Вопрос 17. Режимы работы источника напряжения. Определение потенциалов точек цепи и их расчёт. Построение потенциальной диаграммы

Потенциалом точки цепи называется напряжение между данной точкой и заземлённой.

Рассмотрим контур:

Пусть

Чтобы найти ток в контуре с несколькими источниками, надо сложить все ЭДС, направленные в одну сторону, вычесть все ЭДС, направленные в другую сторону, и разделить на сумму всех сопротивлений цепи. Ток направлен в сторону большей суммы ЭДС:

 

Источник работает в режиме генератора, если ток и ЭДС совпадают по направлению, или в режиме потребителя, если не совпадают.

В данном случае: — генератор, — потребитель.

1) При переходе через источник в режиме генератора потенциал повышается на величину ЭДС минус падение напряжения внутри источника:

2) При переходе через резистор потенциал понижается на величину падения напряжения в нём:

3) При переходе через источник в режиме потребителя потенциал понижается на величину ЭДС и величину падения напряжения внутри источника:

 

Потенциальная диаграмма — график зависимости потенциалов точек цепи от сопротивления.

Порядок расчёта:

1. одну точку цепи заземляем;

2. рассчитываем ток цепи и направляем его;

3. расставляем точки вдоль направления тока, начиная с заземлённой;

4. рассчитываем потенциалы этих точек;

5. выбираем масштаб и строим потенциальную диаграмму.

 

Задача

Дано:

Найти общий ток и направить его; построить потенциальную диаграмму.

 

Рассчитываем ток и направляем его:

Рассчитываем потенциалы точек цепи:

Строим потенциальную диаграмму:

Вывод: при переходе через источник в режиме генератора потенциал резко повышается, в режиме потребителя — резко понижается. При переходе через резистор идёт плавное понижение потенциала.

Вопрос 18. Соединение резисторов треугольником и звездой. Мостовые схемы. Преобразование треугольников сопротивлений в эквивалентную звезду и наоборот, общие формулы и их применение для расчёта мостовой схемы.

Если имеется 3 сопротивления, образующих 3 узла, то такое сопротивление составляет пассивный треугольник, а если имеется только один узел, то сопротивления составляют пассивную звезду.

 

пассивный треугольник

пассивная звезда

 

Эти схемы можно эквивалентно заменить одна другой, если все токи в ветвях не подвергнутся преобразованию (то есть то, что за пределами штриховой линии не изменится). Из этих предпосылок получим следующие формулы преобразования:

 

(преобразование треугольника в звезду):

Сопротивление луча эквивалентной звезды равно произведению сопротивлений сторон треугольника, примыкающих к той же вершине, что и луч звезды, делённое на сумму всех сопротивлений сторон треугольника:

 

(преобразование звезды в треугольник):

Сопротивление стороны треугольника равно сумме сопротивлений лучей звезды, примыкающих к тем же вершинам, что и сторона треугольника, плюс произведение этих сопротивлений, делённое на сопротивление третьего луча звезды:

Преобразование треугольника в звезду применяется в мостовых схемах, которые представляют собой 4 резистора, соединённых четырёхугольником, в одну диагональ которого ставится источник, во вторую — измерительные приборы. Найти входное сопротивление таких схем без предварительного преобразования невозможно.

 

Задача

Дано:

Найти все токи и направить их.

 

Выполним преобразование треугольника ABC в эквивалентную звезду:

Рассчитаем входное сопротивление и ток:

Найдём напряжение на разветвлённом участке OD и токи в его ветвях:

В первоначальной схеме направим токи, ток направим произвольно.

Для треугольника, который не заменяли, составляем уравнение по второму закону Кирхгофа:

Чтобы найти токи и , составляем уравнения по первому закону Кирхгофа для узлов B и C:

B:

С: