Θεωρία κυκλώματος DC

Τι είναι το DC;

Στο δημοτικό σχολείο, μάθαμε ότι όλα κατασκευάζονται από άτομα. Αυτό είναι προϊόν τριών σωματιδίων: Ηλεκτρόνια, Πρωτόνια και Νετρόνια. Όπως υποδηλώνει το όνομα, το Neutron δεν έχει καμία επιβάρυνση, ενώ τα πρωτόνια είναι θετικά και τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά.

Στο άτομο, τα ηλεκτρόνια πρωτόνια και τα νετρόνια παραμένουν μαζί σε σταθερό σχηματισμό, αλλά εάν με οποιαδήποτε εξωτερική διαδικασία τα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από τα άτομα, θα θέλουν πάντα να εγκατασταθούν στην προηγούμενη θέση έτσι θα δημιουργήσει έλξη προς τα πρωτόνια. Εάν χρησιμοποιούμε αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και το ωθήσουμε μέσα σε έναν αγωγό που σχηματίζει ένα κύκλωμα, η πιθανή έλξη παράγει τη διαφορά δυναμικού.

Εάν η ροή του ηλεκτρονίου δεν αλλάζει τη διαδρομή του και βρίσκεται σε μονοκατευθυντικές ροές ή κινήσεις μέσα σε ένα κύκλωμα, ονομάζεται DC ή συνεχές ρεύμα. Η τάση DC είναι η πηγή σταθερής τάσης.

Σε περίπτωση συνεχούς ρεύματος, η πολικότητα δεν θα αντιστραφεί ποτέ ούτε θα αλλάξει σε σχέση με το χρόνο, ενώ η ροή του ρεύματος μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το χρόνο.

Όπως στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει τέλεια συνθήκη. Στην περίπτωση του κυκλώματος όπου ρέουν ελεύθερα ηλεκτρόνια, ισχύει επίσης. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν ρέουν ανεξάρτητα, καθώς τα αγώγιμα υλικά δεν είναι τέλεια για να αφήνουν τα ηλεκτρόνια να ρέουν ελεύθερα. Αντιτίθεται στη ροή ηλεκτρονίων από έναν ορισμένο κανόνα περιορισμών. Για αυτό το τεύχος, κάθε ηλεκτρονικό / ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από τρεις βασικές μεμονωμένες ποσότητες που ονομάζονται VI R.

• Τάση (V)
• Τρέχουσα (Ι)
• Και αντίσταση (R)

Αυτά τα τρία πράγματα είναι οι βασικές βασικές ποσότητες που εμφανίζονται σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις όταν βλέπουμε ή περιγράφουμε κάτι ή φτιάχνουμε κάτι που σχετίζεται με την Ηλεκτρική ή την Ηλεκτρονική. Και οι δύο είναι καλά συγγενείς, αλλά έχουν δηλώσει τρία ξεχωριστά πράγματα στην Ηλεκτρονική ή την Ηλεκτρική Βασική.

Τι είναι το τρέχον;

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ελεύθερα διαχωρισμένα ηλεκτρόνια ρέουν μέσα στο κύκλωμα. Αυτή η ροή ηλεκτρονίων (φορτίο) ονομάζεται Ρεύμα. Όταν μια πηγή τάσης εφαρμόζεται σε ένα κύκλωμα, τα σωματίδια αρνητικού φορτίου ρέουν συνεχώς με ομοιόμορφο ρυθμό. Αυτό το ρεύμα μετράται σε Αμπέρ σύμφωνα με τη μονάδα SI και συμβολίζεται ως I ή i. Σύμφωνα με αυτήν τη μονάδα 1 Αμπέρ είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται σε 1 δευτερόλεπτο. Η βασική μονάδα φόρτισης είναι το coulomb.

Το 1A είναι 1 coulomb φόρτισης που μεταφέρεται σε κύκλωμα ή αγωγό σε 1 δευτερόλεπτο. Ο τύπος λοιπόν είναι

1A = 1 C / S

Όπου, το C δηλώνεται ως coulomb και το S είναι δεύτερο.

Στο πρακτικό σενάριο, τα ηλεκτρόνια ρέουν από την αρνητική πηγή στη θετική πηγή τροφοδοσίας, αλλά για καλύτερη κατανόηση σχετικά με το κύκλωμα, η συμβατική ροή ρεύματος προϋποθέτει ότι το ρεύμα ρέει από το θετικό στο αρνητικό τερματικό.

Σε ορισμένα διαγράμματα κυκλωμάτων, συχνά θα δούμε ότι λίγα βέλη με I ή i δείχνουν τη ροή των ρευμάτων, που είναι η συμβατική ροή ρεύματος. Θα δούμε τη χρήση ρεύματος στην πλακέτα διακόπτη τοίχου ως "Μέγιστη βαθμολογία 10 Ampere " ή στον φορτιστή τηλεφώνου "το μέγιστο ρεύμα φόρτισης είναι 1 Ampere " κ.λπ.

Το ρεύμα χρησιμοποιείται επίσης ως πρόθεμα με δευτερεύοντα πολλαπλάσια όπως Kilo ενισχυτές (10 ³ V), milli-amps (10 ^-3 A), micro-amps (10 ^-6 A), nano-amps (10 ^-9 A) κ.λπ.

Τι είναι η τάση;

Η τάση είναι η πιθανή διαφορά μεταξύ δύο σημείων ενός κυκλώματος. Δεν ειδοποιεί την πιθανή ενέργεια που αποθηκεύεται ως ηλεκτρικό φορτίο σε ένα σημείο παροχής ηλεκτρικού ρεύματος. Μπορούμε να υποδηλώσουμε ή να μετρήσουμε τη διαφορά τάσης μεταξύ δύο σημείων στους κόμβους κυκλώματος, στη διασταύρωση κ.λπ.

Η διαφορά μεταξύ δύο σημείων που ονομάζεται πιθανή διαφορά ή πτώση τάσης.

Αυτή η πτώση τάσης ή η διαφορά δυναμικού μετριέται σε Volts με το σύμβολο V ή v. Περισσότερη τάση υποδηλώνει περισσότερη χωρητικότητα και περισσότερες συγκρατήσεις στο φορτίο.

Όπως περιγράφηκε προηγουμένως, η πηγή σταθερής τάσης ονομάζεται τάση DC. Εάν η τάση αλλάζει περιοδικά με την πάροδο του χρόνου, είναι τάση εναλλασσόμενου ρεύματος ή εναλλασσόμενο ρεύμα.

Το One Volt είναι εξ ορισμού, η κατανάλωση ενέργειας ενός joule ανά ηλεκτρικό φορτίο ενός coulomb. Η σχέση είναι όπως περιγράφεται

V = Δυνητική ενέργεια / φόρτιση ή 1V = 1 J / C

Όπου, το J δηλώνεται ως Joule και το C είναι coulomb.

Μείωση τάσης 1 Volt συμβαίνει όταν ένα ρεύμα 1 amp ρέει μέσω αντίστασης 1 ohm.

1V = 1A / 1R

Όπου το Α είναι Ampere και το R είναι αντίσταση στο ohm.

Η τάση χρησιμοποιείται επίσης ως πρόθεμα με υπο-πολλαπλάσιο όπως Kilovolt (10 ³ V), milivolt (10 ^-3 V), micro-volt (10 ^-6 V), nano-volt (10 ^-9 V) κ.λπ. Η τάση είναι επίσης δηλώνεται ως αρνητική τάση καθώς και θετική τάση.

Η τάση εναλλασσόμενου ρεύματος βρίσκεται συνήθως στις οικιακές πρίζες Στην Ινδία είναι 220V AC, στις ΗΠΑ είναι 110V AC κ.λπ. Μπορούμε να πάρουμε τάση DC μετατρέποντας αυτό το AC σε DC ή από μπαταρίες, ηλιακούς συλλέκτες, διάφορες μονάδες τροφοδοσίας καθώς και φορτιστές τηλεφώνου. Μπορούμε επίσης να μετατρέψουμε DC σε AC χρησιμοποιώντας μετατροπείς.

Είναι πολύ σημαντικό να θυμόμαστε ότι η τάση μπορεί να υπάρχει χωρίς ρεύμα, καθώς είναι η διαφορά τάσης μεταξύ δύο σημείων ή διαφορά δυναμικού, αλλά το ρεύμα δεν μπορεί να ρέει χωρίς διαφορά τάσης μεταξύ δύο σημείων.

Τι είναι η αντίσταση;

Όπως σε αυτόν τον κόσμο, τίποτα δεν είναι ιδανικό, κάθε υλικό έχει συγκεκριμένες προδιαγραφές για να αντιστέκεται στη ροή ηλεκτρονίων όταν περνούν από αυτό. Η ικανότητα αντίστασης ενός υλικού είναι η αντίστασή του που μετράται σε Ohms (Ω) ή Ωμέγα. Όπως το ρεύμα και η τάση, η αντίσταση έχει επίσης πρόθεμα για υπο-πολλαπλάσια όπως Kilo-ohms (10 ³ Ω), mili-ohms (10 ^-3 Ω), mega-ohms (10 ⁶ Ω) κ.λπ. Δεν μπορεί να μετρηθεί η αντίσταση σε αρνητικό ? είναι μόνο μια θετική τιμή.

Η αντίσταση ειδοποιεί εάν το υλικό από το οποίο διέρχεται το ρεύμα είναι καλός αγωγός σημαίνει χαμηλή αντίσταση ή κακός αγωγός σημαίνει υψηλή αντίσταση. 1 Ω είναι πολύ χαμηλή αντίσταση σε σύγκριση με 1Μ Ω.

Έτσι, υπάρχουν υλικά που έχουν πολύ χαμηλή αντίσταση και είναι ένας καλός αγωγός της ηλεκτρικής ενέργειας. Όπως, ο χαλκός, ο χρυσός, το ασήμι, το αλουμίνιο κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν πολλά υλικά που έχουν πολύ υψηλή αντίσταση, επομένως ένας κακός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας, όπως γυαλί, ξύλο, πλαστικό, και λόγω της υψηλής αντοχής και των κακών δυναμικών αγωγών ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούνται κυρίως για σκοπούς μόνωσης ως μονωτής.

Επίσης, ειδικοί τύποι υλικών χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρονικά για τις ιδιαίτερες δυνατότητές του να μεταφέρει ηλεκτρισμό μεταξύ κακών και καλών αγωγών, Είναι ημιαγωγοί, το όνομα υπονοεί ότι είναι η φύση, ημιαγωγός. Τα τρανζίστορ, η δίοδος, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ημιαγωγό. Το γερμάνιο και το πυρίτιο είναι ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό ημιαγωγών σε αυτό το τμήμα.

Όπως συζητήθηκε πριν, η αντίσταση δεν μπορεί να είναι αρνητική. Αλλά η αντίσταση έχει δύο συγκεκριμένα τμήματα, το ένα είναι γραμμικό τμήμα και το άλλο σε τμήμα εκτός γραμμής. Μπορούμε να εφαρμόσουμε μαθηματικό υπολογισμό που σχετίζεται με συγκεκριμένα όρια για να υπολογίσουμε την ικανότητα αντίστασης αυτής της γραμμικής αντίστασης, από την άλλη πλευρά, η μη γραμμική τμηματική αντίσταση δεν έχει κατάλληλο ορισμό ή σχέσεις μεταξύ τάσης και ρεύματος μεταξύ αυτών των αντιστάσεων.

Ohms Law και VI Σχέση:

Ο Georg Simon Ohm γνωστός και ως Georg Ohm είναι Γερμανός φυσικός που βρήκε ανάλογη σχέση μεταξύ πτώσης τάσης, αντίστασης και ρεύματος. Αυτή η σχέση είναι γνωστή ως Ohms Law.

Στη διαπίστωσή του, αναφέρεται ότι το ρεύμα που διέρχεται από έναν αγωγό είναι άμεσα ανάλογο με την τάση που διασχίζει. Εάν μετατρέψουμε αυτό το εύρημα σε μαθηματικό σχηματισμό θα το δούμε

Ρεύμα (Ampere) = Τάση / αντίσταση I (Ampere) = V / R

Εάν γνωρίζουμε οποιαδήποτε από τις δύο τιμές από αυτές τις τρεις οντότητες, μπορούμε να βρούμε την τρίτη.

Από τον παραπάνω τύπο, θα βρούμε τις τρεις οντότητες και ο τύπος θα είναι: -

Τάση	V = I x R	Η έξοδος θα είναι τάση σε Volt (V)
Ρεύμα	I = V / R	Η έξοδος θα είναι τρέχουσα στο Ampere (A)
Αντίσταση	R = V / Ι	Η έξοδος θα είναι αντίσταση σε Ohm (Ω)

Ας δούμε τη διαφορά αυτών των τριών χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα όπου το φορτίο είναι αντίσταση και το Am-meter χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ρεύματος και το Volt-meter χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της τάσης.

Στην παραπάνω εικόνα, ένα Ammeter συνδέεται σε σειρά και παρέχει το ρεύμα στο φορτίο αντίστασης, από την άλλη πλευρά ένα μετρητή volt που συνδέεται κατά μήκος της πηγής για τη μέτρηση της τάσης.

Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι ένα αμπερόμετρο πρέπει να είναι 0 αντίσταση καθώς υποτίθεται ότι παρέχει 0 αντίσταση στο ρεύμα που ρέει μέσω αυτού και για να συμβεί αυτό, ένα ιδανικό αμπερόμετρο 0 ohm συνδέεται σε σειρά, αλλά καθώς η τάση είναι η διαφορά δυναμικού δύο κόμβων, το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα.

Εάν αλλάξουμε το ρεύμα της πηγής τάσης ή την τάση της πηγής τάσης ή την αντίσταση φορτίου κατά μήκος της πηγής γραμμικά και στη συνέχεια μετρήσουμε τις μονάδες, θα παράγουμε το παρακάτω αποτέλεσμα:

Σε αυτό το γράφημα Εάν R = 1 τότε το ρεύμα και η τάση θα αυξηθούν αναλογικά. V = I x 1 ή V = I. έτσι αν η αντίσταση είναι σταθερή, τότε η τάση θα αυξηθεί με το ρεύμα ή το αντίστροφο

Τι είναι η δύναμη;

Η ισχύς είτε δημιουργείται είτε καταναλώνεται, σε ένα ηλεκτρονικό ή ηλεκτρικό κύκλωμα η βαθμολογία ισχύος χρησιμοποιείται για να παρέχει πληροφορίες σχετικά με την ισχύ που καταναλώνει το κύκλωμα για να κάνει μια σωστή έξοδο από αυτό.

Σύμφωνα με τον κανόνα της φύσης, η ενέργεια δεν μπορεί να καταστραφεί, αλλά μπορεί να μεταφερθεί, όπως η ηλεκτρική ενέργεια που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια όταν η ηλεκτρική ενέργεια εφαρμόζεται σε έναν κινητήρα ή η ηλεκτρική ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμότητα όταν εφαρμόζεται σε θερμαντήρα. Έτσι, ένας θερμαντήρας χρειάζεται Ενέργεια, η οποία είναι δύναμη, για να παρέχει σωστή απαγωγή θερμότητας, ότι η ισχύς είναι ονομαστική ισχύς του θερμαντήρα στη μέγιστη απόδοση.

Η ισχύς δηλώνεται με το σύμβολο του W και μετράται σε WATT.

Η ισχύς είναι η πολλαπλασιασμένη τιμή της τάσης και του ρεύματος. Ετσι, P = V x Ι

Όπου, Ρ είναι δύναμη σε watt, V είναι Τάση και Ι είναι Ampere ή ροή ρεύματος.

Έχει επίσης υπο-πρόθεμα όπως Kilo-Watt (10 ³ W), mili-Watt (10 ^-3 W), mega-Watt (10 ⁶ W) κ.λπ.

Δεδομένου ότι ο νόμος Ohms V = I x R και ο νόμος ισχύος είναι P = V x I, έτσι μπορούμε να βάλουμε την τιμή του V στο νόμο ισχύος χρησιμοποιώντας τον τύπο V = I x R. Τότε θα είναι ο νόμος περί εξουσίας

P = I * R * I ή P = I ² R

Ρυθμίζοντας το ίδιο πράγμα μπορούμε να βρούμε το λιγότερο ένα πράγμα όταν άλλο δεν είναι διαθέσιμο, οι τύποι αναδιατάσσονται στον παρακάτω πίνακα:

Έτσι κάθε τμήμα αποτελείται από τρεις τύπους. Σε οποιαδήποτε από τις περιπτώσεις αν η αντίσταση έγινε 0 τότε το ρεύμα θα είναι άπειρο, ονομάζεται συνθήκη βραχυκυκλώματος. Εάν η τάση έγινε 0, τότε το ρεύμα δεν υπάρχει και η ισχύς θα είναι 0, εάν το ρεύμα έγινε 0, τότε το κύκλωμα βρίσκεται σε κατάσταση ανοικτού κυκλώματος όπου υπάρχει τάση, αλλά όχι το ρεύμα έτσι και πάλι η ισχύς θα είναι 0, Εάν η ισχύς είναι 0 τότε δεν θα καταναλώνεται ούτε παράγεται ενέργεια από το κύκλωμα.

Έννοια ροής ηλεκτρονίων

Τρέχουσες ροές από έλξη φορτίου. Στην πραγματικότητα, καθώς τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά σωματίδια και ρέουν από αρνητικό τερματικό στο θετικό τερματικό της πηγής ισχύος. Έτσι στο πραγματικό κύκλωμα, ροή ρεύματος ηλεκτρονίων από αρνητικό τερματικό στο θετικό τερματικό, αλλά στη συμβατική ροή ρεύματος όπως περιγράψαμε πριν υποθέσουμε ότι το ρεύμα ρέει από θετικό σε αρνητικό τερματικό. Στην επόμενη εικόνα θα κατανοήσουμε πολύ εύκολα τη ροή του ρεύματος.

Όποια και αν είναι η κατεύθυνση, δεν επηρεάζει τη ροή ρεύματος μέσα σε ένα κύκλωμα. Είναι πιο εύκολο να κατανοήσουμε τη συμβατική ροή ρεύματος από θετική σε αρνητική. Μονή κατεύθυνση Η ροή ρεύματος είναι συνεχές ρεύμα ή συνεχές ρεύμα και η οποία εναλλάσσει την κατεύθυνσή της ονομάζεται εναλλασσόμενο ρεύμα ή εναλλασσόμενο ρεύμα.

Πρακτικά παραδείγματα

Ας δούμε δύο παραδείγματα για να κατανοήσουμε καλύτερα τα πράγματα.

1. Σε αυτό το κύκλωμα, μια πηγή 12V DC συνδέεται σε φορτίο 2Ω, υπολογίστε την κατανάλωση ισχύος του κυκλώματος;

Σε αυτό το κύκλωμα, η συνολική αντίσταση είναι αντίσταση φορτίου, έτσι το R = 2 και η παροχή τάσης εισόδου είναι 12V DC, έτσι το V = 12V. Η τρέχουσα ροή στο κύκλωμα θα είναι

I = V / R I = 12/2 = 6 Αμπέρ

Ως Wattage (W) = Voltage (V) x Ampere (A) η συνολική ισχύς θα είναι 12 x 6 = 72Watt.

Μπορούμε επίσης να υπολογίσουμε την τιμή χωρίς Ampere.

Ισχύς (W) = Ισχύς = Τάση ² / Αντοχή Ισχύς = 12 ² /2 = 12 * 12/2 = 72 watt

Όποια και αν είναι η φόρμουλα που χρησιμοποιείται, η έξοδος θα είναι ίδια.

2. Σε αυτό το κύκλωμα η συνολική κατανάλωση ισχύος σε όλο το φορτίο είναι 30 Watt, εάν συνδέσουμε τροφοδοσία 15V DC, πόσο ρεύμα απαιτείται;

Σε αυτό το κύκλωμα η συνολική αντίσταση είναι άγνωστη. Η τάση τροφοδοσίας εισόδου είναι 15V DC, οπότε το V = 15V DC και η ισχύς που ρέει μέσω του κυκλώματος είναι 30W, έτσι, το P = 30W. Η τρέχουσα ροή στο κύκλωμα θα είναι

I = P / VI = 30/15 2 Αμπέρ

Έτσι, ενεργοποιώντας το κύκλωμα στα 30W, χρειαζόμαστε πηγή ισχύος 15V DC η οποία είναι ικανή να αποδίδει 2 Ampere ρεύματος DC ή περισσότερο καθώς το κύκλωμα απαιτεί ρεύμα 2Amp.