 40 В} 

_{Eмакс =?} 

_{Решение:}

_{Еэфф = 0,707∙Емакс}

_{40 = 0,707∙Емакс}

_{Eмакс = 56,58 В}

Время, требуемое для завершения одного цикла синусоиды называется периодом. Период обычно измеряется в секундах. Для обозначения периода используется буква t.

Количество циклов, совершаемых за заданный промежуток времени называется частотой. Частота синусоиды переменного тока обычно выражается в количестве циклов за секунду. Единицей частоты является герц. Один герц равен одному циклу в секунду.

Период синусоиды обратно пропорционален ее частоте.

Чем выше частота, тем короче период. Соотношение между частотой и периодом синусоиды выражается следующими формулами:

f = 1/t;

t = 1/f

где f — частота, a t — период.

_{ПРИМЕР: Чему равна частота синусоиды с периодом 0,05 секунд?}

_Дано:

_{t = 0,05 сек}

_{f =?}

_{Решение:}

_{f = 1/t = 1/0,05}

_{f = 20 Гц}

_{ПРИМЕР: Если синусоида имеет частоту 60 герц, то чему равен ее период?}

_Дано:

_{f = 60 Гц}

_{t =?}

_{Решение:}

_{t = 1/f = 1/60}

_{t = 0,0167 с или 16,7 мс.}

12-2. Вопросы