Регулирование тока с помощью сопротивления

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Познакомившись, таким образом, с понятием сопротивления и его особенно­стями, вспомним, для чего мы все это делали. Ах, да, мы же хотели понять, как практически представить зависимость напряжения от тока! Но ведь мы пока не умеем произвольно изменять ток в проводнике, так? Напряжение из­менять просто — нужно взять регулируемый источник питания, как это изо­бражено на рис. 1.1, или, на худой конец, набор батареек, при последова­тельном соединении которых (одной, двух, трех и т. д.) мы получим некий набор напряжений. А вот источников тока (именно тока, а не напряжения) мы еще не имеем. Как же быть?

clip_image002

Рис. 1.4. Схема для изучения свойств цепи с двумя резисторами

Выход из этой ситуации показан на рис. 1.4 (заметьте, мы от схематического изображения проводника, как катушки из длинной проволоки, имеющей не­кое сопротивление, перешли к стандартному изображению резисторов, как это делается в настоящих электрических схемах). Здесь мы уже не использу­ем регулируемый источник питания — он нам не нужен. Питается схема от батареи из трех гальванических элементов, например, типоразмера D, соеди­ненных последовательно. Каждый такой элемент (если он еще не был в экс­плуатации) дает напряжение примерно 1,62 В, так что суммарное напряжение будет почти 5 В, как и указано на схеме (под нагрузкой и по мере истощения элементов напряжение немного упадет, но ошибка в данном случае не играет большой роли).

Как работает эта схема? Допустим, что движок переменнбго резистора (под­робнее о них рассказано в главе 5) R1 выведен в крайнее правое (по схеме) по­ложение. Проследим путь тока от плюсового вывода батареи— амперметр, вывод движка резистора R1, крайний правый вывод R1, резистор R2, минусо­вой вывод батареи. Получается, что резистор R1 в схеме как бы не участвует — ток от плюсового вывода батареи сразу попадает на R2 (амперметр, как мы уз­наем из главы 2, можно не принимать во внимание) и схема становится факти­чески такой же, как на рис. 1.1. Что покажут наши измерител|>ные приборы? Вольтметр покажет напряжение батареи — 5 В, а показания амперметра легко вычислить по закону Ома: ток в цепи составит 5 В/50 Ом = 0,1 А или 100 мА. На всякий случай еще раз напомним, что это значение приблизительное — ре­альное напряжение батареи несколько меньше 5 В.

Теперь поставим движок R1 в среднее положение. Ток в цепи теперь пойдет от плюса батареи через амперметр, вывод движка R1, половину резистора R1, резистор R2 и далее, как и раньше, вернется к минусу батареи. Как изменятся показания приборов? Раньше резистор R1 в процессе не участвовал, а теперь участвует, хоть и половинкой. Соответственно, общее сопротивление цепи станет уже не 50 Ом (один резистор R2), ^ 50 (R2) + 50 (половинка R1), то есть 100 Ом. Амперметр покажет уже не 100 мА, а 5 В/100 Ом = 0,05 А или 50 мА — в два раза меньше.

А вот что покажет вольтметр? Так сразу и не скажешь, не правда ли? При­дется считать, и для этого рассмотрим отдельно участок цепи, состоящий из R2 с присоединенным к нему вольтметром. Очевидно, что току у нас деться некуда — все то количество заряда, которое вышло из плюсового вывода ба­тареи, пройдет через амперметр, через половинку R1, через R2 и вернется в батарею’. Значит, и на этом отдельном участке, состоящем из одного R2, ток будет равен тому, что показывает амперметр — то есть 50 мА. Получается, как будто резистор R2 подключен к источнику тока! И это действительно так— источник напряжения с последовательно включенным резистором (в данном случае половинка R1) представляет собой источник тока (хотя и пло­хой, как мы увидим в дальнейшем). Так каковы же будут показания вольт­метра? Очень просто: из закона Ома следует, что f/= /•/?, где R— сопротив­ление нужного нам участка цепи, то есть R2, и в данном случае вольтметр покажет 0,05-50 = 2,5 В. Эта величина называется падением напряжения, в данном случае— падением напряжения на резисторе R2. Легко догадаться, даже не подключая вольтметр, что падение напряжения на резисторе R1 бу­дет равно^ тоже 2,5 В, причем его можно вычислить двумя путями: как раз­ницу между 5 В от батареи и падением на R2 (2,5 В), или по закону Ома, ана­логично расчету для R2.

А что будет, если вывести движок переменного резистора R1 в крайнее левое положение? Я сразу приведу результат: амперметр покажет 33 мА, а вольт­метр— 1,66 В. Пожалуйста, проверьте это самостоятельно! Если вы получи­те те же значения, то это будет означать, что вы усвоили закон Ома и теперь умеете отличать ток от напряжения. А более сложными схемами включения резисторов мы займемся в главе 5.

Прежде чем перейти к дальнейшему, я хочу ответить на вопрос, который, несомненно, у вас уже возник: а как можно себе представить резистор в на­шей аналогии с водопроводной трубой? Ток — расход воды, напряжение — давление, а сопротивление? Оказывается, это очень просто, мало того, соот­ветствующая величина в гидравлике называется точно так же: сопротивление потоку. Аналогами резисторов будут всякие устройства, установленные на трубе: краны, задвижки, муфты или просто местные сужения. Определенным сопротивлением обладает и сама труба, причем чем она тоньше, тем ее со­противление выше, в точности как и с проводником. И точно так же, как на включенном в электрическую цепь резисторе происходит падение напряже­ния, на этих гидравлических сопротивлениях происходит падение давления, которое пропорционально величине самого сопротивления. Прикрывая кран, мы увеличиваем сопротивление потоку, и расход воды уменьшается, то есть здесь мы производим в точности то же действие, что и при экспериментах с переменным резистором в электрической цепи.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты