Мгновенно измениться

В электрических цепях, содержащих в общем случае рези-стивный, индуктивный и емкостный элементы, переходный процесс возникает при включении, выключении и изменении параметров цепи. Такие действия в общем случае называют коммутацией электрической цепи или просто коммутацией. После коммутации изменяется энергия индуктивного WL=I2L/2 и емкостного Wc--CU2/2 элементов. Поскольку энергия мгновенно изменяться не мож:ет, следовательно, не может изменяться мгновенно ток в индуктивности и напряжение на емкости. Из этого вытекают два важных положения (их называют законами коммутации), без знания которых невозможно рассчитывать и анализировать переходные процессы в электрических цепях.

емкостях переходов Сэ5 и Скб мгновенно изменяться не может.

Процесс переключений в цепи, производимых с помощью идеальных ключей путем их замыкания или размыкания, называют коммутацией. В результате коммутации к цепи может быть подключен источник Напряжения или тока, а также могут мгновенно изменяться значения отдельных элементов цепи или ее структура.

Однако при пренебрежении магнитным или электрическим полем на том или ином участке электрической цепи, ввиду их незначительности, можно считать, что ток или напряжение на соответствующем участке цепи изменяется практически мгновенно. В соответствии с законами коммутации электрических цепей не могут мгновенно изменяться на конечное значение токи в катушках индуктивности (первый закон коммутации), однако напряжения на зажимах подобных катушек можно принять изменяющимися мгновенно, если пренебречь их электрической емкостью.

При протекании через p-n-переход прямого тока проявляется диффузионная емкость, которая по мере увеличения тока может превысить барьерную. Носители заряда, инжектируемые р-п-пе-реходом, распространяются в р- и «-областях, подчиняясь законам диффузии. Вследствие рекомбинации концентрация этих носителей по мере диффузии в глубь областей полупроводниковой структуры убывает, причем глубина их проникновения имеет порядок диффузионной длины L. Этот процесс приводит к накоплению неравновесных носителей заряда вблизи р-п-перехода. Заряд этих носителей пропорционален току через р-я-переход, однако из-за сравнительно медленного характера диффузии и рекомбинации неравновесных носителей заряда он не может мгновенно изменяться при изменениях тока. Инерционность зарядов описывается временами жизни инжектируемых электронов и дырок и обусловливает емкостный характер реакции р-п-перехода на всякое изменение прямого тока. Это явление описывается эквивалентной диффузионной емкостью р-п-перехода, которая при достаточной протяженности обеих областей полупроводниковой структуры, превышающей диффузионную длину, на низких частотах составляет

Следовательно, благодаря инерции магнитного потока не происходит мгновенного изменения тока, так как возникновение апериодической составляющей не позволяет в начальный момент короткого замыкания мгновенно изменяться току от /„о до /,,.м,.1Кс-.

оказалась бы равной бесконечности, а источников с бесконечной мощностью в природе не существует. .^/В электрических цепях, содержащих в общем случае рези-стивный, индуктивный и емкостный элементы, переходный процесс возникает при включении, выключении и изменении параметров цепи. Такие действия в общем случае называют коммутацией электрической цепи или просто коммутацией. После коммутации изменяется энергия индуктивного WL=I2L/2 и емкостного Wc = CU2/2 элементов. Поскольку энергия мгновенно изменяться не может, следовательно, не может изменяться мгновенно ток в индуктивности и напряжение на емкости. Из этого вытекают два важных положения (их называют законами коммутации), без знания которых невозможно рассчитывать и анализировать переходные процессы в электрических цепях.

а таких источников не существует. Поскольку энергия мгновенно изменяться не может, следовательно, не может изменяться мгновенно обусловливающий ее ток в индуктивности и напряжение на емкости:

Принцип, согласно которому ток в цепи с индуктивностью не может изменяться скачком и в начальный момент переходного процесса (/ = 0) сохраняет свое предшествующее значение, называют первым законом коммутации. Аналогичный принцип, по которому напряжение на зажимах конденсатора не может мгновенно изменяться на конечную величину и в момент t = 0 сохраняет предшествующее значение, называют вторым законом коммутации.

Однако при пренебрежении магнитным или электрическим полем на том или ином участке электрической цепи, ввиду их незначительности, можно считать, что ток или напряжение на соответствующем участке цепи изменяется практически мгновенно. В соответствии с законами коммутации электрических цепей не могут мгновенно изменяться на конечное значение токи в катушках индуктивности (первый закон коммутации), однако напряжения на зажимах подобных катушек можно принять изменяющимися мгновенно, если пренебречь их электрической емкостью.

В момент времени t\ напряжение на входе цепи скачком достигает значения м„х = Uт. Учитывая, что напряжение на конденсаторе времени мгновенно измениться не может и равно в начальный момент нулю ( "6.4, б), все входное напряжение прикладывается к сопротивлению А?(ывых = UR — Um).

телыюго потенциала. Поскольку напряжение на конденсаторе Cei мгновенно измениться не может, то это приращение прикладывается к базе транзистора Т^, подзапирая его. Коллекторный ток /К2 при этом уменьшится, напряжение на коллекторе транзистора Ту станет более отрицательным и, передаваясь через конденсатор С6-2 на базу транзистора Т\, еще более отпирает его, увеличивая ток /К. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор Т\ входит в режим насыщения, а транзистор Тч — в режим отсечки. Схема переходит в о/но из своих временных устойчивых состояний (квазиустойчивое состояние). При этом открытое состояние транзистора Т\ обеспечивается смещением от источника Ек через резистор /?в, а запертое состояние транзистора Г2 — положительным напряжением на конденсаторе С(,\ (Uс.,,, — ^62 > 0), который через открытый транзистор Т\ включен в промежутке база — эмиттер транзистора 7Y На временных графиках ( 6.24,6) описанные процессы соответствуют моменту времени / = 0. Теперь конденсатор С62 быстро заряжается по цепи + ?к — эмиттер — база Т\ — С62 — RK2 — Е*. до напряжения ?к. Конденсатор Cai, заряженный в предыдущий период, перезаряжается через резистор /?в2 и открытый транзистор Т\ током источника питания ?к, и напряжение на нем стремится уменьшиться до — ?к ( 6.24, б). В момент времени t\ напряжение UCe, = Uuv меняет знак, что вызывает отпирание транзистора Тч и появление тока /К2. Увеличение тока /К2 приводит к процессу, аналогичному описанному при увеличении тока /К. В результате транзистор 7*2 войдет в режим насыщения, а транзистор Т\ — в режим отсечки (второе временно устойчивое состояние). В промежуток времени t\ — ti происходит зарядка конденсатора Cei и перезарядка

При появлении на одном из входов ЭВ сигнала 1 транзистор V4 открывается. Потенциал точки е становится близким к потенциалу нулевой шинке (точка g) . Напряжение на конденсаторе С1 не может мгновенно измениться. Поэтому потенциал точки d вначале близок к — Ек. Следовательно, диод V5 закрывается за счет приложенного к нему напряжения обратной полярности.

Это напряжение постоянно и равно ?/нас до тех пор, пока разность входных напряжений положительна. Как только напряжения сравняются: ?/поо = Uc (t), напряжение на выходе мгновенно становится равным нулю, что влечет за собой и равенство нулю напряжения обратной связи Unoo — 0. Но напряжение на конденсаторе Uc (t) остается и не мозкет мгновенно измениться, поэтому выходное напряжение, равн/ое усиленному напряжению на инвертирующем входе, становится отрицательным и равным напряжению насыщения: ?/вых"= —KUUC (t) = — t/Hac.

В силу механической инерции привода угловая скорость его не может мгновенно измениться, и поэтому с ростом магнитного потока возрастает ЭДС двигателя. Когда ЭДС двигателя станет по абсолютному значению больше прило-

При напряжении 124,5 в должен сработать первый контактор ускорения. После его срабатывания ток возрастет, так как вследствие механической инерции якоря электродвигателя скорость вращения, а следовательно, и противо-э.д.с. мгновенно измениться не

конденсаторе С6{ не может мгновенно измениться, это приращение прикладывается к базе транзистора Т2, подзапирая его. Коллекторный ток /к2 при этом уменьшается, напряжение на коллекторе транзистора Т2 становится более отрицательным и, передаваясь через конденсатор С62 на базу транзистора Ть еще более открывает его, увеличивая ток 1К[. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор Г, входит в режим насыщения, а транзистор Тг - в режим отсечки. Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний равновесия (квазиустойчивое состояние). При этом открытое состояние транзистора Т, обеспечивается смещением от источника питания ?, через резистор Я61, а закрытое состояние транзистора Т2 — положительным напряжением на конденсаторе C6i (1/с61 = ^62 > 0). который через открытый транзистор T! включен в промежутке база - эмиттер транзистора Т2. На временных диаграммах 10.23, б описанные процессы соответствуют моменту времени t = 0. Теперь конденсатор Сб2 быстро заряжается по цепи + ?к — эмиттер — база транзистора Т{ - С52 - Кк2-----?к до напряжения ?к. Конденсатор С61, заряженный в предыдущий период, перезаряжается через резистор R62 и открытый транзистор Ti током источника питания ?к и напряжение на нем стремится уменьшиться до —Ef (см. график для и62). В момент времени t{ напряжение «сб1 = и меняет знак, что вызывает отпирание транзистора Т2 и появление тока /К2. Увеличение этого тока приводит к процессу, аналогичному описанному ранее при увеличении тока /к,. В результате транзистор Т2 входит в режим насыщения, а транзистор Г, — в режим отсечки (второе временно устойчивое состояние равновесия). В промежуток времени tl - t2 происходит заряд конденсатора С6, и перезаряд конденсатора С62.

В момент окончания импульса тока через диод, т. е. в момент разрыва цепи с диодом исчезает падение напряжения на объемном а) сопротивлении базы диода ( 3.34, б). Концентрация дырок в базе около р-и-перехода мгновенно измениться не может. Поэтому напряжение на p-n-переходе и соответственно на диоде после выключения тока уменьшается замедленно по мере рекомбинации неравновесных носителей в базе. Изменения в распределении концентрации дырок в базе диода со временем показаны на 3.34, е. Остаточное напряжение на диоде уменьшится до нуля после рекомбинации всех неравновесных носителей заряда в базовой области диода.

сталла полупроводника около истока и стока. Поэтому не может мгновенно измениться и сечение канала.

При резком переключении в момент t% напряжения с прямого на обратное обратный ток через диод оказывается весьма существенным; его величина снова определяется только сопротивлением гб, так как напряжение на переходе (на емкости Сбар) мгновенно измениться не может. Лишь по мере перезаряда емкости Cgap напряжение на ней изменяется по экспоненциальному закону, а ток гд стремится к стационарному значению.

При резком переключении в момент t% напряжения с прямого на обратное обратный ток через диод оказывается весьма существенным; его величина снова определяется только сопротивлением гб, так как напряжение на переходе (на емкости Сбар) мгновенно измениться не может. Лишь по мере перезаряда емкости Cgap напряжение на ней изменяется по экспоненциальному закону, а ток гд стремится к стационарному значению.