Пассивные и активные элементы электрических цепей

Элементом электрической цепи называют идеализированное устройство, отображающее какое-либо из свойств реальной электрической цепи.

Пассивные элементы электрических цепей

Линейная индуктивность характеризуется линейной зависимостью между потокосцеплением ψ и током i, называемой вебер-амперной характеристикой ψ = Li. Напряжение и ток связаны соотношением u = d ψ/dt = L (di/dt)

Коэффициент пропорциональности L в формуле и называется индуктивностью и измеряется в генри (Гн).

Линейная емкость характеризуется линейной зависимостью между зарядом и напряжением, называемой кулон-вольтовой характеристикой q = Cu

Активные элементы электрических цепей

Источник тока – это идеализированный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности.

Различают четыре типа зависимых источников.

1. ИНУН – источник напряжения, управляемый напряжением: а) нелинейный, б) линейный, μ – коэффициент усиления напряжения

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

СРАВНЕНИЕ АКТИВНЫХ И ПАССИВНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Все компоненты радиоэлектронике можно разделить на Активные и Пассивные. В этой статье приводится подробное сравнение активных и пассивных компонентов, широко используемых в самодельных проектах. Данное сравнение будет полезно для выбора компонентов.

Что такое активный компонент

Радиодеталь, работа которой зависит от источника энергии, а также которая может подавать источник энергии в схему, называется активным компонентом. Вы заметили, что светодиод или ЖК-дисплей не работают без внешнего питания?

Что такое пассивный компонент

Радиодеталь, которая может только получать энергию, и при этом накапливать, рассеивать или поглощать её в магнитном или электрическом поле, называется пассивным компонентом. Напомним, что резистор рассеивает энергию, в то время как конденсатор и катушка индуктивности накапливают энергию, но они не могут использовать этот источник энергии самостоятельно.

Сравнительная таблица

Поставляет энергию в цепь

Поглощает или накапливает энергию от источника питания

LED, LCD, транзистор, диод, солнечная батарея, микросхема, OLED, батарея и т. д

Резистор, конденсатор, индуктор, антенна, трансформатор и т. д.

Активные компоненты могут управлять током и, следовательно, обеспечивать усиление.

Пассивные компоненты не могут контролировать течение тока.

Линейный или нелинейный

Поскольку он может управлять током, следовательно, обеспечивает прирост мощности

Они не обеспечивают прирост мощности

Требования к функциональности

Им нужен внешний источник тока для работы

Им не нужен внешний источник для работы

Приобрести все радиокомпоненты можно в интернет-магазинах.

Основные электронные компоненты для создания электросхем

1. Резистор:

2. Диод

3. Светодиод (LED)

Данная схема предназначена для проверки целостности разных активных и пассивных компонентов, она также может использоваться для определения того, является ли материал проводящим ток или диэлектриком.

Если подключить какой-либо проводящий материал, такой как металл или провод, между клеммами A и B, тогда в цепи будет замкнутый контур, и ток будет течь через все компоненты, а значит светодиод загорится.

Если подключить непроводящий материал, например пластик или дерево между клеммами A и B, тогда в цепи будет разомкнутый контур и ток не сможет протекать, таким образом светодиод будет выключен. Такой себе простейший тестер.

Форум по обсуждению материала СРАВНЕНИЕ АКТИВНЫХ И ПАССИВНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Схема и прошивка ATtiny13 для блока управления освещением двойным хлопком в ладоши.

Как правильно выбрать резистор для LED, а также способы питания светодиодов.

Схема оригинального регулятора яркости светодиодов, на базе полевого транзистора и оптрона.

Источник

Элементы цепи.

Когда же существует зависимость параметров элементов электрической цепи от напряжения или тока, графики ВАХ этих элементов будут иметь криволинейный характер, то такие элементы цепи называются нелинейными.

Нелинейной электрической цепью является содержащая хотя бы один из нелинейных элементов электрическая цепь. Различаются в теории электрических цепей пассивные и активные элементы цепи. Пассивные элементы потребляют энергию в электрической цепи, которую в нее вносят активные элементы.

Пассивные элементы цепи.

Обладающий свойством необратимого рассеивания энергии идеализированный элемент электрической цепи называется резистивным сопротивлением.

Вольт-амперная характеристика и его графическое изображение данного элемента показаны на рисунке.

Связаны между собой ток и напряжение на резистивном сопротивлении следующими зависимостями: u = iR, i = Gu. В данных формулах коэффициенты пропорциональности R (сопротивление) и G (проводимость) измеряются в омах [Ом] и сименсах [См]:

Идеализированный элемент электрической цепи, который имеет свойство накапливать энергию магнитного поля называется индуктивным элементом.

Линейной зависимостью между током i и потокосцеплением ψ характеризуется линейная индуктивность, получившая название вебер-амперная характеристика ψ = Li.

Соотношением u = dψ/dt = L(di/dt), связываются между собой ток и напряжение.

В данной формуле коэффициент пропорциональности L и называется индуктивностью, единицей его измерения является генри (Гн).

Идеализированный элемент электрической цепи называется емкостным элементом (емкостью), если он обладает свойством накапливать энергию электрического поля.

Кулон-вольтной характеристикой q = Cu называется линейная зависимость между зарядом и напряжением, характеризующаяся линейной емкостью. Связаны ток и напряжение емкости соотношениями:

Активные элементы цепи.

Элементы цепи, отдающие энергию в цепь, считающиеся источниками энергии называются активными элементами. Различаются зависимые и независимые источники энергии. К независимым относятся источник тока и источник напряжения.

Под источником напряжения подразумевается идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не имеет зависимости от протекающего через него тока.

У идеального источника напряжения равно нулю внутреннее сопротивление.

Идеализированный элемент электрической цепи, от напряжения на его зажимах ток которого не зависит, называется источником тока.

В идеальном источнике тока внутренне сопротивление равно бесконечности.

Если величина тока (напряжения) зависит от тока или напряжения другого участка цепи, то такие источники тока (напряжения) называются зависимыми (управляемыми). Транзисторы, электронные лампы, работающие в линейном режиме усилители моделируются зависимыми источниками.

Существует четыре типа зависимых источников:

Источник

Электронные компоненты

Электронные компоненты – это радиодетали, которые используются повсюду. Выпускаются новые устройства и вместе с ними расширяется разнообразие электронных составляющих. В последние годы за счет активного уменьшения энергопотребления начали чаще использоваться SMD-компоненты. Однако несмотря на это, в большинстве электронных устройств используются все те же конденсаторы, резисторы, диоды и транзисторы.

Электронные компоненты: что это такое

Электронные компоненты – технические изделия, обладающие регламентированными функциями. Они входят в состав радиотехнических или электронных устройств и отвечают за их работоспособность. Сегодня рынок радиодеталей стремительно развивается и каждый желающий может приобрести нужные электронные компоненты.

Такие технические изделия начали набирать популярность в начале прошлого столетия, когда радиопередающая техника бурно развивалась. Уже в те годы многие люди называли электронные компоненты радиодеталями. Появлению этого названия поспособствовало то, что в начале ХХ века первым сложным электронным устройством было радио. Сначала радиодеталями называли изделия для производства радиоприемников. Однако со временем так начали называть и другие компоненты, несвязанные с радио.

Пассивные электронные компоненты

Пассивные радиоэлементы – детали, параметры которых изменяются линейно. Они используются для перераспределения электроэнергии.

Резистор

Резистор – наиболее распространенный пассивный элемент, использующийся в электронике. Он нужен для деления напряжения, ограничения или измерения тока. В зависимости от конструкционных особенностей, резисторы делят на следующие группы:

Выбирая новый резистор, необходимо обращать внимание на его основные параметры:

Конденсатор

Конденсаторы – незаменимые пассивные радиокомпоненты, использующиеся в фильтрах питания и стабилизаторах. Основным предназначением конденсаторов можно считать передачу напряжения от лампового анода к управляющей сетке.

Конденсаторы отличаются друг от друга по материалу изготовления:

При выборе конденсатора обращают внимание на его основные технические характеристики:

Дроссель

Дроссели – электротехнические деталис малым сопротивлением. Используются такие радиоэлементы в цепях переменного, импульсивного и постоянного тока. Чаще всего дроссели устанавливаются в:

Трансформатор

Это электромагнитный компонент, который передает энергию при помощи магнитного поля. Состоит трансформатор из нескольких обмоток, расположенных на сердечнике. Количество обмоток напрямую зависит от числа фаз. Основная особенность трансформаторов заключается в том, что их первичная и вторичная цепи электрически не связаны между собой.

В электронике чаще всего используют следующие виды трансформаторов:

Активные электронные компоненты

Активные радиоэлементы – детали, которые изменяют свои параметры нелинейно. Их используют для преобразования и усиления поступающих электросигналов.

Диодный мост

Диодный мост – электронный компонент, использующийся в качестве выпрямителя переменного тока. Состоит мост из специальных выпрямительных диодов полупроводникового типа. Выделяют несколько разновидностей диодных мостов:

Стабилитрон

Этот компонент устанавливается в электрические цепи для стабилизации напряжения. В цепи стабилитрон подключается в обратном направлении. Когда входное напряжение превысит уровень стабилизации, начинается электрический пробой. Стабилитрон работает до тех пор, пока напряжение не начнет постепенно стабилизироваться и понижаться до номинала.

При проектировке и создании электрических цепей необходимо использовать подходящие стабилизаторы. Чтобы правильно подобрать стабилитрон, нужно обращать внимание на его технические характеристики:

Тиристор

Тиристор – полупроводниковый прибор, который способен проводить ток в обе стороны. Он используется для коммутации в сетях с переменным током и для регулировки высоковольтного питания. Тиристоры отличаются низкой стоимостью и простотой использования. Поэтому их очень часто устанавливают в бытовую технику. Найти тиристоры можно в:

Транзистор

Транзисторы – полупроводниковые элементы, использующиеся для уменьшения сопротивления. В современных чипах количество транзисторов достигает нескольких сотен.

Транзисторы можно поделить на три группы:

Все вышеперечисленные радиоэлементы активно используются в электронике и остаются востребованными даже сегодня. Заказать электронные компоненты от надежных производителей можно на официальном сайте компании Моском. Благодаря широкому спектру доступных на сайте товаров, каждый покупатель сможет найти радиодеталь, которая его интересует.

Источник

Что такое пассивный элемент

Электромагнитные процессы, протекающие в электротехнических устройствах, как правило, достаточно сложны. Однако во многих случаях, их основные характеристики можно описать с помощью таких интегральных понятий, как: напряжение, ток, электродвижущая сила (ЭДС). При таком подходе совокупность электротехнических устройств, состоящую из соответствующим образом соединенных источников и приемников электрической энергии, предназначенных для генерации, передачи, распределения и преобразования электрической энергии и (или) информации, рассматривают как электрическую цепь. Электрическая цепь состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии, а устройства, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрической энергии.

У каждого элемента цепи можно выделить определенное число зажимов (полюсов), с помощью которых он соединяется с другими элементами. Различают двух –и многополюсные элементы. Двухполюсники имеют два зажима. К ним относятся источники энергии (за исключением управляемых и многофазных), резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы. Многополюсные элементы – это, например, триоды, трансформаторы, усилители и т.д.

Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. Активным называется элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии. К пассивным относятся элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями. Если элементы описываются линейными дифференциальными или алгебраическими уравнениями, то они называются линейными, в противном случае они относятся к классу нелинейных. Строго говоря, все элементы являются нелинейными. Возможность рассмотрения их как линейных, что существенно упрощает математическое описание и анализ процессов, определяется границами изменения характеризующих их переменных и их частот. Коэффициенты, связывающие переменные, их производные и интегралы в этих уравнениях, называются параметрами элемента.

Если параметры элемента не являются функциями пространственных координат, определяющих его геометрические размеры, то он называется элементом с сосредоточенными параметрами. Если элемент описывается уравнениями, в которые входят пространственные переменные, то он относится к классу элементов с распределенными параметрами. Классическим примером последних является линия передачи электроэнергии (длинная линия).

Цепи, содержащие только линейные элементы, называются линейными. Наличие в схеме хотя бы одного нелинейного элемента относит ее к классу нелинейных.

Рассмотрим пассивные элементы цепи, их основные характеристики и параметры.

1. Резистивный элемент (резистор)

Условное графическое изображение резистора приведено на рис. 1,а. Резистор – это пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным сопротивлением r (Ом ´ м) или обратной величиной – удельной проводимостью (См/м).

В простейшем случае проводника длиной и сечением S его сопротивление определяется выражением

.

В общем случае определение сопротивления связано с расчетом поля в проводящей среде, разделяющей два электрода.

Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость (или ), называемая вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Если зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см.рис. 1,б), то резистор называется линейным и описывается соотношением

,

где — проводимость. При этом R=const.

Нелинейный резистивный элемент, ВАХ которого нелинейна (рис. 1,б), как будет показано в блоке лекций, посвященных нелинейным цепям, характеризуется несколькими параметрами. В частности безынерционному резистору ставятся в соответствие статическое и дифференциальное сопротивления.

2. Индуктивный элемент (катушка индуктивности)

Условное графическое изображение катушки индуктивности приведено на рис. 2,а. Катушка – это пассивный элемент, характеризующийся индуктивностью. Для расчета индуктивности катушки необходимо рассчитать созданное ею магнитное поле.

Индуктивность определяется отношением потокосцепления к току, протекающему по виткам катушки,

.

В свою очередь потокосцепление равно сумме произведений потока, пронизывающего витки, на число этих витков , где .

Основной характеристикой катушки индуктивности является зависимость , называемая вебер-амперной характеристикой. Для линейных катушек индуктивности зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат (см. рис. 2,б); при этом

.

Нелинейные свойства катушки индуктивности (см. кривую на рис. 2,б) определяет наличие у нее сердечника из ферромагнитного материала, для которого зависимость магнитной индукции от напряженности поля нелинейна. Без учета явления магнитного гистерезиса нелинейная катушка характеризуется статической и дифференциальной индуктивностями.

3. Емкостный элемент (конденсатор)

Условное графическое изображение конденсатора приведено на рис. 3,а.

Конденсатор – это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета последней необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними

и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними. Большинство диэлектриков, используемых на практике, линейны, т.е. у них относительная диэлектрическая проницаемость =const. В этом случае зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, (см. рис. 3,б) и

.

У нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) диэлектрическая проницаемость является функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости (рис. 3,б). В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный конденсатор характеризуется статической и дифференциальной емкостями.

Схемы замещения источников электрической энергии

Свойства источника электрической энергии описываются ВАХ , называемой внешней характеристикой источника. Далее в этом разделе для упрощения анализа и математического описания будут рассматриваться источники постоянного напряжения (тока). Однако все полученные при этом закономерности, понятия и эквивалентные схемы в полной мере распространяются на источники переменного тока. ВАХ источника может быть определена экспериментально на основе схемы, представленной на рис. 4,а. Здесь вольтметр V измеряет напряжение на зажимах 1-2 источника И, а амперметр А – потребляемый от него ток I, величина которого может изменяться с помощью переменного нагрузочного резистора (реостата) R_Н.

В общем случае ВАХ источника является нелинейной (кривая 1 на рис. 4,б). Она имеет две характерные точки, которые соответствуют:

а – режиму холостого хода ;

б – режиму короткого замыкания .

Для большинства источников режим короткого замыкания (иногда холостого хода) является недопустимым. Токи и напряжения источника обычно могут изменяться в определенных пределах, ограниченных сверху значениями, соответствующими номинальному режиму (режиму, при котором изготовитель гарантирует наилучшие условия его эксплуатации в отношении экономичности и долговечности срока службы). Это позволяет в ряде случаев для упрощения расчетов аппроксимировать нелинейную ВАХ на рабочем участке m-n (см. рис. 4,б) прямой, положение которой определяется рабочими интервалами изменения напряжения и тока. Следует отметить, что многие источники (гальванические элементы, аккумуляторы) имеют линейные ВАХ.

Прямая 2 на рис. 4,б описывается линейным уравнением

,

(1)

где — напряжение на зажимах источника при отключенной нагрузке (разомкнутом ключе К в схеме на рис. 4,а); — внутреннее сопротивление источника.

Уравнение (1) позволяет составить последовательную схему замещения источника (см. рис. 5,а). На этой схеме символом Е обозначен элемент, называемый идеальным источником ЭДС. Напряжение на зажимах этого элемента не зависит от тока источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 5,б. На основании (1) у такого источника . Отметим, что направления ЭДС и напряжения на зажимах источника противоположны.

Если ВАХ источника линейна, то для определения параметров его схемы замещения необходимо провести замеры напряжения и тока для двух любых режимов его работы.

Существует также параллельная схема замещения источника. Для ее описания разделим левую и правую части соотношения (1) на . В результате получим

,

(2)

где ; — внутренняя проводимость источника.

Уравнению (2) соответствует схема замещения источника на рис. 6,а.

На этой схеме символом J обозначен элемент, называемый идеальным источником тока. Ток в ветви с этим элементом равен и не зависит от напряжения на зажимах источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 6,б. На этом основании с учетом (2) у такого источника , т.е. его внутреннее сопротивление .

Отметим, что в расчетном плане при выполнении условия последовательная и параллельная схемы замещения источника являются эквивалентными. Однако в энергетическом отношении они различны, поскольку в режиме холостого хода для последовательной схемы замещения мощность равна нулю, а для параллельной – нет.

Кроме отмеченных режимов функционирования источника, на практике важное значение имеет согласованный режим работы, при котором нагрузкой RН от источника потребляется максимальная мощность

,

(3)

Условие такого режима

,

(4)

В заключение отметим, что в соответствии с ВАХ на рис. 5,б и 6,б идеальные источники ЭДС и тока являются источниками бесконечно большой мощности.

Контрольные вопросы и задачи

Ответ: L=0,1 Гн; WМ=40 Дж.

Ответ: С=0,5 мкФ; WЭ=0,04 Дж.

Ответ:

Ответ:

Источник