Нагрузочном резисторе

Изучив общие закономерности волновых процессов и познако-, мившись с некоторыми -видами линий передачи, можно перейти к анализу одной из наиболее характерных ситуаций. Предположим, что отрезок регулярной линии передачи, обладающий известным волновым сопротивлением ZB, подключен к некоторому нагрузочному сопротивлению ZH, в общем

Принцип работы этих устройств основан на эффекте- Зеебека. В термогенераторах применяются полупроводники п- и р-типа, соединенные металлической пластинкой, которая подогревается источником тепла. Противоположные охлаждаемые концы полупроводников подключены к нагрузочному сопротивлению R я. При нагреве термогенератора образуется э. д. с., равная * = а (7\ — Г0), где TI — температура горячих концов термогенератора; Т0 — температура холодных концов термогенератора; а — удельная термо-э. д. с.

В заключение остановимся на условии передачи максимума мощности нагрузочному сопротивлению Zi =/"i +/.*i> присоединенному к источнику напряжения с заданным внутренним сопротивлением Z0 = r0-{-jx0 и напряжением 00 (в системах передачи сигналов очень часто требуется получать максимальное значение активной мощности в нагрузочном сопротивлении). Режим при оптимальной величине комплексного сопротивления нагрузки, когда обеспечивается передача максимальной мощности, называется режимом согласования.

Характеристическое сопротивление представляет такое комплексное сопротивление, при включении которого в качестве нагрузки входное сопротивление четырехполюсника становится равным нагрузочному сопротивлению: Z = ZC ( 12.10, а).

Для определения наибольшей мощности, отдаваемой источником электроэнергии, берется первая производная мощности по нагрузочному сопротивлению и приравнивается нулю:

1 перекрываются электродами решетки 3 на W^>X, образуя активную зону преобразователя. Участки электродов 2 решетки 3, расположенные между активной зоной и суммирующей шиной, обладают сопротивлением #„,-, во много раз превышающим сопротивление собственно электрода, так'как выполняютсяо ни путем нанесения на поверхность звукопровода материала, обладающего высоким удельным сопротивлением р. Сопротивление /?„,-= (p/,-)/(rfdM), где If — длина участка г'-го электрода, выполненного из материала, обладающего высоким удельным сопротивлением p;rfM — толщина металлической пленки, из которой выполнен рассматриваемый участок электрода. На резонансной частоте при согласованном режиме работы можно считать, что источник входного напряжения нагружен на последовательно соединенные #Ш' и /?п, соотношение которых определяет амплитуду волны, излучаемую i-u активным электродом. Длину /,• участков выбирают пропорциональной нагрузочному сопротивлению делителя.

Схема выпрямителя характеризуется большими пульсациями выпрямленного напряжения: Кп = 1,57. Для того чтобы на выходе выпрямителя получить напряжение с меньшими пульсациями, параллельно нагрузочному сопротивлению необходимо включить конденсатор С достаточно большой емкости. Так как ток, проходящий во вторичной обмотке трансформатора, имеет постоянную составляющую /0, сердечник трансформатора будет подмагничиваться, что приведет в конечном итоге к уменьшению КПД трансформатора и всего выпрямительного устройства.

В дека- и гектометровом диапазонах в качестве направленных приемных антенн используют антенны бегущей волн ы. Антенна бегущей волны представляет собой длинный (/ = Я; 21; ЗХ ...) провод, подвешенный на высоте 1—3 м над землей в направлении на передатчик ( 140, б). Один из концов провода присоединяется к приемнику, другой нагружается на сопротивление R, равное волновому. При воздействии электромагнитной волны, направленной вдоль провода, в нем появляется бегущая волна, которая распространяется или к приемнику, или к нагрузочному сопротивлению. Это приводит к тому, что на вход приемника наиболее сильный сигнал поступает лишь тогда, когда нагруженный конец антенны направлен на передатчик.

постоянная составляющая приложена к нагрузочному сопротивлению ( IV.1, б), т. е. ин = ?/н.ср.

если потребитель подключается непосредственно к фильтру (без стабилизатора), как это показано на VL1, а, то U^,m = UKqm и t/Ф.ср = f/н.ср (напомним, что индекс «н» указывает на то, что величина относится к нагрузочному сопротивлению — потребителю).

при приемлемых габаритных размерах конденсаторов. В противном случае включение конденсатора параллельно нагрузочному сопротивлению себя не оправдывает (при этом необходимо еще учесть, что емкостная и активная проводимости складываются в квадратуре) и вместо фильтра, представленного на IV. 4, а, следует применять индуктивный фильтр ( VI. 1, г).

да ( 9.3, б). Такой пульсирующий ток создает в нагрузочном резисторе гн напряжениеын, которое также, как и ток, существует только в течение каждого полупериода. Это напряжение называют выпрямленным; в отличие от приложенного синусоидального напряжения оно не изменяет своего направления. Рассмотренная цепь называется однополупериодным выпрямителем. Основным недостатком такого выпрямителя является то, что ток и напряжение в нагрузочном резисторе отсутствуют в течение каждого полупериода, когда приложенное напряжение имеет отрицательные значения.

Для устранения этого недостатка применяют двухполупе-риодные выпрямители. В одном из таких выпрямителей используется включение диодов в четырехплечный мост ( 9.4). Когда зажим А цепи выпрямителя имеет положительный по отношению к зажиму В потенциал, в цепи установится ток, направленный через диод Дь нагрузочный резистор гн и диодД3. В эти моменты времени ток в диодах Д2 и Д4 отсутствует. В другой полупериод, когда зажим В имеет положительный по отношению к зажиму А потенциал, ток в цепи направлен (пунктирные стрелки на 9.4) через диод Д2, нагрузочный резистор гн и диод Д4. Направление тока в нагрузочном резисторе будет таким же, как и в предыдущий полупериод. Формы кривых приложенного напряжения ыь напряжения «н и тока гн в нагрузочном резисторе мостового двухполупериодного выпрямителя показаны на 9.5. Мостовые выпрямители широко применяются во многих электротехнических устройствах в качестве преобразователя переменного напряжения в напряжение неизменной полярности.

9.5. Форма кривых приложенного напряжения (а), напряжения и -тока в нагрузочном резисторе (б) мостового двухполупериодного выпрямителя

Первым способом (наиболее наглядным) представления периодических несинусоидальных электрических величин являются графики зависимости их мгновенных значений от времени. На 9.3 и 9.5 изображены графики тока и напряжения на нагрузочном резисторе соответственно однополупериодного и двухполупериод-ного выпрямителей. На 9.7 изображен график выходного напряжения диодного ограничителя, которое имеет трапецеидальную форму. График пилообразного напряжения, получаемого при заряде и разряде конденсатора (см. § 8.3), был приведен на 8.9.

Напряжение на нагрузочном резисторе однополупериодного выпрямителя (см. 9.3) может быть представлено рядом Фурье

Как видно из (9.2), ряд Фурье для напряжения на нагрузочном резисторе при однополупериодном выпрямлении не содержит нечетных высших гармоник.

Ряд Фурье для напряжения на нагрузочном резисторе при двухполупериодном выпрямлении (см. 9.5) имеет вид

В § 9.2 было показано, что при выпрямлении переменного тока как в однополупериодном, так и в двухполупериодном выпрямителе напряжение на нагрузочном резисторе, помимо постоянной составляющей, содержит гармонические составляющие значительной амплитуды. Для снижения пульсаций выпрямленного напряжения, т. е. уменьшения переменной составляющей, используют сглаживающие фильтры. Простейшим является индуктивный сглаживающий фильтр, в котором последовательно с нагрузочным резистором выпрямителя включается индуктивная катушка ( 9.17). Активное сопротивление индуктивной катушки выбирают значительно меньше сопротивления г„ нагрузочного резистора выпрямителя, так что постоянная составляющая тока от включения индуктивной катушки почти не уменьшается. Индуктивность ?,ф катушки выбирают таким образом, чтобы индуктивное сопротивление для основной гармоники со?ф > гн. При таком условии переменная составляющая тока через нагрузочный резистор гн значительно меньше, чем при отсутствии фильтра. В результате пульсации напряжения на нагрузочном резисторе г„ при наличии фильтра снижаются в несколько раз. Сте-

Более эффективное сглаживание выпрямленного напряжения можно получить путем использования более сложных фильтров, например, Г-образных LC-фильтров ( 9.18). В этих фильтрах индуктивная катушка уменьшает переменную составляющую тока, а конденсатор, уменьшая эквивалентное сопротивление цепи нагрузки zab, снижает еще больше гармонические составляющие напряжения на нагрузочном резисторе. Коэффициент сглаживания таких фильтров может достигать очень большой величины.

Пусть на нагрузочном резисторе гн должна быть резко выражена k-я гармоника напряжения. Этого можно достигнуть включением последовательно с этим резистором индуктивной катушки и конденсатора ( 9.20), настроенных в резонанс для fe-й гармоники. Если индуктивная катушка на резонансной частоте имеет большую добротность Q = —-—, то участок LC будет представлять более или менее значительное сопротивление для всех гармоник тока, кроме ?-й. В результате этого k-я гармоника тока, а следовательно, и k-я гармоника напряжения на резисторе гн будет значительно больше всех остальных гармоник, а постоянная составляющая напряжения на нагрузочном резисторе будет отсутствовать.

Если требуется исключить или существенно уменьшить fe-ю гармонику в напряжении на нагрузочном резисторе гн, то резонансные фильтры включают так, как показано на 9.22. Такие фильтры называются з аградительными. Фильтр, состоящий из параллельно соединенных индуктивной катушки и конденсатора, настроенных в резонанс для fe-й гармоники, представляет фильтр-пробку для fe-й гармоники. Если из-за некоторой величины активной проводимости k-я гармоника тока частично все же проходит через этот фильтр, то второй фильтр, состоящий из последовательно соединенных и настроенных в резонанс индуктивного L0 и емкостного С0 элементов, шунтирует нагрузку для fe-й гармоники. В результате этого на нагрузочном резисторе практически не будет выделяться напряжение /г-й гармоники.