ძირითადი მასალა
ელექტროინჟინერია
კურსი: ელექტროინჟინერია > თემა 2
გაკვეთილი 4: ბუნებრივი და იძულებითი რეაქცია- კონდენსატორის i-v განტოლებები
- კონდენსატორი აინტეგრირებს დენს
- კონდენსატორის i-v განტოლებების გამოყენება
- ინდუქტორის განტოლებები
- ინდუქტორის უკუცემა (1/2)
- ინდუქტორის უკუცემა (2/2)
- ინდუქტორის i-v განტოლებების გამოყენება
- RC ბუნებრივი რეაქცია — ინტუიცია
- RC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა
- RC ბუნებრივი რეაქცია — მაგალითი
- RC ბუნებრივი რეაქცია
- RC საფეხუროვანი რეაქცია — ინტუიცია
- RC საფეხუროვანი რეაქცია — მზადება (1/3)
- RC საფეხუროვანი რეაქცია — ამოხსნა (2/3)
- RC საფეხუროვანი რეაქცია — მაგალითი (3/3)
- RC საფეხუროვანი რეაქცია
- RL ბუნებრივი რეაქცია
- ექსპონენციური მრუდების აგება
- ექსპონენციური მრუდების აგება — მაგალითები
- LC ბუნებრივი რეაქცია — ინტუიცია 1
- LC ბუნებრივი რეაქცია — ინტუიცია 2
- LC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა 1
- LC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა 2
- LC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა 3
- LC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა 4
- LC ბუნებრივი რეაქციის მაგალითი
- LC ბუნებრივი რეაქცია
- LC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა
- RLC ბუნებრივი რეაქცია — ინტუიცია
- RLC ბუნებრივი რეაქცია — გამოყვანა
- RLC ბუნებრივი რეაქცია — ვარიაციები
© 2023 Khan Academyგამოყენების პირობებიკონფიდენციალურობის პოლიტიკაშენიშვნა ქუქი-ჩანაწერებზე
RC საფეხუროვანი რეაქცია
როგორ რეაგირებს RC წრედი საფეხუროვან ძაბვაზე? ბუნებრივი და იძულებითი რეაქციების დაჯამებით ვიპოვით მთლიან რეაქციას. RC საფეხუროვანი რეაქცია ყველა ციფრული წრედის ქცევის ფუნდამენტური ფორმაა. ავტორი: უილი მაკალისტერი.
მოდით, რეზისტორ-კონდენსატორის left parenthesis, start text, R, C, end text, right parenthesis წრედში ძაბვა უცაბედად, საფეხურისებრად შევცვალოთ და დავაკვირდეთ კონდენსატორზე მოდებულ ძაბვას.
ჩვენ გვსურს, ვიპოვოთ კონდენსატორზე მოდებული ძაბვის start color #ff9c39, v, left parenthesis, t, right parenthesis, end color #ff9c39 დროზე დამოკიდებულების ფუნქცია.
როდესაც წრედში რაიმე იცვლება, მაგალითად, ჩამრთველის ჩაკეტვისას, წრედის კომპონენტების ძაბვა და დენი ახალი მნიშვნელობებისკენ მიდიან. თუ ცვლილება უეცარი ნახტომია, როგორიც ამ შემთხვევაში, მაშინ ძაბვისა და დენის რეაქციას საფეხუროვანი რეაქცია ეწოდება. საფეხუროვანი რეაქცია მიღებული გზაა იმის გასაგებად, თუ როგორ რეაგირებს წრედი იმპულსურ სიგნალზე. ეს წრედის თვისებების შესახებ საკმაოდ ბევრს გვეუბნება.
რის აგებას ვცდილობთ
წრედის მთლიანი რეაქცია შეგვიძლია აღვნიშნოთ, როგორც იძულებითი რეაქციისა და ბუნებრივი რეაქციის ჯამი. ამ რეაქციების გაერთიანება სუპერპოზიციის პრინციპით არის შესაძლებელი.
- იძულებითი რეაქციის გამოსათვლელად ვუშვებთ, რომ წყაროები ჩართულია, მაგრამ წრედის საწყისი მდგომარეობა (მასში შენახული ენერგია) ნულის ტოლია.
- ბუნებრივი რეაქცია არის წრედის ქმედება, როდესაც საწყისი მდგომარეობა არ არის ნულოვანი, (კონდენსატორის საწყისი ძაბვა ან ინდუქტორში გამავალი დენი), თუმცა წყაროდან წრედში შემავალი სიგნალი არ გვაქვს.
მთლიანი = იძულებითი + ბუნებრივი
ჩვენ start text, R, end text, start text, C, end text წრედის საფეხუროვან რეაქციას იძულებითი და ბუნებრივი რეაქციების გამოყენებით გამოვიყვანთ:
start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript ძაბვის საფეხურის სიმაღლეა.
start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript არის კონდენსატორზე მოდებული საწყისი ძაბვა.
start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript არის კონდენსატორზე მოდებული საწყისი ძაბვა.
start text, R, C, end text საფეხუროვანი რეაქციის პოვნა
ჩვენ დაინტერესებული ვართ კონდენსატორზე მოდებული ძაბვის, v-ს, დროზე დამოკიდებულების ფუნქციით. დავიწყებთ იმის განხილვით, თუ რა ხდება, სანამ ჩამრთველი დაიხურება. შემდეგ გადავხტებით შორეულ მომავალში და გავიგებთ, რა მდომარეობაში აღმოჩნდება წრედი. საბოლოოდ, გამოვიკვლევთ, რა ხდება ჩამრთველის დაკეტვასა და შორეულ მომავალს შორის.
საწყისი მდგომარეობა
სანამ ჩამრთველი დაიკეტება, left parenthesis, t, is less than, 0, right parenthesis, სქემის მიხედვით, კონდენსატორზე საწყისი ძაბვაა მოდებული: v, left parenthesis, 0, right parenthesis, equals, start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript.
ვიცით, რომ წრედში დენი 0-ს ტოლია, რადგან ჩამრთველი ღიაა. ესენი წრედის საწყისი მდგომარეობებია.
საბოლოო მდგომარეობა
თუ ჩამრთველი t, equals, 0 წამზე დავკეტავთ, დენი შეკრულ წრედში გადინებას დაიწყებს. დენის გადინება იქამდე გაგრძელდება, სანამ რეზისტორის ტერმინალებს შორის ძაბვის განსხვავებაა.
რაღაც მომენტში კონდენსატორის ძაბვა, v, ძაბვის წყაროს ძაბვას გაუტოლდება, start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript. როდესაც ეს მოხდება, რეზისტორზე მოდებული ძაბვა, start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript, minus, v, 0 იქნება და დენის ძალაც 0-მდე დაეცემა. ეს წრედის საბოლოო მდგომარეობაა.
შეჯამება: წრედი დენის გარეშე იწყებს და ასრულს. მაგრამ ძაბვა (და დენიც) დასაწყისსა და საბოლოო მდგომარეობას შორის რაღაცას აკეთებენ.
გარდამავალი პერიოდი
საწყის და საბოლოო მდგომარეობებს შორის ძაბვა რეაგირებს ახალ მდგომარეობაზე, რომელსაც ძაბვის წყარო განაპირობებს. ცვლილებების პერიოდს გარდამავალი პერიოდი ეწოდება. ამ პერიოდის განმავლობაში v-ს ცვლილებას start text, R, C, end text წრედის გარდამავალი რეაქცია ეწოდება. ჩვენს მაგალითში ჩამრთველის დახურვა start text, R, C, end text წრედზე საფეხუროვანი ძაბვის მოდებას იწვევს, ამიტომ მას საფეხუროვან რეაქციას ვუწოდებთ.
ჩვენ გამოვიყენებთ ჩვენს ცოდნას საწყისი და საბოლოო მდგომარეობების, ასევე start text, R, end text და start text, C, end text კომპონენტების შესახებ, რათა ზუსტად გავიგოთ გარდამავალი რეაქციის ბუნება.
ანალიზი
წრედის გაანალიზბის დასაწყებად კირხჰოფის დენის კანონის გამოყენებით დავწეროთ ზედა მარჯვენა კვანძის დენის განტოლება. დავაჯამოთ კვანძიდან გამოდინებული დენები:
ამას გადავწერთ, როგორც დიფერენციალურ განტოლებას:
საწყისი მდგომარეობა:v, left parenthesis, 0, right parenthesis, equals, start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript
ამ დიფერენციალური განტოლების ამოხსნა გვჭირდება. მარჯვენა მხარეს გვაქვს წევრი: start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript, slash, start text, R, C, end text. ეს არ არის v ან v-ს წარმოებული. სწორედ ამიტომ, ეს განტოლება არაჰომოგენურია.
არაჰომოგენური დიფერენციალური განტოლების ამოხსნა არც ისე მარტივი საქმეა, ამიტომ ამისთვის სტრატეგიას შევიმუშავებთ.
სტრატეგია: ვიპოვოთ იძულებითი და ბუნებრივი რეაქცია
ორი სირთულე (შემომავალი სიგნალი და საწყისი მდგომარეობა) არაჰომოგენური განტოლების ამოხსნას ართულებს. ჩვენი სტრატეგია, როგორც ყოველთვის, არის ამოცანის დანაწევრება. ჩვენ დიდ ამოცანას ორ მცირე ზომის ამოცანად, იძულებით და ბუნებრივ რეაქციებად, დავანაწევრებთ. იძულებითი და ბუნებრივი რეაქციის ცალ-ცალკე ამოხსნა ბევრად უფრო მარტივია, ვიდრე არაჰომოგენური განტოლების.
რა არის იძულებითი რეაქცია? იძულებითი რეაქცია არის გამომავალი ძაბვის (კონდენსატორზე მოდებული ძაბვა) საბოლოო მდგომარეობა მას შემდეგ, რაც შენახული ენერგია მთლიანად გაიფანტება. იძულებითი რეაქცია ამას სისტემაში შენახული ენერგიის უგულებელყოფით ახერხებს (ამ შემთხვევაში, იგნორირებულია კონდენსატორი და მისი საწყისი ძაბვა).
იძულებითი რეაქცია არ გვეუბნება, რა ხდება ჩამრთველის ჩაკეტვისას ან საბოლოო მდგომარეობამდე გარდამავალ პერიოდში, რადგან ის შენახულ ენერგიას არ ითვალისწინებს. საამისოდ ბუნებრივი რეაქციაა საჭირო.
ბუნებრივი რეაქცია გვეუბნება, რა ხდება წრედში, როდესაც მასში შენახულ ენერგიას (კონდენსატორზე მოდებული საწყისი ძაბვა) გაფანტვის საშუალება ეძლევა. ამ შემთხვევაში, მაიძულებელ შემომავალ სიგნალს არ ექცევა ყურადღება (ძაბვის საფეხურს, რომელიც ჩამრთველის ჩაკეტვისას წარმოიშვება). ბუნებრივი რეაქცია ყოველთვის ნულოვანი ძაბვით და დენით სრულდება.
საბოლოოდ, მთლიანი სურათის დასანახად იძულებით და ბუნებრივ რეაქციებს შევაერთებთ. იძულებითი რეაქცია აიძულებს ბუნებრივ რეაქციას, ნულოვანი მნიშვნელობით არ დაასრულოს. ეს მთლიან რეაქციას გვაძლევს.
იძულებითს დამატებული ბუნებრივი როგორც სუპერპოზიცია
იძულებითი რეაქცია განიხილავს გარე, შემომავალ სიგნალებს.
ბუნებრივი რეაქცია განიხილავს შიდა, საწყის მდგომარეობებს.
მთლიან რეაქციას ამ ორის დაჯამებით ვიღებთ.
ამას სუპერპოზიციის პრინციპის დახმარებით ვაღწევთ.
ბუნებრივი რეაქცია განიხილავს შიდა, საწყის მდგომარეობებს.
მთლიან რეაქციას ამ ორის დაჯამებით ვიღებთ.
ამას სუპერპოზიციის პრინციპის დახმარებით ვაღწევთ.
(სუბსკრიპტები start subscript, t, end subscript, start subscript, f, end subscript, და start subscript, n, end subscript საბოლოო, იძულებით და ბუნებრივ რეაქციებს აღნიშნავენ.)
მართული წრედის ამოხსნა
გარე წყაროდან შემომავალი სიგნალის მიერ მართული წრედის ამოხსნისთვის შემდეგი მეთოდი გვაქვს:
- გავუტოლოთ საწყისი მდგომარეობები 0-ს და ამოვხსნათ იძულებითი რეაქცია.
- გავუტოლოთ შემომავალი სიგნალები 0-ს და ამოვხსნათ ბუნებრივი რეაქცია.
- მთლიანი რეაქციის მისაღებად დავუმატოთ იძულებითი რეაქცია ბუნებრივ რეაქციას.
- საწყისი მონაცემების გამოყენებით ვიპოვოთ მუდმივები.
RC წრედის იძულებითი რეაქცია
იძულებითი რეაქცია, start color #e07d10, v, start subscript, f, end subscript, left parenthesis, t, right parenthesis, end color #e07d10, მთლიანი რეაქციის ის ნაწილია, რომელსაც შემომავალი სიგნალი იწვევს, როდესაც ყველა საწყისი მონაცემი 0-ის ტოლია. დროებით დავივიწყოთ საწყისი მგდომარეობის შესახებ და ვიპოვოთ არაჰომოგენური დიფერენციალური განტოლების ამონახსნი. იძულებითი რეაქციის ამონახსნი, როგორც წესი, შემავალი სიგნალის გაზრდილი ან შემცირებული ვერსიაა.
t, equals, 0 დრომდე ვიცით, რომ იძულებითი რეაქცია ნულოვანია, რადგან ძაბვის წყარო რეზისტორ-კონდენსატორის წრედზე მიერთებული არ არის.
t, is greater than, 0 დროისთვის გვაქვს განტოლება:
ვეცდებით ვივარაუდოთ იძულებითი რეაქციის ამონახსნი, v, start subscript, f, end subscript, და შემდეგ გამოვცადოთ ის. იძულებითი რეაქციისთვის, კარგი ვარაუდი არის ხოლმე ფუნქცია, რომელიც შემომავალ სიგნალს წააგავს. რადგან შემომავალი სიგნალი t, is greater than, 0-თვის მუდმივაა, ვივარაუდოთ, რომ იძულებითი რეაქციაც მიდმივა იქნება:
ახლა ის დიფერენციალურ განტოლებაში ჩავსვათ t, is greater than, 0 დროისთვის და ვნახოთ, რა მოხდება:
წარმოებული წევრი 0-ს ტოლია, რაც გვაძლევს:
იძულებითი დიფერენციალური განტოლება კმაყოფილდება, როდესაც:
ეს არის ჩვენი იძულებითი რეაქცია:
(შემთხვევით, ის ზუსტად ისე გამოიყურება, როგორც შემომავალი სიგნალი.)
RC წრედის ბუნებრივი რეაქცია
ახლა ბუნებრივი რეაქცია ვიპოვოთ (შეგიძლიათ RC ბუნებრივი რეაქციის დეტალური გამოყვანა გაიხსენოთ). ბუნებრივი რეაქციის შემთხვევაში, ჩვენ შემომავალ სიგნალს გამოვრთავთ (გავანულებთ) და ამოხსნაში მხოლოდ წრედს გამოვიყენებთ.
შემომავალი სიგნალის გამორთვა მიშნავს, რომ ძაბვის წყაროს დამოკლებით ვანაცვლებთ. როდესაც შემომავალ სიგნალს გამოვრთავთ, საწყისი არაჰომოგენური დიფერენციალური განტოლების მარჯვენა მხარე 0 ხდება, ეს განტოლებას ჰომოგენურ დიფერენციალურ განტოლებად აქცევს (მათი ამოხსნა ვიცით).
ჩვენ ვვარაუდობთ v, start subscript, n, end subscript-ს ამონახსნს, რომელსაც ორ ცვლადპარამეტრიანი ექსპონენტური ფუნქციის ფორმა აქვს.
მას ჰომოგენურ დიფერენციალურ განტოლებაში ჩავსვამთ.
შეგვიძლია, საერთო K, start subscript, n, end subscript, e, start superscript, s, t, end superscript წევრი ფრჩხილებს გარეთ გავიტანოთ:
თუ K, start subscript, n, end subscript და e, start superscript, s, t, end superscript სასრულია, K, start subscript, n, end subscript, e, start superscript, s, t, end superscript არასოდეს იქნება 0. თუ რომელიმე მათგანია 0, შედეგი მოსაწყენია. თუმცა, არატრივიალურ ამონახსნს ვიღებთ მაშინ, როდესაც:
ამას start text, R, C, end text სისტემის მახასიათებელი განტოლება ეწოდება. მომავალში ბევრ ასეთ განტოლებებს გადავეყრებით.
ეს გვაძლევს ბუნებრივ რეაქციას:
ჰომოგენური განტოლების ამოხსნამ გვაპოვნინა s და ბუნებრივი რეაქცია. ბუნებრივი რეაქცია მხოლოდ start text, R, C, end text წრედის თვისებაა და არაფერი აქვს საერთო შემომავალ ფუნქციასთან. K, start subscript, n, end subscript ისევ საპოვნი გვაქვს და მას მთლიანი რეაქციის გამოთვლისას ვიპოვით.
მთლიანი რეაქცია = იძულებითი + ბუნებრივი რეაქცია
იძულებითი რეაქცია ითვალისწინებს შემომავალ სიგნალს.
ბუნებრივი რეაქცია ითვალისწინებს საწყის მდგომარეობებს.
ახლა მთლიანი რეაქციის მისაღებად მათ გავაერთიანებთ და ორივეს, შემომავალ სიგნალსაც და საწყის მდგომარეობასაც, გავითვალისწინებთ.
ბუნებრივი რეაქცია ითვალისწინებს საწყის მდგომარეობებს.
ახლა მთლიანი რეაქციის მისაღებად მათ გავაერთიანებთ და ორივეს, შემომავალ სიგნალსაც და საწყის მდგომარეობასაც, გავითვალისწინებთ.
K, start subscript, n, end subscript-ს პოვნა საწყისი მონაცემების გამოყენებით
ახლა საწყისი მონაცემების გამოყენებით K, start subscript, n, end subscript-ის მნიშვნელობას ვიპოვით. ვიცით, რომ მთლიანი რეაქცია t, equals, 0 დროს არის v, start subscript, t, end subscript, equals, start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript (მთლიანი რეაქცია და არა — მარტო ბუნებრივი რეაქცია). ახლა ჩავსვათ ის, რაც ვიცით t, equals, 0-ის შესახებ, მთლიანი რეაქციის განტოლებაში:
მაჩვენებლიანი გამოსახულება ხდება 1-ის ტოლი და გვრჩება:
მთლიანი რეაქციის აწყობა
ჩავსვათ start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript, minus, start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript მთლიან რეაქციაში, ეს გვაძლევს:
სულ ეს არის. ეს არის მიმდევრობითი start text, R, C, end text წრედის მთლიანი რეაქცია შემავალ საფეხუროვან ძაბვაზე.
თუ კონდენსატორს საწყისი ძაბვა არ აქვს, v, left parenthesis, 0, right parenthesis, equals, 0, მაშინ მთელი რეაქციის განტოლებაა:
ან
საბოლოო შენიშვნები
რას ნიშნავს იძულებითი რეაქცია? იძულებითი რეაქცია არ ითვალისწინებს კონდენსატორში შენახულ ენერგიას და, შესაბამისად, მის საწყის ძაბვას. იძულებითი რეაქცია გვეუბნება, რა იქნება გამომავალი ძაბვა მას შემდეგ, რაც მთელი შენახული ენერგია გაიფანტება.
იძულებითი რეაქცია არ გვეუბნება, რა ხდება დასაწყისში ან გარდამავალი პერიოდის განმავლობაში, რადან ის შენახულ ენერგიას ყურადღებას არ აქცევს.
ბუნებრივი რეაქცია გვეუბნება, როგორ იქცევა იზოლირებული წრედი, თუ მას ენერგიის გაფანტვის საშუალება აქვს. ბუნებრივი რეაქცია საბოლოოდ ყოველთვის ნულამდე დადის. იძულებითი რეაქციის ბუნებრივზე დამატება არანულოვან საბოლოო მდგომარეობას გვაძლევს. ჩვენს მაგალითში ახალი საბოლოო გამომავალი ძაბვა იყო start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript.
შეჯამება
ჩვენ განვიხილეთ შემომავალძაბვიანი რეზისტორ-კონდენსატორის წრედის ამოხსნის მეთოდი. კირხჰოფის დენის კანონის გამოყენებით მივიღეთ დიფერენციალური განტოლება, რომელიც წრედს აღწერდა. შემდეგ ის იძულებითი და ბუნებრივი რეაქციის მეთოდით ამოვხსენით.
- იძულებითი რეაქცია არის წრედის ქმედება, როდესაც შემომავალი წყაროები ჩართულია, მაგრამ საწყისი მდგომარეობა — განულებული.
- ბუნებრივი რეაქცია არის წრედის რეაქცია, როდესაც გვაქვს საწყისი მგდომარეობა, მაგრამ შემომავალი სიგნალი გამორთულია.
- მთლიანი რეაქცია არის იძულებითი და ბუნებრივი რეაქციების ჯამი. ამ რეაქციების გაერთიანების შესაძლებლობას სუპერპოზიციის პრინციპი გვაძლევს.
მთლიანი რეაქცია = იძულებითი რეაქცია + ბუნებრივი რეაქცია
მიმდევრობითი start text, R, end text, start text, C, end text წრედისთვის, საფეხუროვანი რეაქცია არის:
start text, V, end text, start subscript, start text, S, end text, end subscript საფეხუროვანი ძაბვაა, start text, V, end text, start subscript, 0, end subscript კონდენსატორის საწყისი ძაბვა.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.