Источники энергии. Потенциал и падение напряжения

Еще один пост из серии основы основ. Заметил я, что многие совершенно не въезжают в концепцию падения напряжения, разности потенциалов и типов источников питания. Поэтому запилю ка я ликбез по этой теме. С самого начала. Потом заброшу его в начало рубрики «Начинающим». Пойдет как замена цикла статей канализационной электроники. Т.к. тот цикл писался для «Хакера» и особой подробностью не отличался ввиду ограничений на размер полосы.

Начало начал. Ноль.
Итак, начну с самого начала. Со дна. То есть с земли. Точки нулевого потенциала. Эта точка совершенно произвольная. Просто нам так удобно, что мы приняли ее за ноль. Надо же с чего то начинать. В однополярном питании это, обычно, минус питания. В двуполярном — нечто посредине, впрочем от конструкции зависит.

Источник энергии
Что такое вообще источник электрической энергии? Это всего лишь «зарядовый насос» который перекачивает электроны (или ионы) посредством химической, электростатической, сегнетоэлектрической, электромагнитной, термической, да любой энергии. Это не важно. Суть лишь в том, что он искажает нейтрально-равномерное распределение зарядов, стаскивая положительные в одну сторону, отрицательные в другую.
Как насос, поднимая воду на высоту, за счет энергии толпы грязных нигр, в поте лица вращающих его маховик, увеличивает потенциальную энергию воды, поднятую на высоту.

И вот если мы примем один конец нашей трубы-проводника за ноль, то на другой будет какой то потенциал. Какой?
А это зависит от силы источника энергии, ведь заряды сопротивляются, хотят обратно, к нулевому состоянию. Системе с минимальной энергией. А еще от характеристик самой силы. Например, химическая, что в солевых батарейках, не дает напряжения больше 1.5 вольт. Это свойства электролита и электродов (я химию уже подзабыл, но что то там связано с электрохимическим рядом).
Причем мы можем источники энергии составлять цепочкой. И тогда выходит, что выход первого, станет точкой нулевого потенциала для второго, такого же, и он сможет накачать еще столько же сверху. А относительно общего нуля будет вдвое больше.

Как если бы мы соединили два насоса последовательно, один набивает нам давление в 1 атмосферу, и второй относительно него набивает 1 атмосферу, а вместе они выдают аж два очка.

У меня на прошлой работе делали стендовые мультиметры. Делали их из обычных DT-838 прикручивая их на панели. Делали массово, сотнями. А все они с завода комплектуются батарейкой типа КРОНА которая тут оказывалась не нужна. Батарейка была голимая, но свои 9вольт давала. И таких батареек была целая коробка от телевизора, россыпью. А Крона прикольна тем, что она может соединяться своим разьемом с другой Кроной. Ну я от нефиг делать давай их соединять последовательно, раскладывая на полу. Сколько я их соединил я уже не помню. Потом мне тупо стало страшно, т.к. в длину у меня пространство кончилось, а в два слоя их соединять сцыкотно — так как концы близко получались. А у меня в результате получился источник напряжением чуть ли не под киловольт и способный дать в течении нескольких минут ток в пару ампер. Коротни я его на себя и от меня бы одни ботинки остались. Пришлось разобрать адскую машину.

Замкнутая цепь
Ну вот есть у нас источники энергии, каждый наращивает потенциал согласно своей дури. На вершине же этой цепи у нас будет их суммарный потенциал. Дикое количество нескомпенсированных зарядов, рвущихся к нулю. Их можно сравнить с сжатым воздухом.

Обратно они прорваться не могут — источник энергии не дает. Вперед — некуда. Для пробоя воздуха энергии не хватает. Вот и висят в таком состоянии. Как батарейка, никуда не подключенная — на выходе голый потенциал и никакой движухи. Напряжение есть, а тока нет. Осталось только дать им путь. Замкнем цепь. Накоротко, без полезной нагрузки.

И ток рванет по короткому пути, а потом обратно за счет источника энергии наверх и так далее. Напряжение наверху сразу же упадет в ноль. Но раз сопротивления нет, то с какой скростью он это будет делать? Идеальный насос, с бесконечной мощностью, разгонит нам ток до бесконечности.

Но в реальности выходит на сцену производительность насоса. Т.е. насос физически, ввиду своей конструкции, не может нам прокачать больше определенного объема (скажем, ограниченный размер цилиндра), а у батареи есть ограниченная площадь электродов, у генератора есть сопротивление обмоток. Получается в цепи все же есть сопротивление, это сопротивление источника. И выше него не прыгнешь. Также и с реальным источником напряжения. У него тоже всегда есть внутреннее сопротивление. И чем оно ниже, тем мощней источник, тем больший ток он сможет отдать.

Впрочем, никто не мешает взять и соединить два насоса-источника параллельно. И у нас получится, что они с одинаковым давлением (напряжением) родят вдвое больший ток. Правда тут надо учитывать, что ставить в параллель два источника с разным напряжением нельзя — тогда более слабый будет продавливаться более сильным и служить потребителем. Разумеется если внешней нагрузки, которая бы просадила напряжение до уровня слабого, нет.

Тоже самое касается и последовательного включения. Если мы воткнем в последовательное включение источник с большим внутренним сопротивлением чем у всех остальных, то он забьет всю цепь и будет обузой, не давая развивать максимальный ток.

Теперь вспомним о батарейках. Когда батарейка новая, то у ней малое внутреннее сопротивление, но чем больше электролита вступает в реакцию тем внутреннее сопротивление становится больше. И получается, что напряжение то она выдает и мультиметр показывает вроде бы четкие полтора вольта, но стоит затребовать с нее большой ток, как она мгновенно сдувается — возросшее сопротивление не позволяет выдать его и напряжение падает.

А теперь немног больше конкретики. Закон Ома для полной цепи.

Есть просто закон Ома: напряжение = ток * сопротивление

U = I * R

Это частный случай закона Ома для отдельного элемента цепи. Но есть еще закон Ома для полной цепи, с учетом источника.

Итак, у нас в цепи есть:

Наш идеальный насос — источник электродвижущей силы (ЭДС) — Е. У него бесконечная мощность и нулевое внутреннее сопротивление.
Но, чтобы жизнь не казалась медом, добавим еще и внутреннее сопротивление. Чтобы получить реальный источник. Re
А также есть нагрузки R1 и R2, включенные последовательно.

Ток (I) в последовательной неразветвленной цепи одинаков везде. И равен он величине ЭДС поделенной на сумму ВСЕХ сопротивлений, в том числе и внутреннего. И из этого получается вот что:

E = I*Re+I*R1+I*R2

Т.к. I*R=U перепишем все по иному:

E = I*Re + U1 + U2

Получается, что электродвижущая сила нашего источника, раскладывается, в зависимости от величины нагрузки, по всей цепи. Чем больше нагрузка, тем больше там надо приложить энергии для ее преодоления. Т.е. в нашей батарейке, если у нас E константа и не меняется (напомню, что она зависит только от химии процесса и подбора материалов батареи — т.е. это конструктивная особенность батареи), то при увеличении Re у нас, чтобы сохранить равенство, приходится снижать ток. А раз так, то падает U1 и U2 т.е. напряжение на потребителе. Еще, можно заметить, что у последовательных потребителей напряжение на каждом из них зависит от его R. И там где сопротивление больше — будет большее напряжение.

А что происходит когда мы тыкаем вольтметром в нашу дохлую батарею? А у вольтметра ОГРОМНОЕ сопротивление. И по сравнению с ним внутреннее сопротивление источника даже не отсвечивает.

Re <<<< Rвольтметра

А ток одинаково мал (доли милиампера) для всех потребителей. Таким образом в уравнении:

Е = I*Re + I*Rвольтметра

На цифрах:

Е=1.5
Re=10 Ом
Rвольтметра = 10 000 000 Ом
I = 1.5/10 000 010 = 1,499Е-7
I*Re = 0.00000015 * 10 = 1.499Е-6
I*Rвольтметра = 1,499Е-7 * 10 000 000 = 1.499

1.5 = 1.499Е-6 + 1.499

Львиная доля напряжения высадится там, где сопротивление больше — на вольтметре. И вольтметр покажет практически величину Е, но это будет работать лишь на малых токах. При снижении сопротивления нагрузки и увеличении тока, часть I*Re будет все весомей и весомей, пока не перетащит на себя все напряжение. Тогда на нагрузке напряжение упадет почти до нуля — батеря просто не способна дать ток, такой, чтобы удержать напряжение. Либо, если это не батарейка, а какой либо другой источник — источник не тянет нагрузку. А если у батареи от долгой работы на нагрузку увеличилось внутреннее сопротивление, то в этом случае батарейка села.

Источник напряжения. Стабилизация
Но бывают такие хитрые схемы, где у источника внутреннее сопротивление можно менять в широких пределах. И есть следящая система, которая регулирует его таким образом, чтобы на нагрузке было строго определенное напряжение. Разумеется до тех пор пока токи не выходят за оговоренные рамки, а дальше неизбежный провал. Причем если сопротивление нагрузки, например, уменьшится, то и сопротивление источника уменьшится, чтобы иметь возможность пустить через нагрузку больший ток и выровнять напряжение на нагрузке.

Если брать идеальный источник напряжения — фактически голый источник ЭДС с нулевым сопротивлением, то он при снижении нагрузки в ноль даст бесконечный ток. Простейшим примером источника напряжения является конденсатор в момент разрядки. У идеального конденсатора внутреннее сопротивление равно нулю, поэтому когда он разряжается, то на бесконечно малом промежутке времени дает бесконечно большой ток.

Потенциал
Исходя из названия величины — это потенциальная энергия электрического поля в конкретной точке. Но для того, чтобы ее замерить надо задать отправную точку, систему отсчета — точку нулевого потенциала. Она может быть где угодно. Зависит лишь от наших целей в текущий момент. Но обычно за ноль принимают корпус или минус питания. Это и будет нашей точкой нулевого потенциала — Землей.

Возьмем и пририсуем к нашей цепи эту точку, вот так.

Итак, у нас есть цепь. Параметры такие:

Е = 5В
R = 1 Ом — все резисторы, для простоты.
I = 1 A

Теперь найдем потенциал во всех точках. Он, традиционно, обозначется буквой фи. Правило тут простое:

  • 0. Выбираем точку нуля.
  • 1. Выбираем направление обхода.
  • 2. Выбираем направление тока в контуре. Совершенно произвольно, если ошибешься с направлением, то ряд величин будет с отрицательным знаком, но уравнение все равно сойдется. Однако лучше все же выбирать ток исходя из логического предположения того, как он должен течь при данном направлении источника — минусов будет меньше.
  • 2. Если источник нам по пути, то он увеличивает потенциал, на величину своей ЭДС.
  • 3. Если по пути нагрузка. То если ток совпадает с выбранным направление обхода, то потенциал уменьшаем на I*Rн Если же ток через нагрузку идет против нашего обхода, то увеличиваем потенциал на I*Rн.

И вернемся к нашему контуру:

  • 0. Точка нуля задана.
  • 1. Пусть обход контура по часовой.
  • 2. Ток по часовой.
  • 3. Проходим источник ЭДС. Потенциал в точке Б сразу же подскакивает на его величину. Вот оно максимальное напряжение. Но это где то в глубине батареи, мы его не замерим кроме как математически. Поэтому проходим внутреннее сопротивление. Идем по току, поэтому у нас потенциал снижается на I*Rе. В Точке В мы получили реальный потенциал на клемме нашей батареи. Идем дальше, дальше у нас резистор. Там ток течет по обходу, а значит потенциал уменьшается еще на I*R1. Дальше аналогично. В итоге, когда мы сделаем круг, на каждом резисторе потенциал будет падать до тех пор, пока не выйдет в ноль, по возвращении в точку начала обхода.

Если сделать обход в обратную сторону, то получится все то же самое, только потенциал будет рости до тех пор пока мы не дойдем до Е и, пройдя его против направления, не вычтем ЭДС выйдя опять на ноль.

Но это мы получали потенциал относительно нуля. А если взять разность потенциалов между точкой Г и Е ? А мы получим напряжение между двумя этими точками. Если ткнуть туда вольтметром, то он покажет именно это напряжение. Т.е. напряжение это разность потенциалов. А падение напряжения между точками — это та величина на которую меняется потенциал при переходе из одной точки схемы в другую.

И главное надо очень четко понять тот факт, что главное в цепи это разность потенциалов. Есть разность потенциалов — есть ток, заряды текут и стремятся эту разность свести на ноль. Нет — тока не будет, т.к. зарядам в этом случае совершенно не захочется куда то бежать и где то там что то выравнивать, т.к. энергия системы в этом случае минимальная.

Тока может и не быть, если цепь не замкнута, а вот потенциала хоть отбавляй. Например, лежит кусок провода, никуда не подключен. На концах разность ноль — все заряды равномерно распределены.
Пошла мимо провода электромагнитная волна, извне откуда то прилетела, послужила тем самым источником энергии и раскидала заряды по разным концам провода. Появилась разность потенциалов на концах.

Таким образом, даже в никуда не подключенной ноге микроконтроллера, если она висит в режиме высокого входного сопротивления (HiZ — т.е. практически никуда не подключена и цепь разомкнута), из воздуха, от случайных помех, могут наводится большие потенциалы, достаточные для хаотичного переключения входа из 0 в 1 и обратно. А если к ноге приделать длинный провод, то на нем может навестись такой потенциал, что контроллер пожгет нафиг. Поэтому то длинные линии обычно делают в виде токовой петли, с низким сопротивлением, чтобы не наводилось на них перенапряжений. А наличие-отсутствие сигнала ловят по наличию-отсутствию тока нужной величины.

Эту концепцию потенциала и зависимости тока от него надо понять досконально, на уровне спинного мозга. Потому что потом дальше оперирование будет в основном потенциалами относительно общей точки.

Понятие падения напряжения активно юзается при обсчете нелинейных элементов, вроде диодов.

Расчет резистора для светодиода
Итак, есть у нас светодиод. Некий абстрактный. И у него по даташиту падение напряжения 2.5 вольта. А допустимый ток 10мА. А еще есть батарея, дающая 5 вольт и имеющая внутреннее сопротивление в 1Ом.

Что означает падение напряжения светодиода? А то, что между его выводами напряжение может быть не выше 2.5 вольта. Т.е. воткнешь ты его на батарею хоть в 100 вольт, а там все равно должно быть 2.5 вольта. Достигается это за счет того, что сопротивление диода тем меньше, чем большее к нему приложено напряжение. Куда же деть остальные 97.5 вольт? А их придется высадить на внутреннем сопротивлении источника. А если оно мало? А не волнует! Придется вкачать большой ток, настолько болшой, чтобы на внутреннем сопротивлении источника высадило это злосчастные 97.5 вольт. Вот только ток там уйдет в сотни ампер. А светодиод от таких токов пыхнет плазменной вспышкой и устроит тебе КЗ со взрывом.

Конечно, у реального светодиода все не так страшно и сопротивление его бесконечно падать не может, а падение напряжения не константное и меняется, но когда эти отклонения будут значительными ток будет уже за гранью допустимого. Так что можно смело принять падение напряжения на светодиоде за константу.

Итак, вернемся к нашим баранам.

Есть источник, есть диод. Вот такая схема.

Е=I*Re+Vled
5=I*1 + 2.5

Воткнув наш пятивольтовый источник на наш 2.5 вольтовый диод мы получим падение напряжения на диоде 2.5 вольта. И столько же должно высадиться на внутреннем сопротивлении источника. Ток будет 2.5А это очень много, на два порядка выше чем разрешено. Значит надо добавить еще один резистор, дабы он сбросил на себя часть напряжения и обеспечил ток в 10мА.

Е=I*Re + I*R + 2.5

Понятно, т.к. I = 0.01 то вычислить R не сложно. R = 249 Ом. Ближайший из ряда E24 — 240 Ом.

Параметры диода из его даташита, токоограничительное сопротивление мы выбираем, а откуда взять внутреннее сопротивление источника? А обычно им пренебрегают, считая его равным нулю. Один фиг его сопротивление в порядки меньше чем сопротивление ограничивающего резистора.

Источник тока
Антипод источника напряжения. Если источник напряжения выдает напругу и может развить бесконечный ток, лишь бы эту напругу удержать.

То источник тока выдает ток и может выдать бесконечное напряжение, лишь бы этот ток продавить. Имеет бесконечное внутреннее сопротивление, поэтому его выдаваемое напряжение (I*Rвн) и стремится к бесконечности. У реального же источника тока есть внутреннее сопротивление и расположено оно параллельно. Т.е. если ток через нагрузку не продавливается, то он уходит по внутреннему сопротивлению, не давая броска напряжения до победного конца. И чем выше внутреннее сопротивление источника тока, тем большее падение напряжения будет на нем, а значит и большее напряжение на нагрузке. Тем самым, по закону Ома, через нагрузку продавит больший ток.

Источниками тока в природе является катушка индуктивности, в момент разрыва цепи. Поэтому то она так и искрит, т.к. накачивает дикое напряжение, стремясь пробить дорогу току и удержать его на прежнем уровне.

126 thoughts on “Источники энергии. Потенциал и падение напряжения”

  1. К цепочке из Крон подключить бы гаус пушку самодельную, сгорит конечно в ней все нафик, но какой наверное потенциал был бы, ух.

    1. Вы не поняли эту статью? При подключении пушки гаусса (очень малое сопротивление обмотки, почти КЗ), весь киловольт упадет на батарейках. Смотрите вторую группу фоток, самую первую картинку.

      1. На самом деле фиг с два. ТАм дикая индуктивность и вначале все ударится в катушку, а потом уже высадит на батарею, но тогда уже будет все равно.

        1. 20-50uH — не очень-то дикая. Крона ведь больше 0,5 (грубо) ампера не сможет отдать. Неужели гаусс сработает?

          1. Так и время пуска там миллисекунды. Так что долбаентся еще как. Хотя кондер все же намного лучше.

            1. Хмм, простите что встреваю, но у кроны очень высокое внутреннее сопротивление, а уж если их соединить несколько штук последовательно, то дай Б-г светодиод загорится, а вы Бабах! :) Короче говоря я уверен на 99%, что если соединить последовательно 10 крон и подключить их к этой самой гаусс пушке то не произойдет ровным счетом НИЧЕГО!

              1. Ну ток она в 1А на секунду другую даст запросто. Так что не настолько высокое. И речь шла не о 10 кронах, а скажем, о 100 :) И тогда это 900 вольт и 1А, почти киловатт.

                С другой стороны кондер даст в импульсе много больше и длины этого импульса возможно хватит на разгон. С другой стороны, киловаттом с кроны можно разгонять циклическую конструкцию, т.к. она, в отличии от кондера, даст киловатт на приличное время (десяток секунд, вместо миллисекунд).

                1. 100 крон, у каждой сопротивление, скажем 35 Ом получаем 3500 Ом и 900 В. Таким образом, ток короткого замыкания составит 900/3500 ~= 0,25 A. Понимаете к чему я клоню? А на деле все будет еще хуже.

                  1. «100 крон, у каждой сопротивление, скажем 35 Ом получаем 3500 Ом и 900 В. Таким образом, ток короткого замыкания составит 900/3500 ~= 0,25 A. Понимаете к чему я клоню? А на деле все будет еще хуже.»
                    И да, напряженность магнитного поля от напряжения не зависит ;)
                    http://ru.wikipedia.org/wiki/Соленоид

                  2. Ну не 35 ом, а не более 9ом. Т.к. ток в 1А она таки дает, хоть и не долго. Итого:

                    100шт = 900Ом и 900В ток 1А, как и от одной кроны. Что в результате почти киловатт.

                    1. Это какие то турбо кроны, в нашем городе у нормальной кроны около 35 Ом. Ну да ладно.
                      Как насчет того, что гаусс пушка от 90В 1А выстрелит так же как от over 9000В 1А? Ну ладно, примерно так же. Буквально самую малость лучше.

                    2. Как бы да. От напряжения зависит лишь скорость нарастания тока в обмотке, а максимальный ток то все равно 1 А. На этом предлагаю спор закончить, а желающим почитать про электромагнетизм.

                    3. Ну усе верно, что позволяет намотать большую обмотку, с большим числом витков и более тонким проводом, т.к. ток не велик.

                    4. от большей скорости нарастания тока мы получим большую напряженность в момент включения. и если вовремя катушку отключить (примерно при пролете снаряда через середину катушки) то 9кв естественно выстрелит в разы сильнее чем 9000В. как ни крути — энергия имеет квадратичную зависимость от напряжения. а вам, DI HALT, стыдно должно быть предлагать намотать обмотку более тонким проводом. активное сопротивление враг номер один в таких делах

                    5. «то 9кв естественно выстрелит в разы сильнее чем 9000В. как ни крути — энергия имеет квадратичную зависимость от напряжения. а вам, DI HALT, стыдно должно быть»
                      ———————-
                      А вам должно быть стыдно не знать, что 9кВ и 9000В — это одно и то же. Так что не спешите стыдить других.
                      (не мог ответить раньше — невозможно было зайти…).

                    6. В смысле, что сначала надо прочитать, что сами пишете:
                      «9кв естественно выстрелит в разы сильнее чем 9000В.»
                      Дошло? А то привыкли, чуть что — стыдить других да совать носом в Википедию, а свою писанину не читаете. Не думайте, что вы тут самый умный, только потому, что мир по википедии познавали, а не по учебникам.

  2. Вот спасибо, а то когда-то не было физики нормальной в 8-м классе, и все — писец. Теперь вот приходится наверстывать.

    Вообще хорошо когда помимио теории и всяких формул показывается реалььная работа. Хотя бы в картинках. А то тупо формулы забываются почти сразу. Как правило легче понимать основы и потом пользовааться справочниками.

  3. Прочитав про «закон Ома для полной цепи, с учетом источника.», вспомнил, что вроде второй закон Кирхгофа — про это же самое. Задумался, а с какого фига тогда то же самое соотношение как другой закон обзывать… перетряхнув теорию, сообразил, что эти законы совпадают только при одноконтурной цепи.

    Так что спасибо за повод для освежения основ. :)

  4. Главное — четко понимать, что напряжение (разность потенциалов) — первично по отношению к току. Ведь заряды перемещаются и поле распространяется из-за разности потенциалов. А в случае, когда рассматривают участок цепи со стабильным током, обычно все выворачивают наизнанку, и падение напряжения вычисляют через ток и сопротивление участка. Даже часто говорят «ток создает падение напряжения». Вот это и помогло в свое время разобраться, хотя ДиХальтовое объяснение про распределение потенциалов в контуре идеологически вернее (ближе к первому тезису про первичность напряжения).

    В электротехнике много абстракций, позволяющих упростить понимание. Например, чего стоит принцип «ток течет от плюса к минусу». Человеку, познавшему электрон, рвет мозг, но на практике УГО диода и транзистора удобней понимать именно с этой точки зрения.

  5. По поводу «Начало начал. Ноль.». Реально для меня было открытие когда я прочитал статью про блок питания основанные на делителе конденсатор+резистор. Открытие что не важно сколько напряжения подаешь а важно какая разница. Например 250 и 255 на контроллер подавать. Вообщем крутяк вообще! Спс :)

    1. вспомнилось с моддерского сайта: чтобы с помощью (компового) БП получить 7В, нужно его(вентилятор) подрубить между 5В и 12В

  6. Кстати раз уж начало начал, то у меня есть фундаментальный для меня вопрос. Вот у нас есть батарейка на 9В(идеальная), резистор на 10 Ом, подключенный к этой батарее. итого ток течет в цепи 0.9А. То есть по всей цепи, в каждой точке текут эти 0.9А… А еще я знаю что при протекании тока резистор греется и если не расчитан на такую мощность, то сгорит. Допустим он как раз расчитан на 9Вт…
    Ну так вот вопрос, откуда берется энергия на нагрев? как втекали 0.9А так и вытекают из резистора, то есть преобразования электрической энергии в тепловую на первый взгляд нету :( Реально донимает меня этот вопрос, разъясните пожалуйста.

    1. Ну так на нем же еще напряжение падает. А мощность это U*I и в результате на другие сопротивления цепи (да хотя бы на внутреннее источника) высадит меньшее напряжение и их выделяемая мощность будет ниже.

        1. Тогда P = UI = RI^2 (по закону Ома) — вот вам и греет ток 8))) Хотя греет источник энергии, не ток и не напряжение.

          1. Источник создает разность потенциалов, которая порождает ток, который греет проводник, который обладает сопротивлением.

            1. Греют электроны (кол-во которых численно показывает ток) пробегающие через проводник и при столкновении передающие энергию атомам проводника.
              как-то так :)

              1. Ну, и в итоге получается что до столкновений, они имели большую энергию, чем после. Энергия электрона определяет его скорость, так? В итоге скорость «до» должна быть больше чем «после», то есть ток в последовательной цепи течет не один и тот же.

                1. Не совсем правильно считать током скорость электрона. Это не более чем наглядная абстракция. Ток это количество зарядов пролезших через сечение. Так что они могут идти медленно, но толпой. Или очень быстро, но по одному.

                    1. кстати, нагреваться по моему будет батарейка, а не резистр. ТО есть он тоже нагреется, но меньше чем батарейка.

                    2. P=I*I*R

                      Где больше R там и больше потери на тепло. Просто батарея это тепло в себе дольше держит, а резюк как раскалился так и остыл.

    2. Ключевое слово — цепь. Энергию отдаёт химия батарейки и греет резистор. А ток — лишь переносчик, он не «тратится». Тоже в велосипедной цепи — велосипедная цепь имеет скорость вращения что на «входе» шестерни колеса что на «выходе» одну.

      Ваще электрические цепи универсальны и не требуют гидравлических/механических аналогий и даже позволяют многое посчитать если родить адекватную схему замещения.

    3. Прошу прощения за глупые вопросы, просто я скорее программист чем электронщик. Но если не разберусь в начале, то будут ошибки в продолжении.

  7. Хальт, напиши как-нибудь про ряды номиналов, а то не понятно нифига. Начинаешь читать про них — глаза в кучу и мозг в сгущенку превращается.

    1. А что там непонятного? Есть допуск, например ±5%. Это означает, что когда берешь резистор, на котором написано 10 ом (буду писать с маленькой буквы, чтобы с нулями не сливался), его реальное сопротивление от 9.5 до 10.5 ом.
      Например, мы решили выпускать резисторы с шагом 0.5 ом. Получаем ряд 9 — 9.5 — 10 — 10.5. И что получается — резисторы номиналом 9.5 и 10.5 лишняя позиция, потому что реально не важно, с какой меткой резистор возьмешь, все равно диапазон допусков широкий, и 9.5 в принципе не отличается от 10.

      поэтому берут для пятипроцентных шаг 1.1 (почти), чтобы не пересекались. Если взять шаг больше — могут получиться дырки. Если у тебя по расчетам точно получилось между стандартными номиналами — бери любой, если укладваешься в ошибку 5%. Или переходи на 1%.

      1. Т.е. это все для того, чтобы методом подбора можно было получить любое значение сопротивления без дырок и нахлестов?

        1. Это чтобы не плодить много номиналов. А так — как раз без пропуска.

          А вообще-то, при проектировании, запрещается подбирать резисторы. или переходи на точные, или проетируй, чтобы работало с заданным допуском.

    2. Берем за первый номинал скажем 1Ом. Если ряд Е24 то коэффициент на который надо умножать очередной номинал ряда это корень 24 степени из 10 (Коэфф = 1.1). Или 10 в степени 1/24. Следовательно ряд Е24 выглядит так 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1 10.0 и так далее по всему диапазону. Более точные ряды это Е48 , Е96 и т.п Номиналов там соответственно больше

  8. Мне пришла на ум аналогия:

    Если

    Источник напряжения имеет аналог — Центробежный насос,
    т.к. производительность (ток) падает с увеличением нагрузки (сопротивления) сети.

    То

    Поршневой насос может быть аналогом Источника тока,
    т.к. его производительность (ток) меняется только с изменением числа оборотов насоса и производительность (ток) не зависит от нагрузки сети (в теории).

    Кажется так !?

    1. Сходно, ага. Только скорей не центробежный насос, а прямоточная турбина.

      Только не стоит выпускать из головы еще напряжение, то бишь давление в нашей аналогии.

      И производительность турбины зависит ТОЛЬКО от давления, т.е. она будет гнать поток с такой скоростью, чтобы разница давлений на входе и выходе была равна некой величине. Ну либо пытаться это сделать, в меру своей мощности.

      Поршневой насос, обеспечит же строго заданный объем и, если потребуется, надавит любое давление. Насколько хватит мощи.

  9. Раздел про источник тока как-то быстро закончился.
    По аналогии с источником напряжения можно было расмотреть включение светодиодов. По моему, как правило, стараются обеспечить прохождение заданного тока через светодиод, а не заданное падение напряжения. Т.к. яркость светодиода зависит от тока, а падение напряжения на нем будет всегда примерно const — даже ценой своей жизни :)

    1. Не. Физика твёрдого тела. Принцип неопределённости, энергетический барьер, туннельный эффект. Во где кульминация! Вот тут-то из хомячков и родятся новые люди, которым будет невыносимо скучно жить в этом линейном мире чистогана! :)

  10. Вопрос. Есть источник 1,5 вольт и светодиод, с падением 1,5 вольт. И транзистор с таким же падением в открытом состоянии.
    Если подключим последовательно светодиод с транзистором (транзистор заведомо открыт) к батарейке, тока в цепи не будет? Не должно, так как всего по-любому падает 3 вольта.

    Если мы возьмем полевой транзистор (тоже заведомо открыт, 12 вольт извне например) с сопротивлением в открытом состоянии 0,1 ом, светодиод загорится, так? Потому как на полевике упадет очень мало.

    1. Скорей всего не будет. Т.к. светик он ведет себя скорей как динистор. Т.е. ниже определенного напряжения он вообще не открывается.

      1. Не совсем точно. Динистор, включившись, продолжает проводить ток и при малых напряжениях, намного ниже напряжения включения, пока ток через него не упадет ниже тока удержания.
        Светодиод — скорее стабилитрон, проводит ток только выше некоторого порогового напряжения, причем перегиб характеристики довольно резкий, как и у стабилитрона. Правда, в отличие от стабилитрона он работает на прямой, а не на обратной ветви. Но есть и стабилитроны (например, Д818), у которых нерабочая ветвь заблокирована последовательно включенными диодами, (для термокомпенсации). Есть также низковольтные стабилитроны (позисторы), работающие на прямой ветви.
        Или характеристики светодиода достаточно точно совпадают с цепочкой из нескольких (2-4) последовательно включенных диодов с небольшими предельно допустимыми токами и напряжением пробоя.

    2. Транзистор лишний. Если исходный потенциал меньше падения напряжения, то тока в цепи не будет из-за того, что в самом диоде не опустится потенциальный барьер, через который электроны смогут перескочить в направлении противоположного полюса батареи.
      В реальной жизни же ток может быть, но очень маленький (наноамперы), и он обусловлен туннельными эффектами и внешней ионизацией диода.

  11. Не совсем понятно с током. Приведу пример. Включаем светодиод в сеть 220в(постоянное напряжение) Внутренее сопротивление считаем равным нулю. Падение напряжения на светодиоде 2,5В, ток 10мА. Тогда нам нужен резистор сопротивление которого 21750 Ом или 22 кОм (ряд E24). Так? И если так, то какой мощности должен быть резистор? Я знаю что P = UI = RI^2 , но вот какой ток подставлять в формулу? 10мА? но это ток который проходит через диод? А как найти ток через резистор?

  12. Мне нравится сравнение с водопадом: его высота — потенциал, ширина — ток. Например упадет капля с большой высоты это = высокому напряжению с малым током (как статика на одежде) и наоборот если высота не очень большая, но воды много (широкий водопад) = низькому напряжению и большому току. Ну а когда и высота водопада и ширина большие то таким потоком можно горы воротить :)

    1. Ага, только водопад должен быть с постоянной скоростью потока. Реальные водопады не такие (ускорение свободного падения и всё такое) :)

  13. Светодиодам надо было отдельную статью посвящать, с кучей разнообразных аналогий. Диоды очень много человеков используют, а понимания ноль. Как включали параллельно и на прямую диоды так и будут.
    — Ну работает же!
    — Это насилие, скажи спасибо внутреннему сопротивлению батареек.
    — А, чё это???
    =)

    Предлагаю аналогию:
    Вот стоит пресс. На его рабочей поверхности стоят в ряд 10 реальных рюмок (не идеальных). Каждая рюмка способна выдержать 10 кг веса. Поршень начинает опускаться. Максимальную нагрузку пресс может дать 95 кг.
    — Чё будет когда поршень дойдёт до рюмок?
    — Да передавит он их всех.
    — Почему? Ведь рюмки в сумме должны держать 100 кг!
    — Всё правильно, только идеально одинаковых рюмок не бывает, и первой 95кг отгребёт самая высокая рюмка. А потом остальные… А если мы положим по тонкой резиновой прокладке на каждую рюмку, то распределится нагрузка на всех равномерно.

    В ролях:
    Рюмки — светодиоды
    Пресс — источник напряжения
    95кг — максимальный ток источника
    10кг — ток диода
    Прокладка — резистор
    =)

  14. Скажите, люди, у кого был опыт замыкания накоротко батареек? Какие из низ взрываются, как быстро и как сильно? Т.е., например, если делаешь схему, которая питается тремя пальчиковыми батарейками — как опасно случайное замыкание плюса с минусом?

      1. Взорваться могут и NI-CD аккумуляторы при определенных условиях(нагрев),так одному чуваку глаз вышибло.

      2. А что вы скажете по поводу параллельного соединения батареек? Я пытался найти в интернете ответ на этот вопрос, но тут одни говорят, что можно и так делается (для увеличения тока и емкости суммарной батареи), другие — что нельзя, это грозит опять же взрывом.

        1. Можно, это даст увеличение тока и емкости (за счет распараллеливания внутреннего сопротивления). Но при двух условиях:

          1. Равенство напряжений
          2. Равное внутреннее сопротивление (т.е. равный заряд и емкость)

          Иначе слабая батарея просадит сильную до своего уровня.

          При несоблюдении условия 1 — будет уравнивающий ток, который может взорвать батарею если разность напряжений будет слишком велика.

          При несоблюдении условия 2 вторая батарея станет потребителем, т.к. не сможет удержать напряжение.

          1. Спасибо.
            А где-нибудь в технике заводского изготовления используется параллельное соединение источников питания?

            1. Разве что в мощных силовых трансформаторах, на большие нагрузки (подстанции, например) на уровне потребителя проще выбрать сразу нужный тип питателя.

          2. Чтобы этого не случилось, можно батарейки включать через диоды. Тогда при малых нагрузках будет работать одна, более сильная (вторая будет заперта закрытым диодом), а при увеличении нагрузки («просадке» батареи) — подключаться обе (ИМХО).

  15. DI, есть глупый вопрос:
    Насколько я понял, настоящая земля (т.е. например лом вкопанный в землю) это своего рода «абсолютный ноль». Почему, в таком случае, нет разности потенциалов между, например, плюсом блока питания и ломом?

    1. Это не абсолютный ноль. Смысл заземления вида ЛОМ В ЗЕМЛЮ лишь для того, чтобы разность потенциалов между корпусом и человеком стоящим на этой земле была нулевой. Ну или максимально низкой. Это только для ТБ.

      1. Не совсем понятен механизм этого лома в землю. Земля тут играет роль большого конденсатора?
        Ведь если схватиться одной рукой за системник, а второй за батарею, то ударит током, т.е. разность потенциалов там откуда-то есть. Но между плюсом (например +12V) того-же блока питания и батареей разности потенциалов нет.

        1. От подстанции в дом идет три фазы и ноль. Ноль это, фактически, один из выводов обомотки силового транса (точнее три вывода обмоток соединенных звездой, а ноль идет из центра звезды). В квартиру же идет одна фаза и один ноль. Ноль соединен с землей (а земляные электроды и цепи с грунтом) на подстанции и на щите. Смысл в том, чтобы уровнять потенциал нуля со всем всем всем, что окружает человека. Создать область нулевого потенциала. В этом случае, КЗ фазы на эту область даст очень большой ток и срабатывание защиты. А человеку будет пофигу, ведь ноль создает везде одинаковый потенциал.

          Разность потенциалов на корпусе компа возникает потому, что фазный и нулевой провод соединены с корпусом через сетевой фильтр (два кондера) в результате образуется делитель и на корпусе 110 вольт. По идее корпус должен быть заведен на ноль. Так делают в промышленных трехфазных установках, но в жилых, где всего одна фаза и в розетку втыкается оборудование как попало (не соблюдая фазу и ноль) так делать нельзя. Иначе юзер воткнет вилку не так и будет у него фаза на корпусе. Да и кто знает как разведена фаза и ноль в розетки. Контакт земли нельзя сажать на ноль и в самой розетке. Т.к. от разной нагрузки на разные розетки опять же возникнут перекосы потенциалов, что черевато. Поэтому выводят для заземления отдельный провод который соединяется с нулем на щите.

          Теперь про лом в грунт (чтобы не путать электрическую землю и поверхность по которой ходят буду назвать так).
          Тот же ноль в щите соединен с землей. Земля это ряд надежных электродов соединенных сваркой и хорошо утопленных в грунт. Плюс в доме дофига других железяк которые идут в грунт. Те же батареи отопления. Все это обвязано, хорошо законтачено и соединено в итоге с тем же нулем. Создавая единый нулевой потенциал вокруг. Для безопасности. Сопротивление грунта невелико, особенно когда влажная погода. Таким образом, твой лом окажется совсем недалеко от остальных заземлителей. И из него этот небольшой ток уйдет обратно через грунт, на землю, с земли на нейтраль и на подстанцию. Как то так :)

        2. Дополню: А между +12В из БП и батареей нет разности потенциалов потому, что вход и выход БП развязаны через трансформатор, а трансформатор на выходе дает разность потенциалов, никак не привязанную к нулю на входе (обмотки друг от друга изолированы).

          1. хочу дополнить. Часто, когда говорят про развязки, вопрос про разность потенциалов сводят к тому, что ее нет, так как цепи теряют прямую эл связь. но это не так. РП — это разность потенциальных энергий системы в некоторых точках. но все электрические процессы базируются на заряде электрона, который постоянен и никак не зависит от источника напряжения. то есть между двумя несвязанными одинаковыми батареями всегда будет РП между противоположенными выводами

  16. Классные инструкции — читаю и наслаждаюсь.

    Только вот мне кажется, что насос — это больше генератор тока. Потому как он очень любит работать на замкнутый контур и ненавидит перекрытый контур.
    Что выбрать в качестве идеального источника напряжения — пока что кроме вашего бачка с водой — не идёт в голову. (Кстати получается хорошая аналогия с идеальным источником напряжения — идеально большой бочок воды поднятый на высоту… соответственно аналог короткого замыкания — это если убрать дно бачка и смотреть, как поток воды смывает всё вокруг ко всем чертям …)

    1. Насосы разные бывают. Насос чо делает? Хвтает рабочую среду и толкает ее. Что делает ЭДС? Хватает заряды и толкает их.

  17. DI HALT, вот объясни пожалуйста: для протекания тока нужен замкнутый контур. Тут уяснил. Припеременном токе кажый электрон совершает колебательные движения. Тоже вкурил. А при постоянном? Проходит ли каждый электрон полный путь по всей длине замкнутого контура или как-то по другому? И еще вопросик. Загорит ли лампочка, если один из ее концов посадить на фазу, а другой зацепить к арматуре, забитой в землю и не связанной с заземляющей шиной источника?

    1. Электроны движутся довольно медленно. Это больше похоже на троганье состава. Т.е. сам вагон еще и метра не проехал, но усилие тягача пробежало уже по всей длинне состава.

      Если воткнуть в фазу и в землю — гореть не будет. Разве что рядом в землю будет зарыт заземляющий контур от источника. И через сопротивление земли, которое довольно высокое.

  18. Привет автору! Вы приводили аналогии источников с насосами. Про поршневой все ясно — хорошая аналогия с источником тока. А вот с центробежным не совсем понятно. Ведь если по аналогии с источником напряжения, то ненагруженный режим работы для него — это просто закрытый выходной кран ибо тока нет. Но в реальности закрытый кран приведет к повышению давлению и труба лопнет… Где что не так

    1. В центробежном, в отличии от поршневого, малое внутреннее сопротивление. И нет никаких обратных клапанов Т.е. рабочая среда (воздух-вода) преодолевая сопротивление лопаток может пойти вспять. Ну или тупо стоять на месте. Лопатки молотят, а движухи нет.

  19. Уважаемый автор! Еще вопрос. Вы говорите, что незначительная помеха может навести небольшой ток в линии, который за счет высокоомных входов преобразуется в напряжение… Но ведь изменение электромагнитного поля наводит эдс в линии, а не ток, а величина тока уже определяется сопротивлением. Где ошибка?
    p.s. не могли бы вы заглянуть в раздел управление нагрузкой переменного тока =)

    1. Возникло поле, например, электростатическое, от грозы, которое схватило заряды и дружно пнуло их в один конец линии, образовав там перенапряжение.

  20. То есть избыточное напряжение представляет собой в данном случае работу эл.-стат. поля по пинанию зарядов? Тогда доп. напряжение первично, а ток в свою очередь от сопротивления зависит? Хотелось бы немножко подробнее, можно с формулами и схемой помехи =)

    1. С форумалами лень. Там возникает источник не ЭДС, а тока, а ему надо во что бы то ни стало пробить помеху на своем пути. Ток пусть и мизерный, но несокрушимый :) Ну, а дальше U = I * R

    1. Образуется подобие трансформатора тока. Т.е. первичная обмотка — некая линия с малым падением напряжения, но очень большим током (ЛЭП или разряд молнии), а вторичная — линия. В результате ток во вторичке зависит от первички. А будучи ненагруженным вызывает перенапряжения. Подробней — гугли про трансформаторы тока (не напряжения, у них разное включение и конструкция) и их расчет. Там же можешь и геометрию всей конструкции прикинуть.

  21. Привет DI HALT.
    Спасибо за статьи.
    Но есть вопрос)
    Я не понял момент про падение тока, вот мы поставили сопротивление R1 в сеть — течет ток.
    Если мы ставим параллельно R2 то батарейка по закону ома будет отдавать еще больший ток(допустим она может), вопрос — откуда еще электроны берутся? и где они спали при R1 ?

    Ведь ЭДС — максимальная энергия которая может отдать батарейка Дж\кулон, т е это энергия, которая тратится на продавливание электронов через всю сеть. Получается логичней что энергия(ток) отдается меньше при большем сопротивлении.

    1. Так они же ей взад возвращаются. Цепь то замкнутая. ЭДС это не энергия, а сила, заставляющая электроны двигаться.

      1. Это да, но дополнительно электроны откуда берутся? Почему при большем параллельном сопротивлении появляется больше электронов?

  22. Здрасьте. А у меня вот такой вопрос -есть некая микросхема(UC3843) И есть в ней ОУ плюс которого подсоеденен к опорному напряжению 2,5В внутри микросхемы. Выход ОУ типа открытый колектор и он выведен на ногу микросхемы. Кроме того этот колектор нагружает внутрений источник тока в 1мА. Минус ОУ выведен на ногу. Дык вот подаю я на мнус напряжение <2,5В а на выходе ОУ наблюдаю 6,28В. Вопрос -откуда эти 6,28В берутся. Просвятите пожалуйста

  23. Жаль нельзя картинки выкладывать на форуме.Ну а если я на инвертирующий вход подам >2,5В то на выходе ОУ будет 0,6 В. Вообще мне надо этот ОУ как то выключить и управлять цепями которыми должен управлять он сам. Мил человек помоги пожалуйста разжуй.глянь на даташит микросхемы раздел посвящёный усилителю ошибки. Живу в деревне спросить не у когою

    1. Так там написано же, что стоит источник тока 5мА. Этот источник либо сливается через ОК в разрешающем ОУ. Либо идет на задание дальше по схеме. Для того, чтобы его нейтрализовать тебе надо будет собрать на транзисторе слив. Чтобы можно было сливать от 0…5мА. А на ОУ подать так, чтобы он закрыл свой ОК и не отсвечивал. Только зачем? Что мешает использовать тот самый ОУ?

      1. На этой микросхеме делаю ИБП. У тебя есть статья на МС34063-там не надо делать гальваническую развязку а в моём случае входное напряжение 220В и не катушка а транс. а вместо ОУ управлять будет фототранзистор оптопары. Так написано в статьях по этой микросхеме. Но это не суть. Я не могу в голове уложить как получается что на выходе ОУ либо 6,28В(U_<2.5В выход ОУ в воздухе) Это че на закрытом трнзисторе такое напряжение падает. либо 0,7 В

      2. Если я правильно понял то когда я наблюдаю 6,28В на первой ноге-то это есть падение напряжение на двух диодах+падение на 2R+1В стабилитрона ,которое создаётся от протекания тока? А если 0,6В то это напряжение на открытом транзисторе усилителя и через диоды ток не течёт? Так што ли?

          1. Спасибо за уделёное внимание. Раньше видел на сайте картинку -поставить автору кружку пива-. Щас чет не наблюдаю. Или уже «пива» не хочеца?

  24. Приветствую. Кажется я теперь совсем запутался :). Если у нас есть источник 5В и светик на 5В, то его можно подключать напрямую? Но, тогда, если будет небольшой скачок напряжения, 6В, например, то сразу потечет ток в 1А и спалит светодиод?

  25. А вот объясните мне такую вещь. Вот во вторичной обмотке трансформатора при увеличении напряжения ток падает. Так?
    Значит закон Ома там не выполняется. Предполагаю, что вторичная обмотка не является источником ЭДС, а источником чего-то другого. Мощности что ли. То есть стремясь сохранить мощность, выдаваемую первичной обмоткой, вторичная при увеличении напруги давит ток. Правильно я рассуждаю?

    1. > … закон Ома там не выполняется.

      Почему? На каждом участке цепи выполняется закон Ома для участка цепи. Первичная обмотка на одном участке, вторичная — на другом.

      >… стремясь сохранить мощность, выдаваемую первичной обмоткой, вторичная при увеличении напруги давит ток.

      Ничего она не «давит». Просто при уменьшении сопротивления нагрузки (увеличении тока через нагрузку) растёт ток в первичной цепи. И это происходит до тех пор пока хватает возможностей источника питания или трансформатора. Потом всё выгорает :)

  26. Здравствуйте, разясните пожалуйсто это

    «Когда батарейка новая, то у ней малое внутреннее сопротивление, но чем больше электролита вступает в реакцию тем внутреннее сопротивление становится больше. И получается, что напряжение то она выдает и мультиметр показывает вроде бы четкие полтора вольта, но стоит затребовать с нее большой ток, как она мгновенно сдувается — возросшее сопротивление не позволяет выдать его и напряжение падает»

    Если требовать большой ток значит у нагрузки сопротивления меньше, но вед внутреное сопртивления возрасло, почему подает нопряжения?

    1. А ты посчитай как распределяется напряжение в полной цепи с учетом и внутреннего сопротивления. Все напряжение источника ЭДС свалится на возросшем внутреннем сопротивлении, том что внутри батарейки.

  27. Спасибо, Ди, как всегда всё понятно, почти…:-) Вот с источником тока никак не могу разобраться: если у него должно быть бесконечно большое внутреннее сопротивление, то, по идее всё напряжение на нём же и высадится (на бесконечно большом внутреннем сопротивлении), как он тогда прокачает ток? В таком случае полностью севшая батарейка есть идеальный источник тока? Или вот взять к примеру источник эдс с высоким напряжением, например, вход трансформаторной подстанции (приближённый идеальный источник) на 10кВ и подключить к нему резистор мегаом так на миллион (например подключить амперметр через нехилый такой изолятор (чем не резистор?)), и замерить ток, там же его просто не будет, или будет стремиться к нулю, как понять это (у идеального источника тока бесконечно большое сопротивление)?

    1. Не не, не путай. Схему то смотри у него внутреннее сопротивление параллельно ему, а у источника ЭДС последовательно. Т.е. если провести аналогию с поршнем, то у источника ТОКА внутреннее сопротивление это зазор между поршнем и цилиндром. Т.е. чтобы насос ДАВИЛ, зазора не должно быть вообще.

      А у источника напряжения, подобного турбине, внутреннее сопротивление это сопротивление горлышка потоку, чем оно уже тем меньший пройдет ток.

      http://easyelectronics.ru/toe-dlya-starshej-gruppy-detskogo-sada-ili-kak-provernut-dedushku-oma-v-grobu.html
      Вот тут почитай. Тут подробней именно про источники.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha