3. Положительные направления тока и напряжения.
Электрический ток в общем случае представляет собой движения электрических зарядов отрицательного и положительного знаков в разные стороны.
Численно токопределяется как придел отношения количества электричества, переносимого заряженными частицами сквозь рассматриваемое поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к этому времени, при условии, что данный промежуток времени стремится к нулю:
где g- количество электричества, прошедшее через рассматриваемое сечение проводника за времяt.
Количество электричества (заряд) измеряется в Кулонах [K], промежуток времени в секундах [сек], а единицей измерения тока служит Ампер [A].
Электрическому току приписывают направление.
За положительноенаправление тока принимают направление
перемещения положительных зарядов от
точки высшего потенциала к точке
меньшего потенциала.
Направление тока характеризуется знаком тока. Понятия положительный или отрицательный ток имеют смысл, если сравнивать направление тока в проводнике с некоторым заранее выбранным направлением – так называемым положительным направлением тока.
Положительное направление тока выбирается произвольнои указывается стрелкой.
Рассмотрим пассивный участок электрической цепи с выбранным положительным направлением тока:
При протекании тока от точки 1 к точке 2 подразумевается, что потенциал точки 1 выше потенциала точки 2.
Под напряжениемна данном участке подразумевается разность электрических потенциалов точек 1 и 2.
Единица измерения напряжения Вольт [B].
При условии, что 1больше2U12=1-2будет положительным.
Порядок индексов
при напряжении означают его выбранное
положительное направление.
Чаще всего положительное направление напряжения выбирают совпадающим с положительным направлением тока и указывают стрелкой.
В теории электрических цепей используют понятия идеальные источники электрической энергии: источник напряжения и источник тока.
Им приписывают следующие свойства:
Источник напряженияпредставляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на котором не зависит от тока, проходящего через источник
Рис.2. Идеальный источник напряжения и
его вольтамперная характеристика(BAX).
Предполагается, что внутри идеального источника напряжения пассивные сопротивление, индуктивность и емкость отсутствуют и, следовательно, прохождение тока не вызывает падения напряжения.
Упорядоченное
перемещение положительных зарядов в
источнике напряжения от меньшего
потенциала к большему возможно работа
сторонних сил, которые присущи источнику.
Величина работы, производимой данными сторонними силами по перемещению единицы положительного заряда от отрицательного полюса источника напряжения к положительному по полюсу, называется электродвижущей силой(э.д.с.)источникаи обозначаетсяe(t).
На рис.2(а) указано направление напряжения на зажимах идеального источника, которое всегда равно э.д.с. источника по величине и противоположно ей по направлению.
Идеальный источник напряжения называют еще источником бесконечноймощности. Это — теоретическое понятие. Величина тока в пассивной цепи зависит от параметров этой цепи иe(t). Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток цепи должен быть теоретически равен бесконечности. В действительности при замыкании зажимов источника ток имеет конечное значение, так как реальный источник обладает внутренним сопротивлением.
Обычно внутренние
параметры источника конечной мощности
незначительны по сравнению с параметрами
внешней цепи и в не которых случаях (по
условию задачи) могут вообще не
учитываться.
Внутреннее сопротивление
источника э.д.с.(r0)
на схемах замещения изображается
последовательно соединенным с самим
источником.
Рис.3. Источник напряжения конечной мощности.
Источник токапредставляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Рис.4. Идеальный источник тока и его вольтамперная характеристика.
Предполагается, что внутренне сопротивление идеального источника тока равно бесконечности, и поэтому параметры внешней цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника тока, не влияют на ток источника.
При увеличении напряжения внешней цепи, присоединенной к источнику тока, напряжение на его зажимах, и следовательно, мощность возрастают. Поэтому идеальный источник тока теоретически так же рассматривается как источник бесконечной мощности.
Источник тока
конечной мощности изображен на рис.
5.
g0– внутренняя
проводимость источника. Она характеризует
внутренние параметры источника и
ограничивает мощность, отдаваемую в
цепь.
Рис.5. Источник тока конечной мощности.
Часто при решении задач методом эквивалентных преобразований возникает необходимость заменить реальный источник напряжения эквивалентным источником тока или наоборот. Преобразование осуществляется по схеме и формулам рис.6.
(1)
Рис.6. Преобразования источников конечной мощности.
Условно положительное направление — ток
Cтраница 1
Условно положительное направление токов в обмотках отмечено крестиками в начале витков и точками в конце. Этим направлениям токов по правилу буравчика соответствуют положительные направления осей магнитных потоков, которые совпадают с осями одноименных катушек. Магнитное поле такой системы обмоток с токами образуется наложением полей отдельных фаз.
[1]
Условно положительное направление токов
Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов. [3]
Выберем условно положительное направление тока i, как указано на схеме. [4]
При выбранных условно положительных направлениях токов двух индуктивно связанных катушек величина коэффициента взаимной индукции М отрицательна. [5]
Для установления такой связи выбирают условно положительное направление тока. [6]
О) Почему при совпадающих условно положительных направлениях тока и напряжения на катушке индуктивности действительное направление напряжения будет определено правильно не только при увеличении, но и при уменьшении тока.
О) Какой смысл имеют принимаемые условно положительные направления токов и напряжений, если они, являясь в действительности синусоидальными функциями, изменяют свое направление с течением времени. [8]
| Схема образования плоского трехстержне-вого сердечника трехфазного трансформатора. [9] |
На рис. 12.27, а показаны условно положительные направления токов первичной обмотки и потоков в стержнях сердечника провода. Напомним, что положительные направления токов и соответствующих потоков связаны правилом буравчика. [10]
Представление исходной схемы замещения электрической цепи, на которой указаны условно положительные направления токов и напряжений, в операторной форме. [11]
| К вопросу о преобраэо-вании схем с применением комп-i. [12] |
Для составления уравнения в символической форме по первому закону Кирхгофа нужно выбрать условно положительные направления токов.
В уравнении (10.27) ток записывается со знаком плюс, если он направлен к узлу.
[13]
Прежде чем приступить к составлению уравнений по законам Кирхгофа, нужно выбрать условно положительное направление тока в каждой ветви. Положительные направления тока выбираются произвольно. Действительные направления — токов могут не совпадать с условно положительными направлениями. Ошибка в выборе направления тока в результате решения будет обнаружена: ток с неправильно выбранным направлением получится отрицательным. Следует изменить направление этого тока в схеме и считать его в дальнейшем положительным. [14]
Условно положительное направление токов в обмотках отмечено крестиками в начале витков и точками в конце. Этим условно положительным направлениям токов по правилу буравчика соответствуют условно положительные направления осей магнитных потоков, которые совпадают с осями одноименных катушек. [15]
Страницы: 1 2
Диодный ток: функциональность и характеристики
Ключевые выводы
● Узнайте о функциях диодов.
● Получите более полное представление о характеристиках протекания тока через диоды.
● Узнайте, как изменения смещения диодов определяют, работают ли они как изоляторы или проводники.
Смещение диода влияет на протекание тока.
По сравнению с множеством электронных компонентов, с которыми мы сталкиваемся в области электроники, диод является относительно простым компонентом. По сути, диод — это компонент, который позволяет току течь в одном направлении и блокирует его в другом направлении. Диоды позволяют току течь в одном направлении без влияния какого-либо импеданса, полностью блокируя весь поток тока в другом. Кроме того, существует четкое обозначение между этими двумя состояниями работы.
Диод
Как уже говорилось, ток, протекающий через диод, может течь только в одном направлении, и мы называем это состояние прямым смещением. Поскольку ток может течь только в одном направлении (прямое смещение), мы неофициально считаем диоды односторонними электронными вентилями.
Если напряжение на диоде отрицательное, ток не течет; таким образом, идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.
Типичные диоды могут находиться в прямом или обратном смещении. В электронике мы определяем смещение или смещение как метод установления набора токов или напряжений в различных точках электронной схемы, чтобы установить надлежащие условия работы в электронных компонентах. Хотя это упрощенная версия ответа, в целом она верна.
Диод представляет собой электронный компонент, состоящий из полупроводникового материала P-типа и N-типа; мы называем p-n переход. Он также имеет выводы, подключенные к этим двум концам, что упрощает внедрение практически в любую электронную схему.
Функциональность диода
Мы называем вывод, прикрепленный к полупроводнику N-типа, катодом. Таким образом, катод является отрицательной стороной диода. Напротив, мы называем вывод, подключенный к полупроводнику P-типа, анодом, что делает его положительной стороной диода.
Когда мы подключаем источник напряжения к диоду так, что положительная сторона источника напряжения соединяется с анодом, а отрицательная сторона соединяется с катодом, диод действует как проводник, позволяя течь току. Когда мы подключаем напряжение к диоду в этом направлении, мы называем это прямым смещением.
Однако, если мы изменим это направление напряжения, т. е. подключим отрицательную (-) сторону к аноду, а положительную (+) сторону к катоду, ток не будет течь. В это время диод действует как изолятор. Когда мы подключаем напряжение к диоду в этом направлении, мы называем это обратным смещением.
Примечание. Хотя при прямом смещении ток течет, а при обратном — нет, существует максимальный предел уровня тока, который диод может эффективно блокировать.
Две области диода
Мы кратко обсудили две полупроводниковые области в диоде (P и N). Однако также важно различать стороны или полупроводниковые области.
Во-первых, о символе, который схематически изображает диод, катод находится справа, а анод — слева. Анодную сторону условного обозначения, как правило, рассматривают как стрелку, изображающую стандартное направление протекания тока, т. е. от положительного (+) к отрицательному (-). Следовательно, диод допускает протекание тока в направлении стрелки. А затем рассмотрите вертикальную линию на стороне катода как огромный знак минус (-), показывающий, какая сторона диода является отрицательной для прямого смещения.
Функциональность протекания тока через диод
Стандартному диоду требуется определенное прямое напряжение, прежде чем он позволит протекать току. Как правило, указанное количество напряжения, которое требуется диоду, прежде чем позволить протекать току, составляет минуту. Обычно это 0,5 вольта. Пока он не достигнет этой величины напряжения, ток не будет течь. Однако при достижении прямого напряжения ток легко протекает через диод.
Мы называем этот минимальный порог напряжения в прямом направлении прямым падением напряжения на диоде. Причина этого в том, что цепь теряет или падает это напряжение на диоде. Мы можем проверить это, используя мультиметр и измерив выводы диода, когда он находится в прямом смещении. Полученное показание будет прямым падением напряжения на диоде.
Для дополнительной иллюстрации мы можем использовать приведенную выше принципиальную схему. Когда мы используем мультиметр для измерения на клеммах лампы, напряжение будет представлять собой разницу между напряжением батареи (12 вольт) и прямым падением напряжения на диоде в цепи. Например, если прямое падение напряжения на нашем диоде составляет 0,8 вольта, а напряжение батареи точно равно 12 вольтам, то напряжение на лампе будет 11,2 вольта.
Характеристики диода
Диод имеет максимальное обратное напряжение, которое он может выдержать до того, как выйдет из строя, что позволяет протекать обратному току через диод.
Мы называем это обратное напряжение пиковым обратным напряжением (PIV) или пиковым обратным напряжением. Кроме того, это важная характеристика диода с точки зрения функциональности схемы. Крайне важно, чтобы ни один диод в вашей схеме не подвергался напряжению, превышающему этот предел.
Наряду с номинальным значением PIV и прямого падения напряжения диод также получает максимальный номинальный ток. Как следует из этого рейтинга, это пиковый рабочий ток диода, и его превышение приведет к непоправимому повреждению диода и, возможно, всей схемы.
Диод как компонент является относительно простым, но он обеспечивает функциональность двух различных компонентов в одном. Широкий спектр приложений для диода включает практически бесконечный список приложений для электрических устройств. Таким образом, диод является действительно адаптивным компонентом, который дает разработчикам оптимальный контроль над тем, какую функцию диод будет играть в их схемотехнике.
Набор диодов различных форм и размеров, но все они имеют одинаковые характеристики протекания тока.
Для успешного внедрения диода в вашу конструкцию с соответствующими характеристиками протекания тока через диод необходимо использовать высококачественное программное обеспечение для проектирования и анализа печатных плат. Allegro от Cadence — одно из таких программ с множеством надежных функций для компоновки, а также тестирования и моделирования.
Если вы хотите узнать больше о том, какое решение может предложить Cadence, обратитесь к нам и нашей команде экспертов. Чтобы посмотреть видео по связанным темам или узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа, подпишитесь на наш канал YouTube.
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты.
Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Подпишитесь на LinkedIn Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions
УЧИТЬ БОЛЬШЕ
Они трудятся под заблуждением
что «Электричество» состоит из отрицательно заряженных частиц, называемых
электроны. Эта фундаментальная ошибка
приводит большинство людей к мысли, что электрические токи всегда а.
поток отрицательных частиц. Действительно, в некоторых проводниках электрические
токи представляют собой поток действительно положительных зарядов, в то время как в других
потоки действительно являются отрицательными частицами. А иногда токи оба
положительные и отрицательные частицы текут одновременно, но в противоположных направлениях
направлений в одном проводнике. 
В повседневном мире электроники эти частицы
электроны и протоны, поставляемые атомами в проводниках. Физики могут
дополнительно иметь дело с другими заряженными частицами: мюонами, позитронами,
антипротоны и т. д. Но «электричество» в обычных электрических устройствах
ограничивается положительными протонами и отрицательными электронами. 
Если электроны
«электричество», то протоны тоже «электричество». 
шок. Во время вашего болезненного опыта, очевидно, было значительное
ток, направленный через ваше тело. Однако электроны не текли через ваше тело вообще. Электрические заряды в теле человека
полностью состоит из положительно и отрицательно заряженных атомов или «ионов».
Во время вашего удара током именно эти заряженные атомы текли по
как электрический ток. Ток в твоей плоти был потоком позитива
атомы натрия и калия, отрицательный хлор и многие другие
сложный
положительные и отрицательные молекулы. Во время действия электрического тока
положительные атомы текли в одном направлении, в то время как отрицательные атомы
одновременно вливались в другую. Представьте, что потоки похожи на
толпы крошечных движущихся точек, причем половина точек движется в одном направлении
а половина в другом. Популяции маленьких точек перемещаются через каждый
другой без столкновений точек. Положительные атомы ведут себя как текущие
протоны, а протоны с присоединенными целыми атомами. Отрицательные атомы
ведут себя как электроны, увлекающие за собой целый атом.
Некоторые потоки представляют собой отрицательные ионы воды -ОН, а некоторые потоки
действительный
протоны (хотя мы обычно называем их +H положительными ионами водорода).
Около половины расхода заряда
состоит из положительных атомов, а остальная часть состоит из
отрицательные атомы текут в обратном направлении. Конечно в (твердом, неподвижном) металле
провода снаружи
батарея, реальный поток частиц только от отрицательного к положительному. Но
внутри влажного электролита батареи поток заряда идет в двух противоположных направлениях.
направления одновременно. (И если мы должны построить цепь полностью
из шлангов, наполненных соленой водой, без использования металлических проводников, затем все ток будет двунаправленным.) 
Я снова спрашиваю вас, каково НАСТОЯЩЕЕ направление
электрические токи? Мы не можем решить проблему, умаляя ее или
делая вид, что двусторонние токи относятся только к чему-то экзотическому, или
делать вид, что это все совершенно отдельно от повседневной жизни. Наш
нервная система основана на двунаправленных токах. Мы не смеем думать, что
ток в металлической проволоке «настоящий», тогда как токи в человеческой плоти каким-то образом
не. 
Текущие негативы и позитивы обычно не равны, и
скорость позитивов в одном направлении обычно не совпадает со скоростью
скорость негативов в другом. Электрический ток может быть сложным!
) Магнетизм,
нагрев и падение напряжения вместе представляют почти все функции, которые
важно в повседневных электрических схемах. Поэтому, насколько большинство
электрических устройств и цепей, не имеет значения, если
ток состоит из положительных частиц, идущих в одну сторону, или отрицательных
частицы, идущие в другую сторону… или вдвое меньше негативов, идущих в обратном направлении
через толпу вдвое меньше положительных. 
Мы
перестаньте думать о токе как о потоке реальных физических частиц.
Вместо этого мы намеренно определить «электрический ток» как поток
исключительно положительных частиц, движущихся в одном конкретном направлении.
Нас не волнует реальная полярность частиц. Нам все равно
об их скорости, и нас не волнует их количество. Мы игнорируем оба
химические эффекты и эффекты скорости и направления
движущиеся частицы. Мы игнорируем столкновения между положительным и отрицательным
частицы. Все, о чем мы заботимся, это общий чистый заряд, который проходит через
конкретная точка цепи. Реальные обвинения слишком сложны, чтобы
иметь дело с. Нас не волнует, состоят ли какие-либо токи внутри вашего тела из
полуположительные, полуотрицательные частицы, движущиеся в противоположных направлениях!
Дополнительная сложность дает нам очень мало информации
пока нас интересуют только падение напряжения, магнитные поля и
обогрев. 
.. или падением напряжения, которое появляется на
резистором, либо повышением температуры, создаваемым в калиброванном изделии
провода сопротивления. Эти три типа измерителей согласятся, что
«ток» есть «ток» независимо от полярности частиц и потоков.
Тогда мы сможем использовать эти счетчики везде. Почти в каждой ситуации они
расскажет нам все, что мы когда-либо хотели знать о потоках заряженных
частицы в любой цепи. Амперметр может быть неуместным, когда
используется в экзотическом физическом эксперименте. Это не нарисует правильную картину
при конструировании электронных пучков внутри вакуумных трубок или ионных потоков в нервных
волокна. Он не может обнаружить настоящую
Текущий; вместо этого он измеряет только наши условно определенные простые
Текущий. Но больше 99% электроэнергии и электроники,
направление частиц не имеет значения, и амперметр показывает нам
так называемый «реальный» ток, скрывая истинные потоки частиц.
