ÏÐÀÊÒÈÊÓÌ òåëüíî ïîëó÷èì 2 1 R PX = 1 = 1 Âò . α R2 R3 Çàäà÷à 3. ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 3, êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ Ñ = 100 ìêÔ, çàðÿæåííûé äî íàïðÿæåíèÿ U0 = 5 Â, ïîäêëþ÷åí ÷åðåç K D äèîä D ê ðåçèñòîðó ñîïðîòèâëåíèåì R = 100 Îì. Âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòå+ U C ðèñòèêà äèîäà èçîáðàæå íà íà ðèñóíêå 4.  íà÷àëüíûé ìîìåíò êëþ÷ K ðàR çîìêíóò. Êëþ÷ çàìûêàþò. ×åìó ðàâåí òîê â öåïè Ðèñ. 3 ñðàçó ïîñëå çàìûêàíèÿ êëþ÷à? ×åìó ðàâíî íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå, êîãäà òîê â öåïè ðàâåí 10 ìÀ? Êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû âûäåëèòñÿ íà äèîäå ïîñëå çàìûêàíèÿ êëþ÷à? Ñðàçó ïîñëå çàìûêàíèÿ êëþ÷à íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå îñòàåòñÿ íåèçìåííûì ïî âåëè÷èíå è ïî çíàêó. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íà÷àëüíûé òîê I0 â öåïè áîëüøå 10 ìÀ. Çàêîí Îìà äëÿ íàøåé çàìêíóòîé I,ìÀ öåïè â ýòîò ìîìåíò èìå40 åò âèä U0 = Uï + I0 R , 30 ãäå Uï ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå äèîäà ( Uï = 1 B ). Ïîäñòàâëÿÿ ÷èñëîâûå çíà÷åíèÿ, ïîëó÷èì 20 10 0 0,5 1,0 1,5 2,0 U,B I0 = Ðèñ. 4 U0 - Uï = 40 ìÀ . R Ïîñêîëüêó ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå òîêà áîëüøå 10 ìÀ, íàøå ïðåäïîëîæåíèå âåðíî. Ïîñëå çàìûêàíèÿ êëþ÷à êîíäåíñàòîð áóäåò ðàçðÿæàòüñÿ, à òîê â öåïè áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Êîãäà òîê ñòàíåò ðàâíûì I1 = 10 ìÀ , èç çàêîíà Îìà íàéäåì íàïðÿæåíèå UC íà êîíäåíñàòîðå: UC = Uï + I1R = 2 B . Îò ìîìåíòà çàìûêàíèÿ êëþ÷à è äî ïîëíîé ðàçðÿäêè êîíäåíñàòîðà äèîä áóäåò íàõîäèòüñÿ â äâóõ ðåæèìàõ: êîãäà òîê â öåïè èçìåíÿåòñÿ îò I0 = 40 ìÀ äî I1 = 10 ìÀ è êîãäà òîê èçìåíÿåòñÿ îò I1 = 10 ìÀ äî íóëÿ.  ïåðâîì ðåæèìå íàïðÿæåíèå íà äèîäå áóäåò îñòàâàòüñÿ ïîñòîÿííûì è ðàâíûì Uï = 1  , à íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå áóäåò ïàäàòü îò U0 = 5  äî UÑ = 2  . Çà ýòî âðåìÿ ÷åðåç äèîä ïðîéäåò çàðÿä q = C U0 - UC = 3 × 10-4 Êë , è âûäåëèâøååñÿ íà äèîäå êîëè÷åñòâî òåïëîòû áóäåò ðàâíî Q1 = qUï = 3 × 10-4 Äæ . Âî âòîðîì ðåæèìå äèîä âåäåò ñåáÿ êàê îáû÷íûé ðåçèñòîð ñ ñîïðîòèâëåíèåì Rä = Uï I1 = 100 Îì . Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ïåðâîãî ðåæèìà íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå ðàâíî UÑ = 2  , à îñòàâøàÿñÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ êîíäåíñàòîðà ñîñòàâëÿåò W= 2 C CU = 2 × 10-4 Äæ . 2 ÀÁÈÒÓÐÈÅÍÒÀ 45 Ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå äèîäà Rä ðàâíî ñîïðîòèâëåíèþ ðåçèñòîðà R, ýòà ýíåðãèÿ ðàçäåëèòñÿ ïîðîâíó ìåæäó äèîäîì è ðåçèñòîðîì. Ñëåäîâàòåëüíî, íà äèîäå âî âòîðîì ðåæèìå âûäåëèòñÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q2 = W = 10-4 Äæ . 2 Òîãäà ïîëíîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êîòîðîå âûäåëèòñÿ íà äèîäå ïîñëå çàìûêàíèÿ êëþ÷à, áóäåò ðàâíî Qä = Q1 + Q2 = 4 × 10-4 Äæ . Çàäà÷à 4.Ïðè êàêèõ ñîïðîòèâëåíèÿõ ðåçèñòîðà R â öåïè íà ðèñóíêå 5 â ñëó÷àå ðàçìûêàíèÿ ðóáèëüíèêà K ìîæåò âîçíèêíóòü äóãîâîé ðàçðÿä? Èçâåñòíî, ÷òî íàïðÿæåíèå U íà ó÷àñòêå äóãîâîãî ðàçðÿäà ñâÿçàíî K ñ òîêîì I â öåïè ñîîòíîR øåíèåì U = a + b/I, ãäå à è b êîíñòàíòû, ïðè÷åì E à = 10  è b = 100 B × A . ÝÄÑ áàòàðåè - = 100 Â. Ñ÷èòàòü, ÷òî âñå ñîïðîÐèñ. 5 òèâëåíèå öåïè ñîñðåäîòî÷åíî â ðåçèñòîðå. Êàêîé òîê óñòàíîâèòñÿ â öåïè, åñëè R = = 8 Îì? Ñíà÷àëà íåñêîëüêî ñëîâ î âêëþ÷åííîé â öåïü êàòóøêå, âåëè÷èíà èíäóêòèâíîñòè êîòîðîé íå çàäàíà. Ñðàçó îòìåòèì, ÷òî äóãîâîé ðàçðÿä ïîòîìó è âîçíèêàåò ïðè ðàçðûâå öåïè ñ òîêîì, ÷òî â öåïè èìååòñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøàÿ èíäóêòèâíîñòü.  ìîìåíò ðàçðûâà öåïè èíäóêòèâíîñòü, áëàãîäàðÿ ñâîåé èíåðöèîííîñòè, ñòðåìèòñÿ ñîõðàíèòü â öåïè òîê, à ýòî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ äîñòàòî÷íî áîëüøîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ íà âîçäóøíîì çàçîðå ðóáèëüíèêà, ÷òî è âûçûâàåò ïîÿâëåíèå äóãîâîãî ðàçðÿäà.  äàëüíåéøåì ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü ñòàöèîíàðíûå ðåæèìû, êîãäà ïðè íàëè÷èè äóãîâîãî ðàçðÿäà â öåïè òå÷åò ïîñòîÿííûé òîê.  ýòîì ñëó÷àå èíäóêòèâíîñòü íå âëèÿåò íà âåëè÷èíó òîêà â öåïè. Ðàññìîòðèì óñëîâèå âîçíèêíîâåíèÿ äóãîâîãî ðàçðÿäà â çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà R. Êà÷åñòâåííî ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî äóãà áóäåò ïîääåðæèâàòüñÿ ïðè ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèÿõ ðåçèñòîðà, ïîñêîëüêó ïðè áîëüøèõ R íà ðåçèñòîðå áóäåò âûäåëÿòüñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû è áàòàðåÿ áóäåò íå â ñîñòîÿíèè (ïî ýíåðãåòè÷åñêèì ñîîáðàæåíèÿì) ïîääåðæèâàòü äóãîâîé ðàçðÿä. Ïóñòü â öåïè òå÷åò òîê I, à íàïðÿæåíèå íà ðàçðÿäå ðàâíî U. Çàêîí Îìà äëÿ çàìêíóòîé öåïè áóäåò èìåòü âèä U = - - IR .  êîîðäèíàòàõ U è I ýòî óðàâíåíèå ïðÿìîé, êîòîðóþ îáû÷íî íàçûâàþò íàãðóçî÷íîé ïðÿìîé. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, âîëüòàìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äóãîâîãî ðàçðÿäà èìååò âèä ãèïåðI,À 20 15 2 10 3 5 1 0 Ðèñ. 6 20 40 60 80 100 U,B