Альбом электрических схем: Альбом электрических схем [из подр. 7.9 ГОСТ 18675-2012]

Восстановление и актуализация документации и однолинейных схем.

Телефон: 8(919)64-17-599; 8(843)252-20-03; 8(9506)66-20-03 Артем Александрович

Эл. почта: [email protected]

 • Восстановление и актуализация документации и однолинейных схем. Проверка и уточнение адресации электрических щитов.

• Восстановление и обновление защитных  защитных панелей и экранов.
• Обновление и замена знаков и надписей, табличек и схем, этикеток, бирок и т.д.

Комплекс работ по восстановлению документации:
– Определение наименования и расположения узлов распределения, преобразования и учёта электроэнергии, входящих в состав электроустановки и обеспечивающих её электроснабжение.
– Выяснение существующей структуры электроснабжения электроустановки.
– Определение расположения всех потребителей (нагрузок).
– Натурная съемка принципиальных однолинейных схем электрических щитов с проверкой и уточнением адресации электрических щитов.
– Выяснение схем подключения и структуры входящих в электроустановку специальных устройств и систем, таких как АВР, конденсаторные установки, устройства заземления и молниезащиты, системы уравнивания потенциалов, устройства высоковольтной защиты и т.д. При необходимости выполняется натурная съемка принципиальных схем данных устройств и систем.
– Съёмка расположения электрических линий.

При восстановлении и актуализации документации принимается к сведению любая доступная информация по электроустановке. Вся полученная информация проверяется. Кроме того применяются разнообразные методы и приёмы технического поиска.

Конкретный перечень работ зависит от требуемой степени восстановления документации, а так же от состава и состояния установки.
По результатам работ изготавливается комплект документации в необходимом составе.

Для электроустановок до 1000В наиболее востребовано выяснение существующей структуры электроснабжения и натурная съемка принципиальных однолинейных схем электрических щитов с проверкой и уточнением адресации электрических щитов. По результатам работ изготавливается альбом принципиальных однолинейных схем электрических щитов, при необходимости в альбом включается общая схема электроснабжения или структурная схема.

Проверка и уточнение адресации электрических щитов.
При проверке или уточнении адресации эл. щита требуется определить, каким конкретным потребителям (приборы или агрегаты, электрические розетки, светильники, щиты более низкого уровня и т.д.) соответствуют те или иные аппараты защиты или коммутации (автоматические выключатели, дифавтоматы, узо, рубильники и т.д.) установленные в электрическом щите.

Работы производятся с учетом особенностей электроустановки и режима объекта.
Мы обладаем большим положительным опытом в выполнении данных работ и имеем необходимое оборудование.

Для безопасной эксплуатации электрооборудования каждый потребитель обязан иметь однолинейные схемы электроснабжения. Наличие схем проверяется инспекцией Ростехнадзора наряду с другими документами (отчет об испытаниях, прохождение обучения персонала и т.д.).     

В соответствии с п.1.8.1. ПТЭЭП « …у каждого Потребителя должна быть следующая техническая документация: в том числе –
исполнительные рабочие схемы первичных и вторичных электрических соединений.

В соответствии с п.61.1.2 ГОСТ Р 50571.16-2007 для проведения обязательных испытаний должна быть предоставлена необходимая производственная документация (электрические схемы и т.д.).

В связи с тем, что в процессе эксплуатации электроустановки происходят ее изменения (ремонт, модернизация, установка дополнительного оборудования, перепланировка и т.д.) необходимо своевременно вносить изменения и в однолинейные схемы.

Схемы корректируются либо сразу, либо один раз в два года.   

ПТЭЭП
1.2.6. Ответственный за электрохозяйство обязан: 
обеспечить проверку соответствия схем электроснабжения фактическим эксплуатационным с отметкой на них о проверке (не реже 1 раза в 2 года) ; пересмотр инструкций и схем (не реже 1 раза в 3 года) ; 

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей 
1.7.6. Исполнительные технологические схемы (чертежи) и исполнительные схемы первичных электрических соединений должны проверяться на их соответствие фактическим эксплуатационным не реже 1 раза в 3 года с отметкой на них о проверке. 
В эти же сроки пересматриваются инструкции и перечни необходимых инструкций и исполнительных рабочих схем (чертежей).

ПРИВЕДЕМ ВЫДЕРЖКИ ИЗ НТД, В КОТОРЫХ ОБОСНОВАНЫ ТРЕБОВАНИЯ ПО НАЛИЧИЮ ОДНОЛИНЕЙНЫХ СХЕМ В СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОЩИТАХ

“6.2.25 На оперативной панели щитка должна выполняться маркировка защитных аппаратов групповых цепей порядковыми номерами. Рядом с номерами аппаратов должны быть предусмотрены места для последующей записи их назначения. Назначение аппаратов допускается указывать на табличке, которая может быть размещена на внутренней стороне дверцы. Электрическая схема щитка должна приводиться в эксплуатационном документе.

6.2.26 Маркировка аппаратов, устанавливаемых в оболочки потребителем согласно 5.2, должна производиться по 6.2.25 средствами, поставляемыми изготовителями оболочек щитков (самоклеющиеся номера, бланки таблиц и т. п.).”

“1.8.9. … Для Потребителей, имеющих простую и наглядную схему электроснабжения, достаточно иметь однолинейную схему первичных электрических соединений, на которой не отмечается фактическое положение коммутационных аппаратов…”

При восстановлении и актуализации документации принимается к сведению любая доступная информация по электроустановке. Вся полученная информация проверяется. Кроме того, применяются разнообразные методы и приёмы технического поиска

Конкретный перечень работ зависит от требуемой степени восстановления документации, а также от состава и состояния установки

По результатам работ изготавливается комплект документации в необходимом составе

Для электроустановок до 1000В наиболее востребовано выяснение существующей структуры электроснабжения и натурная съемка принципиальных однолинейных схем электрических щитов с проверкой и уточнением адресации электрических щитов. По результатам работ изготавливается альбом принципиальных однолинейных схем электрических щитов, при необходимости в альбом включается общая схема электроснабжения или структурная схема

Проверка и уточнение адресации электрических щитов

При проверке или уточнении адресации электрического щита требуется определить, каким конкретным потребителям (приборы или агрегаты, электрические розетки, светильники, щиты более низкого уровня и т.д.) соответствуют те или иные аппараты защиты или коммутации (автоматические выключатели, дифавтоматы, узо, рубильники и т.д.) установленные в рассматриваемом щите

Работы производятся с учетом особенностей электроустановки и режима объекта

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

I. Качественное исследование последовательных и параллельных цепей

Электрическая цепь состоит из полного замкнутого пути (или путей) для электрического тока. «Последовательная» цепь имеет только один путь для прохождения электричества. «Параллельная» цепь имеет два или более пути для электричества.

Сначала вы подключите простую схему, которая позволит вам проверять материалы на проводимость. Затем будут подключены некоторые цепи, чтобы продемонстрировать влияние последовательных и параллельных цепей на компоненты в цепи.

ПРОЦЕДУРА:

1. Подключите печатную плату, как показано на рисунке, и обратите внимание, что лампочка загорится, когда вы коснетесь зондов вместе.

2. Коснитесь концами другого провода щупами. Обратите внимание, что лампочка горит ярко. Это показатель хорошей электропроводности, поскольку ток через лампочку напрямую зависит от яркости.

3. Проверьте несколько других предметов и запишите свои результаты.Включите монету, кожу и стакан с водой. Убедитесь, что зонды контактируют с измеряемым материалом, но не друг с другом. Перечислите проверенные материалы и свои выводы об их проводимости.

4. Подключите цепь заново, как показано на схеме ниже. Это последовательная или параллельная схема?

II. Количественное исследование напряжения, тока и закона Ома.

Электрический ток – это скорость электрического заряда, измеряемая в амперах. Ток переносит электрическую энергию по проводникам. Напряжение (В) – это мера энергии на единицу заряда между двумя точками в цепи. Можно думать о напряжении как об эффективной «разнице давлений», которая вызывает протекание тока. Сопротивление (R) является противодействием току и измеряется в омах. На практике резисторы принимают форму лампочек, тостеров, нагревателей и других устройств, которые используют электрическую энергию для выполнения полезных задач, а также являются нежелательной формой сопротивления в электропроводке, которая передает электрическую энергию вам.

Ома для определения напряжения, тока или сопротивления в цепи. Закон Ома просто гласит, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи:

или в символьной форме

Символы и приборы: В принципиальных схемах будут использоваться следующие символы.

Амперметр всегда подключается последовательно в цепи. Несоблюдение этого правила приведет к перегоранию предохранителей или повреждению счетчиков. Напомним, что ток имеет только один путь в последовательном соединении, поэтому амперметр измеряет ток, протекающий через последовательно включенные элементы схемы.Используемые амперметры будут измерять в миллиамперах или 10-3 амперах.

Вольтметр всегда подключается параллельно элементам цепи, которые он проверяет, и измеряет изменение напряжения на них.

ПРОЦЕДУРА:

(Надлежащая маркировка принципиальных схем является частью вашего отчета.)

Закон А. Ома

1. Подключите цепь, как показано, с установленным амперметром, соблюдая правильную полярность. Установите селекторный переключатель измерителя для ампер постоянного тока и диапазона на максимум.«Аккумулятором» в этом случае будут круглые розетки Flex Lab на лабораторном столе, которые подключены к источнику постоянного тока – НЕ ПОДКЛЮЧАЙТЕ ПИТАНИЕ, пока схема не будет одобрена инструктором.

2. После утверждения подайте питание, подключив провода к розеткам постоянного тока, и запишите показания амперметра в миллиамперах. Повторите измерение тока каждого из остальных резисторов, поместив их в цепь вместо первого.

3. Отсоедините провода питания и выньте амперметр из цепи.Переключите его на постоянное напряжение и подключите параллельно резистору. Подключите напряжение постоянного тока и измерьте напряжение на резисторе. Повторите то же самое для других резисторов.

4. Теперь у вас есть измерения напряжения и тока для каждого резистора. Используйте закон Ома, чтобы вычислить сопротивление для каждого резистора и сравнить рассчитанное значение, полученное из маркировки на резисторе или из цветового кода на резисторе.

B. Распределение тока.

1.Сформируйте последовательную цепь, показанную ниже. Поскольку вы снова будете использовать измеритель в качестве амперметра, установите его селекторный переключатель в положение постоянного тока. Перед подачей питания убедитесь, что это правильно.

2. Последовательно подключите амперметр к точкам 1, 2, 3 и 4 и запишите текущее значение в каждой точке. Обратите внимание, что обычный ток в этой цепи считается направленным по часовой стрелке, а электроны будут циркулировать против часовой стрелки. Какие выводы можно сделать о токе в последовательной цепи по результатам измерений?

С.Распределение напряжения

Цепь, подключенная к Части B, теперь будет использоваться для измерения напряжений. Будут использоваться соединения, показанные ниже, но поскольку вы будете использовать один и тот же измеритель для амперметра и вольтметра, амперметр не будет на месте, когда вы будете измерять напряжения.

1. Измерьте напряжение на каждом резисторе по очереди и во всей цепи, как показано на V4. Запишите результаты.

2. Сравните сумму напряжений на отдельных резисторах с напряжением во всей цепи.Что можно сделать по поводу напряжения в последовательной цепи?

3. Используйте напряжения на каждом резисторе, полученные в шаге 1 выше, и токи, полученные из раздела B выше, вместе с законом Ома, чтобы получить значения для отдельных сопротивлений. Сравните значения с указанными значениями для резисторов.

4. Из общего напряжения, измеренного на этапе 1, и общего тока, измеренного в разделе B, вычислите эквивалентное сопротивление всей цепи, состоящей из трех последовательно включенных резисторов.Сравните этот результат с суммой RA + RB + RC.

ВОПРОСОВ:

1. Какие функции выполняет провод? Связаны ли с вашим аппаратом изоляторы? Что они делают?

2. Что, если что, по проводам течет?

3. Почему должно быть два подключения к аккумулятору и к лампочке?

4. Если у вас есть прибор на 120 вольт и через него протекает ток 2 ампера, какова потребляемая мощность в ваттах? Какое у него сопротивление в Ом?

5. Почему розетки в вашем доме подключены параллельно, а не последовательно?

Веб-сайт класса физики

Электрические схемы: обзор набора проблем

Этот набор из 34 задач нацелен на вашу способность определять такие параметры цепи, как ток, сопротивление, разность электрических потенциалов, мощность и электрическая энергия, на основе словесных описаний и диаграмм физических ситуаций, относящихся к электрическим цепям.Проблемы варьируются по сложности от очень простых и простых до очень сложных и сложных. Более сложные задачи обозначены цветом , синие задачи .

Текущий

Когда заряд проходит по проводам электрической цепи , считается, что в проводах присутствует ток. Электрический ток – это измеримое понятие, которое определяется как скорость , с которой заряд проходит через точку в цепи.Его можно определить, измерив количество заряда, протекающего по площади поперечного сечения провода в цепи. Как величина скорости, ток (I) выражается следующим уравнением

I = Q / т

где Q – количество заряда, протекающего через точку за период времени t. Стандартной метрической единицей измерения величины тока является ампер, часто сокращенно Ампер или А. Ток в 1 ампер эквивалентен 1 кулону заряда, протекающему через точку за 1 секунду.Поскольку количество заряда, проходящего через точку в цепи, связано с количеством мобильных носителей заряда (электронов), которые проходят через эту точку, ток также может быть связан с количеством электронов и временем. Чтобы установить связь между током и числом электронов, нужно знать количество заряда на одном электроне.

Q _{электрон} = 1,6 x 10 ^-19 C

Сопротивление

Когда заряд течет по цепи, он встречает сопротивление или препятствие для его прохождения. Как и ток, сопротивление – это измеримый термин. Величина сопротивления, обеспечиваемого сечением провода, зависит от трех переменных – материала, из которого сделан провод, длины провода и площади поперечного сечения провода. Одним из физических свойств материала является его удельное сопротивление – мера способности материала сопротивляться прохождению заряда через него. Значения удельного сопротивления для различных проводящих материалов обычно указаны в учебниках и справочниках. Зная значение удельного сопротивления (ρ) материала, из которого состоит провод, а также его длину (L) и площадь поперечного сечения (A), его сопротивление (R) можно определить с помощью приведенного ниже уравнения.

R = ρ • L / A

Стандартная метрическая единица измерения сопротивления – Ом (сокращенно греческой буквой Ом ).

Основная трудность при использовании приведенного выше уравнения связана с единицами выражения различных величин. Удельное сопротивление (ρ) обычно выражается в Ом • м. Таким образом, длина должна быть выражена в м, а площадь поперечного сечения – в м ² . Многие провода круглые и имеют круглое сечение.Таким образом, площадь поперечного сечения в приведенном выше уравнении можно рассчитать, зная радиус или диаметр провода, используя формулу для площади круга.

A = π • R ² = π • D ² /4

Соотношение напряжение-ток-сопротивление

Величина тока, протекающего в цепи, зависит от двух переменных. Ток обратно пропорционален общему сопротивлению (R) цепи и прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к цепи.Разность электрических потенциалов (ΔV), приложенная к цепи, – это просто напряжение, подаваемое источником энергии (батареи, розетки и т. Д.). Для домов в США это значение близко к 110–120 вольт. Математическая взаимосвязь между током (I), напряжением и сопротивлением выражается следующим уравнением (которое иногда называют уравнением закона Ома ).

Мощность

Электрические схемы – это энергия.Энергия включается в цепь аккумулятором или коммерческим поставщиком электроэнергии. Элементы схемы (освещение, обогреватели, двигатели, холодильники и даже провода) преобразуют эту электрическую потенциальную энергию в другие формы энергии, такие как световая энергия, звуковая энергия, тепловая энергия и механическая энергия. Мощность означает скорость, с которой энергия передается или преобразуется устройством или цепью. Это скорость, с которой энергия теряется или приобретается в любом заданном месте в цепи.Таким образом, общее уравнение мощности –

P = ΔE / т

Потеря (или усиление) энергии – это просто произведение разности электрических потенциалов между двумя точками и количества заряда, который перемещается между этими двумя точками за период времени t. Таким образом, потеря (или усиление) энергии равна просто ΔV • Q. Когда это выражение подставляется в вышеприведенное уравнение, уравнение мощности становится

P = ΔV • Q / т

Поскольку отношение Q / t, найденное в приведенном выше уравнении, равно току (I), приведенное выше уравнение также можно записать как

P = ΔV • I

Комбинируя уравнение закона Ома с приведенным выше уравнением, можно получить два других уравнения мощности.Их

Стандартная метрическая единица измерения мощности – Вт . В единицах измерения ватт эквивалентен усилителю • Вольт, усилителю ² • Ом и вольт ² / Ом.

Затраты на электроэнергию

Коммерческая энергетическая компания взимает с домохозяйств ежемесячную плату за поставленную электроэнергию.В счете за услуги обычно указывается количество энергии, потребленной в течение месяца, в единицах киловатт • часов . Эта единица – единица мощности, умноженная на единицу времени, – это единица энергии. Домохозяйство обычно оплачивает счет на основе количества кВт • ч электроэнергии, потребленной в течение месяца. Таким образом, задача определения стоимости использования конкретного прибора в течение заданного периода времени довольно проста. Сначала необходимо определить мощность и преобразовать ее в киловатты.Затем эту мощность необходимо умножить на время использования в часах, чтобы получить потребляемую энергию в единицах кВт • час. Наконец, это количество энергии должно быть умножено на стоимость электроэнергии в соотношении $ / кВт • час, чтобы определить стоимость в долларах.

Эквивалентное сопротивление

Довольно часто в цепи используется более одного резистора. Хотя каждый резистор имеет собственное индивидуальное значение сопротивления, общее сопротивление цепи отличается от сопротивления отдельных резисторов, составляющих цепь.Величина, известная как эквивалентное сопротивление , указывает полное сопротивление цепи. Концептуально эквивалентное сопротивление – это сопротивление, которое один резистор будет иметь, чтобы оказывать такое же общее влияние на сопротивление, как и комбинация резисторов, которые присутствуют. Таким образом, если в цепи есть три резистора с эквивалентным сопротивлением 25 Ом, то один резистор 25 Ом может заменить три отдельных резистора и оказать влияние на схему, эквивалентное .Значение эквивалентного сопротивления (R _eq ) учитывает индивидуальные значения сопротивления резисторов и способ их подключения.

Есть два основных способа включения резисторов в электрическую цепь. Они могут быть соединены последовательно или параллельно . Резисторы, соединенные последовательно, подключаются последовательно, так что весь заряд, который проходит через первый резистор, также проходит через другие резисторы.При последовательном соединении весь заряд, протекающий по цепи, проходит через все отдельные резисторы. Таким образом, эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов является суммой значений отдельных сопротивлений этих резисторов.

R _eq = R ₁ + R ₂ + R ₃ +… (последовательные соединения)

Параллельно подключенные резисторы подключаются бок о бок, так что заряд, приближающийся к резисторам, разделяется на два или более разных пути.Параллельно подключенные резисторы характеризуются наличием участков разветвления, в которых заряд разветвляется по разным путям. Заряд, который проходит через один резистор, не проходит через другие резисторы. Эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов меньше значений сопротивлений всех отдельных резисторов в цепи. Хотя это может быть не совсем интуитивно понятным, уравнение эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов дается уравнением с несколькими взаимными членами.

1 / R _eq = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +… (параллельное соединение)

Анализ последовательной цепи

Некоторые проблемы второй половины этого набора относятся к последовательным цепям. Нередко проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов. Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют последовательную цепь, питаемую тремя ячейками и имеющую три последовательно соединенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он пересекает полный контур, становится очевидным, что заряд проходит через все резисторы последовательно. Таким образом, он соответствует критериям последовательной цепи. Знание того, что схема является последовательной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

R _eq = R ₁ + R ₂ + R ₃ +… (последовательные соединения)

Ток последовательной цепи в резисторах такой же, как и в батарее. Поскольку нет ответвлений в местах, где заряд разделяется на пути, можно сказать, что ток в батарее равен току в резисторе 1, равен току в резисторе 2 и равен току в резисторе 3 .. … В форме уравнения можно записать, что

I _{аккумулятор} = I ₁ = I ₂ = I ₃ =… (последовательные цепи)

Когда заряд проходит через резисторы в последовательной цепи, происходит падение электрического потенциала, когда он проходит через каждый резистор.Это падение электрического потенциала на каждом резисторе определяется током через резистор и сопротивлением резистора. Это согласуется с уравнением закона Ома, описанным выше (ΔV = I • R). Поскольку ток (I) в каждом отдельном резисторе одинаков, логично сделать вывод, что резисторы с наибольшим сопротивлением (R) будут иметь наибольшую разность электрических потенциалов (ΔV), приложенную к ним.

Разность электрических потенциалов на отдельных резисторах цепи часто обозначается как падения напряжения .Эти падения напряжения последовательно соединенных резисторов математически связаны с электрическим потенциалом или номинальным напряжением элементов или батареи, которые питают цепь. Если заряд приобретает 12 В электрического потенциала при прохождении через батарею электрической цепи, то он теряет 12 В при прохождении через внешнюю цепь. Это падение электрического потенциала на 12 В является результатом серии отдельных падений электрического потенциала, когда он проходит через отдельные резисторы последовательной цепи.Эти отдельные падения напряжения (разность электрических потенциалов) в сумме дают общее падение напряжения в цепи. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ + ΔV ₂ + ΔV ₃ +… (последовательные цепи)

где ΔV _{аккумулятор} – электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ – это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение последовательных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

Анализ параллельной цепи

Самые последние проблемы в этом наборе относятся к параллельным цепям. Опять же, нет ничего необычного в том, что проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов.Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют собой параллельную цепь с питанием от трех ячеек и имеющую три параллельно соединенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по его пути, когда он проходит через полный контур, становится очевидным, что заряд достигает места разветвления до того, как достигнет резистора. В месте разветвления, которое иногда называют узлом, заряд проходит по одному из трех возможных путей через резисторы.Вместо того, чтобы проходить через каждый резистор, один заряд будет проходить через единственный резистор во время полного цикла вокруг цепи. Таким образом, он соответствует критериям параллельной цепи. Знание того, что схема является параллельной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление схемы с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

1 / R _eq = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +… (параллельное соединение)

В месте разветвления заряд разделяется на отдельные пути.Таким образом, ток в отдельных путях будет меньше, чем ток вне путей. Общий ток в цепи и ток в батарее равны сумме тока в отдельных цепях. В форме уравнения можно записать, что

I _{аккумулятор} = I ₁ + I ₂ + I ₃ +… (параллельные цепи)

Текущие значения этих отдельных ветвей контролируются двумя величинами – сопротивлением резистора в ветви и разностью электрических потенциалов (ΔV), приложенной к ветви.В соответствии с уравнением закона Ома, рассмотренным выше, можно сказать, что ток в ветви 1 равен разности электрических потенциалов на ветви 1, деленной на сопротивление ветви 1. Аналогичные утверждения можно сделать и для других ветвей. В форме уравнения можно сказать, что

Эклектические разности потенциалов (ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ ) на отдельных резисторах часто называют падениями напряжения.Подобно последовательным цепям, любой заряд, покидающий батарею, должен испытывать такое же падение напряжения, как и усиление, которое он обнаруживает при прохождении через батарею. Но в отличие от последовательных цепей, в параллельной цепи заряд проходит только через один резистор. Таким образом, падение напряжения на этом резисторе должно равняться разности электрических потенциалов на батарее. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ = ΔV ₂ = ΔV ₃ +… (параллельные цепи)

где ΔV _{аккумулятор} – электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ – это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение параллельных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

Привычки эффективно решать проблемы

Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физическим проблемам таким образом, чтобы отражать набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки.Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем …

• … внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
• … идентифицирует известные и неизвестные величины и записывает их в организованном порядке, часто записывая их на самой диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например,г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???).
• … строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и во многом зависит от понимания принципов физики.
• … определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
• … выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Подробнее …

Дополнительная литература / Учебные пособия:

Следующие страницы Учебного пособия по физике могут быть полезны для того, чтобы помочь вам в понимании концепций и математики, связанных с этими проблемами.

Набор проблем электрических цепей

Просмотреть набор задач

Электрические схемы Решения с аудиогидом

Слова, содержащие термин: электрическая схема

Текст:

 Чтобы попасть наверх, чтобы выйти
И это разрывает меня дымом, без шуток

Я ни о чем не думаю
Я пустая голова, всего  электрика   схем 
Делают то, что они 

 И страх
В тот день, когда ваша кожа начнет линять

Секреты роботов, спрятанные глубоко внутри
Фирменный дефект,  цепей  доработка
Сны  электрических  овец
Но только когда мы 

 И страх
В тот день, когда ваша кожа начнет линять

Секреты роботов, спрятанные глубоко внутри
Фирменный дефект,  цепей  доработка
Сны  электрических  овец
Но только когда мы 

 Датчики и зонды сканируют мой мозг
Я просыпаюсь в цепях
Дьявольские существа над моей головой
Моя душа полна ужаса


  Электро   контуров  выработка 

 При повышении напряжения даем обрыв всех цепей  

Танец  электрический , ты сила, пусть энергия течет
Давай танцевать  электрический , детка
Пусть 

  Электро  ум, серебро  цепи , электроды;
Никогда не знаешь, кто я.Отец детей, тот, кто стоял рядом с тобой.
Время покажет
Если все секреты 

 фейерверк, показанный на катушке с изображением млечного пути, пропускает еще одну вспышку
желтые листья и длинные рукава
Беглый  контуров  сползание, чтобы разбудить  электрический  овец 

  Электрические  токи заменяют клетки крови
Эксцентричный  контуров  моя душа соединяет
Шарообразный и сильный
Я больше не ломаюсь
Я не могу отдыхать

Мои глаза загораются 

  Электрический  Порка младенцев войны

Подсоедините его к цепи  
Мертвое это вдобавок ???
Вычисляем идеальный фанк

  Электрический  Порка младенцев войны (x3)

Ср 

  Электрический  Порка младенцев войны

Подсоедините его к цепи  
Мертвое это вдобавок ???
Вычисляем идеальный фанк

  Электрический  Порка младенцев войны (x3)

Ср 

 напряжение, пробегающее по ее коже
Стоя там ни с чем.
Она научит меня плавать

Я сказал ох девочка
Ударь меня, как  электрический  угорь
Малышка
Поворот 

  электрический  угорь
Малышка
Заведи меня своим ощущением  electric  "
Я сказал: "о, девочка
Ударь меня, как  электрический  угорь
Малышка
Заведи меня своим  электрическая  

  электрический  угорь
Малышка
Заведи меня своим ощущением  electric  "
Я сказал: "о, девочка
Ударь меня, как  электрический  угорь
Малышка
Заведи меня своим  электрическая  

 побег
Я все время смотрю

Я сделан из металла
Мои схемы   проблеск
Я вечный
Я держу страну в чистоте

Я избран  электрический  шпион
Я защищен 

 побег
Я все время смотрю

Я сделан из металла
Мои схемы   проблеск
Я вечный
Я держу страну в чистоте

Я избран  электрический  шпион
Я защищен 

 побег
Я все время смотрю

Я сделан из металла
Мои схемы   проблеск
Я вечный
Я держу страну в чистоте

Я избран  электрический  шпион
Я защищен 

 нет настоящего выхода
Я все время смотрю

Я сделан из металла
Мои схемы   проблеск
Я вечный
Я держу страну в чистоте

Я избран  электрический  шпион 

 нет настоящего выхода
Я все время смотрю

Я сделан из металла
Мои схемы   проблеск
Я вечный
Я держу страну в чистоте

Я избран  электрический  шпион 

 ты моя батарея

Я чувствую искры между нами
  Электрический  шок
С горячим подключением, если вы его испортите
Я самоуничтожусь

Как вы смотрите на меня
I-I-I короткий 

  электрический  наощупь

Вдоль восточных берегов
Поместите свои схемы   в море
Это то, для чего создан мир
Производство электричества
Вы можете почувствовать это мысленно 

 Электромагнетизм
Электромагнитный ребенок
И я в своем  электрическом  вибрирующем днем
Все, что мы делаем, это кричим ????

Сунул палец в розетку
Токоведущий провод шокировал его 

 Активировать и убить тьму
Переверните переключатель и проверните напряжение
Pizzazz и приручить то, что было побеждено
Разорвите цепь  , чтобы замкнуть ее 

 С напряжением, пробегающим по ее коже
Стоя там ни с чем.
Она научит меня плавать

Сказал ох, девочка
Ударь меня, как  электрический  угорь 

 нет настоящего выхода
Я все время смотрю

Я сделан из металла
Мои схемы   проблеск
Я вечный
Я держу страну в чистоте

Я избран  электрический  шпион 

Мероприятие 1.2.3.A.PHY Electrical Circuits – Albion Hajdini

Введение: В этом упражнении мы пытаемся найти электрические токи в различных типах цепей.

1. В походе вы решили использовать беспроводной воздушный насос, чтобы надуть надувной матрас. Если воздушный насос питается от 9-вольтовой батареи с сопротивлением 18 Ом, какова величина тока, протекающего по цепи?

1. Ди-джей использует розетку на 110 вольт для включения стробоскопа. Если ток, протекающий через светильник, составляет 0,050 А, какое сопротивление в цепи?

Постройте простую схему, показанную ниже, используя резистор 330 Ом, диод и переключатель в разомкнутом положении.Вы должны интерпретировать принципиальную схему для создания цепи. Включите регулируемый источник питания. При разомкнутом переключателе измерьте напряжение на источнике питания, на резисторе 330 Ом и на диоде. Запишите измерения в отведенном ниже месте. B

Напряжение на источнике питания 8,98 В

Напряжение на резисторе (при разомкнутом переключателе) 1 В

Напряжение на диоде (при разомкнутом переключателе) 0 В

3. Замкните переключатель, чтобы диод включается.Измерьте падение напряжения на диоде и резисторе. Запишите измерения в отведенном ниже месте. Оставьте кнопку нажатой и обратите внимание на изменение напряжения резистора.

Напряжение на резисторе (переключатель замкнут) 6,99 В

Напряжение на диоде (переключатель замкнут) 1,97 В

Как изменяется напряжение на резисторе в течение первых нескольких секунд включения светодиода? Он выстреливает чуть ниже единицы

4. Запишите ток, подаваемый источником питания.Используйте напряжение (В) для резистора на предыдущем шаге и ток (I) от источника питания, чтобы определить сопротивление резистора. Покажите свою работу и включите единицы. Проверьте ток с помощью мультиметра.

Ток (дисплей источника питания) 9,0 В

Ток (мультиметр) ма = 20,7 мА 0,0207 А

Сопротивление резистора: Формула: ___ В / I = R ___

Замещающие значения: __9 / 0,0203 = R ____ 9

Сопротивление = ___ 434,78 ___ Ом

Измерения при разомкнутом переключателе:

Ток от источника питания 9 A

Напряжение на источнике питания 8.6 В

Напряжение на резисторе 330 Ом 0 В

Напряжение на диоде № 1 0 В Напряжение на диоде № 2 0 В

5. Замкните переключатель. Запишите новые показания цепи.

Ток от источника питания 9 A

Напряжение на источнике питания 8,6 В

Напряжение на резисторе 330 Ом 4,15 В

Напряжение на диоде 1 2,75 В

Напряжение на диоде 2 1,85 В

Всего напряжение на резисторе и двух диодах 4.89V

% разница между напряжением источника питания и общим падением напряжения на цепи = 44%

6. Добавьте мультиметр между диодами и запишите ток.

Ток между диодами 9,8 мА = 0,0098 А

Напряжение на источнике питания _9__В Напряжение на резисторе ___ 6,12 ___ В

Напряжение на диоде №1 _2.91 ___ В Напряжение на диоде №2 ___ 2.90__В

Общее напряжение на резисторе и диод №1 __9__V

Суммарное напряжение на резисторе и диоде №2 __9__V

7. Измерьте ток через каждый из диодов.

8. Ток через диод №1 ____ 27,3__mA = _0.0273__A Ток через диод №2 ____ 27,7__mA = __0.0277_A

Суммарный ток через диодные ветви __0.055 ___ A

Ток, отдаваемый источником питания __0. 009___A

Напряжение на источнике питания ___9___V

Напряжение на резисторе ___ 6,11__V

Напряжение на диоде №1 _0,58__V Напряжение на диоде №2 _0,56_V

Напряжение на диоде №3 _2.92__V Напряжение на диоде №4 _2.92_V

Как напряжение от источника питания соотносится с другими напряжениями?

Напряжение ниже для 1 и 2, но выше для 3 и 4.

Ток через диоды №1 и №2 __27__mA = 0,027 _A

Ток через диоды №3 и №4 __27__mA = 0,027_A

Ток через диод ветви _ 0,054_A

Суммарный ток от источника питания = 0,01__A

Заключение

1. Объясните разницу между последовательной и параллельной цепями.

При последовательном подключении один диод зависит от другого диода. В параллельной схеме они оба получают индивидуальное питание от источника питания.

1. Объясните разницу между выходным напряжением на батарее и напряжением на каждом компоненте в последовательной цепи. Объясните взаимосвязь между выходным током источника питания и током через каждый компонент в последовательной цепи. Объясните, как ваши данные поддерживают наблюдаемые отношения.

Начинается с цифры 9, и, проходя через диод, он теряет мощность, потому что проходит через резисторы. Ток, идущий на каждый диод, уменьшается, как видно из данных.

9. Объясните, почему ток между диодами такой же, как и от источника питания на этапе 8.

Они оба подключены к одному источнику питания, давая им одинаковую мощность.

10. Объясните взаимосвязь между выходным напряжением источника питания и напряжением на каждом диоде в параллельной цепи.Объясните взаимосвязь между выходным током источника питания и током через каждый диод в параллельной цепи. Объясните, как ваши данные подтверждают наблюдаемые отношения.

В параллельной цепи ток через резистор составляет половину, потому что он не зависит от другого диода для продолжения тока

11. Для комбинированной схемы объясните взаимосвязь между выходным напряжением на источнике питания и напряжение на двух путях.Для комбинированной схемы объясните взаимосвязь между текущим выходным током источника питания и током на каждом пути в параллельной цепи. Объясните, как ваши данные подтверждают наблюдаемые отношения.

Параллельная цепь имеет более высокое напряжение, потому что она подключена к резистору, и они разделяют энергию.

Электрические цепи и сигналы – 1-е издание – Нассир Х. Сабах

Описание книги

Решение проблем со схемой – это не столько вопрос , ​​какие шаги нужно выполнить, сколько , ​​почему эти шаги необходимы.И знание , ​​почему проистекает из глубокого понимания основных концепций и теоретических основ электрических цепей. Устанавливая эталон современного подхода к этой фундаментальной теме, Nassir Sabah Electric Circuits and Signals предлагает исчерпывающее, интуитивно понятное, концептуальное и практическое введение с акцентом на творческое решение проблем.

Профессиональное образование

Этот феноменальный учебник, идеально подходящий для студентов-электротехников в качестве первого шага, также формирует базовые знания по базовой теории, концепциям и методам анализа цепей, поведения и эксплуатации для студентов, следующих по пути в таких областях. такие области, как вычислительная техника, техника связи, электроника, мехатроника, электроэнергетика и системы управления.Автор использует сотни тематических исследований, примеров, упражнений и домашних заданий, чтобы выработать четкое понимание того, как применять теорию к проблемам в различных как знакомых, так и незнакомых контекстах. Ваши ученики смогут с полной уверенностью подойти к любой проблеме. Охват варьируется от основ цепей постоянного и переменного тока до переходных процессов, элементов накопления энергии, естественных откликов и свертки, двухпортовых схем, преобразований Лапласа и Фурье, обработки сигналов и операционных усилителей.

Современные инструменты для будущих новаторов

Наряду с концептуальным подходом к материалу, этот действительно современный текст использует моделирование PSpice со схемой Capture ^® , а также команды MATLAB ^® , чтобы дать студентам практический опыт работы с инструменты, которые они будут использовать после окончания учебы.

Дополнительные материалы в классе

При использовании Electric Circuits and Signals вы получите полное руководство по решениям вместе с прилагаемым к нему компакт-диском с дополнительными материалами.Компакт-диск содержит файл Word ™ для каждой главы, содержащий маркированный, сокращенный текст и рисунки, которые можно использовать в качестве слайдов для занятий или конспектов лекций.

Содержание

Переменные и элементы схемы
Обзор
Задачи обучения
Электрический ток
Напряжение
Электроэнергия и энергия
Назначенные положительные направления
Активные и пассивные элементы схемы
Источники напряжения и тока
Резистор
Конденсатор
Индуктор
Заключительные замечания
Резюме Основные концепции и результаты
Результаты обучения
Дополнительные темы на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Основные схемы соединений и законы
Обзор
Цели обучения
Терминология схем
Законы Кирхгофа
Разделение напряжения и последовательное соединение резисторов
Разделение тока и параллельное соединение резисторов
Преобразование DY
Эквивалентность источника и преобразование
Источник пониженного напряжения
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Основы c Анализ резистивных цепей Обзор

Цели обучения
Количество независимых схемных уравнений
Анализ узлового напряжения
Особые соображения при анализе узлового напряжения
Анализ сеточного тока
Особые соображения при анализе сеточного тока
Наложение
Краткое изложение основных концепций и Результаты
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Задачи и упражнения
Упрощение схем
Обзор
Цели обучения
Эквивалентные схемы
Теорема о замене
Перестановка источника
Удаление избыточных элементов
Использование симметрии
Сводка основных концепций и результатов
Обучение Результаты
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Задачи и упражнения
Синусоидальное устойчивое состояние
Обзор
Цели обучения
Синусоидальная функция
Реакция на сложное синусоидальное возбуждение
Обозначение фазора n
Фазорные отношения элементов схемы
Импеданс и реактивность
Представление в частотной области
Фазорные диаграммы
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на CD
Задачи и упражнения
Линейные и идеальные преобразователи
Обзор
Обучение Цели
Взаимная индуктивность
Линейный трансформатор
Идеальный трансформатор
Отражение цепей
Недостатки трансформатора
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на CD
Проблемы и упражнения
Соотношение мощности и измерения цепей
Обзор
Обучение Цели
Мгновенная и средняя мощность
Комплексная мощность
Коррекция коэффициента мощности
Максимальная передаваемая мощность
Измерение тока, напряжения и мощности
Сводка основных концепций и результатов на CD
Результат обучения s
Дополнительные темы и примеры
Проблемы и упражнения
Сбалансированные трехфазные системы
Обзор
Цели обучения
Трехфазные параметры
Сбалансированное соединение Y
Сбалансированное соединение D
Анализ сбалансированных трехфазных систем
Мощность в сбалансированном трехфазном Фазовые системы
Преимущества трехфазных систем
Производство, передача и распределение электроэнергии
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Задачи и упражнения
Ответы на периодические входные данные
Обзор
Цели обучения
Фурье Анализ Фурье серии

Свойства симметрии ряда Фурье
Получение FSE из характеристик других функций
Заключительные замечания по FSE
Отклики цепи на периодические функции
Средняя мощность и среднеквадратичные значения
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения 909 00 Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Частотные характеристики
Обзор
Цели обучения
Частотные характеристики первого порядка
Графики Боде
Полосовой отклик
Полосовой отклик
Низкочастотный и верхний частотные характеристики второго порядка
Улучшенные характеристики фильтров
Сводка Основные концепции и результаты Результаты обучения

Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Двойственность и элементы накопления энергии Обзор
Цели обучения
Двойственность
Мгновенные изменения
Импульсная функция Серия
и параллельные соединения с нулевой начальной энергией Серия
и параллельные соединения с начальным запасом энергии
Сохранение заряда и потокосцепление
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на CD
Проблемы и упражнения
Естественные ответы и возражения volution
Обзор
Цели обучения
Естественные отклики контуров первого порядка
Естественные отклики контуров второго порядка
Свертка
Особые случаи свертки
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на CD
Задачи и упражнения
Коммутируемые схемы
Обзор
Цели обучения
Роль переходного процесса
Зарядка элемента накопления энергии
Общее решение для схем первого порядка
Переходная характеристика схем второго порядка
Коммутируемые схемы второго порядка
Сводка основных концепций и результатов Результаты обучения

Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Двухпортовые схемы
Обзор
Цели обучения
Описание схемы
Интерпретация параметров и взаимосвязи Эквивалентные схемы

Составные двухпортовые схемы
Анализ Ter двухпортовые схемы
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Задачи и упражнения
Преобразование Лапласа
Обзор
Цели обучения
Определение преобразования Лапласа
Свойства преобразования Лапласа
Решение обычного , Линейные дифференциальные уравнения
Теоремы о преобразовании Лапласа
Отклики элементов схемы в области s
Решение проблем схемы в области s
Интерпретации откликов схемы в области s
Сводка основных концепций и результатов Результаты обучения

Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Преобразование Фурье
Обзор
Цели обучения
Вывод преобразования Фурье
Некоторые общие свойства преобразования Фурье
Рабочие свойства преобразования Фурье
Схемы применения преобразования Фурье
Теорема Парсеваля
Основные свойства сигналов и систем
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Задачи и упражнения
Основные операции обработки сигналов Обзор

Цели обучения
Искажение
Модуляция
Деконволюция
Выборка
Фильтрация и сглаживание
Аналого-цифровое преобразование
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Обработка сигналов с использованием операционных усилителей
Обзор
Цели обучения
Идеальный операционный усилитель и базовые конфигурации
Недостатки ОУ и их влияние
Активные фильтры первого порядка
Активные фильтры второго порядка
Компараторы
Сводка основных концепций
Результаты обучения
S Дополнительные темы и примеры на компакт-диске
Проблемы и упражнения
Аналоги электрических цепей неэлектрических систем
Обзор
Цели обучения
Механические системы
Гидравлические системы
Тепловые системы
Ячеистая мембрана
Сводка основных концепций и результатов
Результаты обучения
Дополнительные темы и примеры на CD
Задачи и упражнения
Приложение: справочные материалы
Библиографический указатель

Цепей Блок (Полный)

Основные вопросы:
1) Что такое электричество?
2) Что такое проводник?
3) Что такое изолятор?
4) Что такое схема?
5) В чем разница между последовательной схемой и параллельной схемой?
6) В чем был бы недостаток разводки всего дома по последовательной схеме?

Вводная геологоразведочная деятельность (оценка предшествующих знаний):

Слияние слов «Электричество» – Учащиеся определяют ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, используя свои собственные слова.
1. Напишите на доске ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, и пусть учащиеся по очереди пишут, что, по их мнению, это означает.
2. Также попросите их назвать что-нибудь, что использует электричество.
3. Обсудите все, что думают об электричестве и устройствах, которые его используют.
4. Предложите им подумать об устройствах, которые используют электроэнергию, которых они могут не ожидать, например, о часах в комнате, утренних объявлениях, кулере для напитков, освещенных указателях выхода и т. Д.

Электричество, ролевая игра

Цель: Продемонстрировать поведение электрического тока при его контакте с проводником по сравнению с его контактом с изолятором.Чтобы электрическая цепь
работала, она должна непрерывно проходить от источника питания
к устройству, которое питает его. Если цепь разорвана или
заблокирован изолятором, питание не может пройти.

Процедуры:
1. Попросите учащихся встать непрерывной линией бок о бок.
Студенты будут обнимать друг друга за плечи.

2. Первый человек в очереди начинает волну, наклоняясь, а затем снова вставая.Это последовательно подтянет и всех остальных в линии, имитируя электрический ток, протекающий через проводник .

4. Затем ученики моделируют изолятор . Повторите линию учеников, обнимая друг друга за плечи, но на этот раз пусть один ученик посередине опускает руки по бокам. Они по-прежнему должны быть рядом с другими учениками, но не связаны с ними. Опять же, первый человек в очереди наклоняется в талии и встает. Что происходит?

4. Обсудите со студентами, что произошло на этот раз – как изгибная волна остановилась на незанятом ученике. Это имитирует эффект изолятора (непривязанного ученика), который представляет собой материал, не позволяющий электричеству легко проходить через него.

5. Укажите, что хороший проводник – это плохой изолятор, а плохой проводник – хороший изолятор. Проведите мозговой штурм с учениками: один из предметов, которые, по их мнению, будут хорошими проводниками, и те, которые будут хорошими изоляторами.Спросите их, как они узнают, что есть что.

6. После завершения урока по электричеству и схемам еще раз обсудите эту гипотезу со студентами, чтобы увидеть, подтвердили ли их эксперименты с изоляторами и проводниками их предположения.

Компьютерное моделирование электрических цепей | Закон Ома

Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в области науки и техники. Существует программное обеспечение для моделирования электрических цепей с помощью компьютера, и эти программы могут быть очень полезны, помогая разработчикам схем проверять идеи перед построением реальных схем, экономя много времени и денег.

Эти же программы могут быть фантастическими помощниками для начинающих студентов-электронщиков, позволяя быстро и легко исследовать идеи без необходимости сборки реальных схем. Конечно, ничто не заменит фактическое построение и тестирование реальных схем, но компьютерное моделирование определенно помогает в процессе обучения, позволяя студенту экспериментировать с изменениями и видеть их влияние на схемы.

На протяжении всей книги я буду часто использовать компьютерные распечатки результатов моделирования схем, чтобы проиллюстрировать важные концепции.Наблюдая за результатами компьютерного моделирования, учащийся может интуитивно понять поведение схемы без запугивания абстрактного математического анализа.

Моделирование схем с помощью SPICE

Чтобы моделировать схемы на компьютере, я использую специальную программу под названием SPICE, которая работает, описывая схему для компьютера с помощью списка текста. По сути, этот список является своего рода компьютерной программой и должен соответствовать синтаксическим правилам языка SPICE.

Затем компьютер используется для обработки или «запуска» программы SPICE, которая интерпретирует текстовый листинг, описывающий схему, и выводит результаты его подробного математического анализа, также в текстовой форме. Многие детали использования SPICE описаны в томе 5 («Справочник») этой серии книг для тех, кто хочет получить больше информации. Здесь я просто представлю основные концепции, а затем применим SPICE для анализа этих простых схем, о которых мы читали.

Во-первых, нам нужно установить SPICE на нашем компьютере.Как бесплатная программа, она обычно доступна для загрузки в Интернете в форматах, подходящих для многих различных операционных систем. В этой книге я использую одну из более ранних версий SPICE: версию 2G6 из-за простоты использования.

Далее нам нужна схема для анализа SPICE. Давайте попробуем одну из схем, показанных ранее в этой главе. Вот его принципиальная схема:

Эта простая схема состоит из батареи и резистора, соединенных напрямую вместе.Мы знаем напряжение батареи (10 В) и сопротивление резистора (5 Ом), но ничего больше о схеме. Если мы опишем эту схему для SPICE, она сможет сказать нам (по крайней мере), какой ток у нас есть в цепи, используя закон Ома (I = E / R).

SPICE – текстовая программа

SPICE не может напрямую понять схематическую диаграмму или любую другую форму графического описания. SPICE – это текстовая компьютерная программа, которая требует, чтобы схема была описана с точки зрения ее составляющих компонентов и точек подключения.Каждая уникальная точка подключения в цепи описывается для SPICE номером «узла». Точки, которые являются электрически общими друг с другом в моделируемой цепи, обозначаются как таковые, имея одинаковый номер.

Было бы полезно думать об этих числах как о номерах «проводов», а не о номерах «узлов», следуя определению, данному в предыдущем разделе. Вот как компьютер узнает, что к чему подключено: через общие номера проводов или узлов. В нашей примерной схеме у нас есть только два «узла»: верхний провод и нижний провод.SPICE требует, чтобы где-то в цепи был узел 0, поэтому мы обозначим наши провода 0 и 1:

На приведенном выше рисунке я показал несколько меток «1» и «0» вокруг каждого соответствующего провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек, имеющих общие номера узлов, но все же это графическое изображение, а не текстовое описание. SPICE должен иметь значения компонентов и номера узлов, данные ему в текстовой форме, прежде чем можно будет продолжить любой анализ.

Использование текстового редактора для создания файлов SPICE

Создание текстового файла на компьютере включает использование программы, называемой текстовым редактором .Подобно текстовому процессору, текстовый редактор позволяет вам вводить текст и записывать то, что вы набрали, в виде файла, хранящегося на жестком диске компьютера. В текстовых редакторах отсутствует возможность форматирования текстовых процессоров ( курсив , полужирный или подчеркнутые символы), и это хорошо, поскольку такие программы, как SPICE, не знают, что делать с этой дополнительной информацией. Если мы хотим создать простой текстовый файл, в котором абсолютно ничего не записано, кроме символов клавиатуры, которые мы выбираем, текстовый редактор – это инструмент, который следует использовать.

При использовании операционной системы Microsoft, такой как DOS или Windows, с системой легко доступны несколько текстовых редакторов. В DOS есть старая программа редактирования текста Edit , которую можно вызвать, набрав edit в командной строке. В Windows (3.x / 95/98 / NT / Me / 2k / XP) текстовый редактор Notepad – ваш стандартный выбор.

Доступно множество других программ для редактирования текста, а некоторые даже бесплатны. Я использую бесплатный текстовый редактор под названием Vim и запускаю его в операционных системах Windows 95 и Linux.Неважно, какой редактор вы используете, поэтому не беспокойтесь, если скриншоты в этом разделе не похожи на ваши; здесь важная информация: то, что вы набираете , а не , какой редактор вы используете.

Чтобы описать эту простую двухкомпонентную схему для SPICE, я начну с вызова моей программы текстового редактора и ввода строки «заголовка» для схемы:

Мы можем описать батарею для компьютера, введя строку текста, начинающуюся с буквы «v» (для «Источник напряжения»), указав, к какому проводу подключается каждая клемма батареи (номера узлов), и напряжение, вот так:

Эта строка текста сообщает SPICE, что у нас есть источник напряжения, подключенный между узлами 1 и 0, постоянный ток (DC), 10 вольт.Это все, что нужно знать компьютеру о батарее. Теперь обратимся к резистору: SPICE требует, чтобы резисторы были описаны буквой «r», номерами двух узлов (точек соединения) и сопротивлением в омах. Поскольку это компьютерное моделирование, указывать номинальную мощность резистора не нужно. В «виртуальных» компонентах есть одна хорошая черта: им не могут повредить чрезмерное напряжение или ток!

Теперь SPICE будет знать, что между узлами 1 и 0 подключен резистор со значением 5 Ом.Эта очень короткая строка текста сообщает компьютеру, что у нас есть резистор («r»), подключенный между теми же двумя узлами, что и батарея (1 и 0), со значением сопротивления 5 Ом.

Если мы добавим в эту коллекцию команд SPICE оператор .end, чтобы указать конец описания схемы, у нас будет вся необходимая SPICE информация, собранная в одном файле и готовая к обработке. Это описание схемы, состоящее из строк текста в компьютерном файле, технически известно как список соединений или дек :

Перемещение файлов текстового редактора в SPICE

Когда мы закончим вводить все необходимые команды SPICE, нам нужно «сохранить» их в файл на жестком диске компьютера, чтобы SPICE мог ссылаться на него при вызове.Так как это мой первый список соединений SPICE, я сохраню его под именем «circuit1.cir» (настоящее имя может быть произвольным).

Вы можете выбрать для своего первого списка соединений SPICE совершенно другое имя, при условии, что вы не нарушаете какие-либо правила именования файлов для вашей операционной системы, например, используя не более 8 + 3 символов (восемь символов в имени и три символы в расширении: 12345678.123) в DOS.

Для вызова SPICE (скажите ему обработать содержимое схемы 1.cir netlist), мы должны выйти из текстового редактора и получить доступ к командной строке («приглашение DOS» для пользователей Microsoft), где мы можем ввести текстовые команды, которым операционная система компьютера будет подчиняться.

Этот «примитивный» способ вызова программы может показаться архаичным пользователям компьютеров, привыкшим к графической среде «укажи и щелкни», но это очень мощный и гибкий способ решения задач.

Помните, что то, что вы делаете здесь, используя SPICE, является простой формой компьютерного программирования, и чем удобнее вы будете давать компьютеру команды в текстовой форме, которым нужно следовать – в отличие от простого щелчка мышью по изображениям значков – больше мастерства вы будете иметь над своим компьютером.

В командной строке введите эту команду, а затем нажмите клавишу [Enter] (в этом примере используется имя файла circuit1.cir; если вы выбрали другое имя файла для файла списка соединений, замените его):

специя 
 Вот как это выглядит на моем компьютере (работающем под управлением операционной системы Linux) непосредственно перед нажатием клавиши [Enter]:
 Как только вы нажмете клавишу [Enter] для выполнения этой команды, текст из вывода SPICE должен прокрутиться на экране компьютера.Вот скриншот, показывающий, что SPICE выводит на моем компьютере (я увеличил окно «терминала», чтобы показать вам полный текст. В терминале нормального размера текст легко превышает длину одной страницы):
 SPICE начинается с повторения списка соединений со строкой заголовка и оператором .end. Примерно в середине симуляции он отображает напряжение на всех узлах относительно узла 0. В этом примере у нас есть только один узел, кроме узла 0, поэтому он отображает напряжение там: 10.0000 вольт.
 Затем он отображает ток через каждый источник напряжения. Поскольку у нас есть только один источник напряжения во всей цепи, он отображает только ток через него. В этом случае ток источника составляет 2 ампера. Из-за необычного способа, которым SPICE анализирует ток, значение 2 ампера выводится как отрицательное (-) 2 ампера.
 Последняя строка текста в отчете об анализе компьютера - это «общая рассеиваемая мощность», которая в данном случае выражается как «2,00E + 01» ватт: 2,00 x 101, или 20 ватт.SPICE выводит большинство цифр в научном представлении, а не в обычном (с фиксированной точкой).
 Хотя сначала это может показаться более запутанным, на самом деле это менее запутанно, когда задействованы очень большие или очень маленькие числа. Подробности научных обозначений будут рассмотрены в следующей главе этой книги.
 Одним из преимуществ использования «примитивной» текстовой программы, такой как SPICE, является то, что обрабатываемые текстовые файлы чрезвычайно малы по сравнению с другими форматами файлов, особенно графическими форматами, используемыми в другом программном обеспечении для моделирования схем.
 Кроме того, тот факт, что вывод SPICE представляет собой простой текст, означает, что вы можете направить вывод SPICE в другой текстовый файл, где он может быть обработан. Для этого мы повторно отправляем команду операционной системе компьютера на вызов SPICE, на этот раз перенаправляя вывод в файл, который я назову «output.txt»:
 SPICE на этот раз будет работать «тихо», без вывода потока текста на экран компьютера, как раньше. Будет создан новый файл output1.txt, который вы можете открыть и изменить с помощью текстового редактора или текстового редактора.Для этой иллюстрации я воспользуюсь тем же текстовым редактором ( Vim ), чтобы открыть этот файл:
 Теперь я могу свободно редактировать этот файл, удаляя любой посторонний текст (например, «баннеры», показывающие дату и время), оставляя только текст, который я считаю подходящим для анализа моей схемы:
 После соответствующего редактирования и повторного сохранения под тем же именем файла (output.txt в данном примере) текст может быть вставлен в любой документ, при этом «простой текст» является универсальным форматом файла почти для всех компьютерных систем.Я даже могу включить его прямо в текст этой книги, а не в виде графического изображения «снимок экрана», например:
мой первый кругооборот
 v 1 0 постоянного тока 10
 г 1 0 5
 .конец
 напряжение узла
 (1) 10,0000
 токи источника напряжения
 имя текущее
 v -2.000E + 00
 общая рассеиваемая мощность 2.00E + 01 Вт
 
 Кстати, это предпочтительный формат для вывода текста из моделирования SPICE в этой серии книг: в виде реального текста, а не в виде графических снимков экрана.
 Изменение значений в SPICE 
 Чтобы изменить значение компонента в симуляции, нам нужно открыть файл списка соединений (circuit1.cir) и внесите необходимые изменения в текстовое описание схемы, затем сохраните эти изменения с тем же именем файла и повторно вызовите SPICE в командной строке.
 Этот процесс редактирования и обработки текстового файла знаком каждому программисту. Одна из причин, по которой мне нравится преподавать SPICE, заключается в том, что он подготавливает ученика к тому, чтобы думать и работать как компьютерный программист, и это хорошо, потому что компьютерное программирование - важная область работы с передовой электроникой.
 Ранее мы исследовали последствия изменения одной из трех переменных в электрической цепи (напряжение, ток или сопротивление), используя закон Ома для математического предсказания того, что произойдет.Теперь давайте попробуем сделать то же самое с помощью SPICE, чтобы провести вычисления за нас.
 Если бы мы утроили напряжение в нашей последней примерной схеме с 10 до 30 вольт и сохранили сопротивление цепи неизменным, мы бы ожидали, что ток также утроится. Давайте попробуем это, изменив имя нашего файла списка соединений, чтобы не перезаписать первый файл.
 Таким образом, у нас будет  и  версий моделирования схем, сохраненных на жестком диске нашего компьютера для использования в будущем. Следующий текстовый листинг является результатом SPICE для этого модифицированного списка соединений, отформатированного как обычный текст, а не как графическое изображение экрана моего компьютера:
Схема второго примера
 в 1 0 постоянного тока 30
 г 1 0 5
 .конец
 напряжение узла
 (1) 30,0000
 токи источника напряжения
 имя текущее
 v -6.000E + 00
 общая рассеиваемая мощность 1.80E + 02 Вт
 
 Как и ожидалось, ток утроился с увеличением напряжения. Раньше ток составлял 2 ампера, но теперь он увеличился до 6 ампер (-6,000 x 100). Также обратите внимание на то, как увеличилась общая рассеиваемая мощность в цепи. Раньше он составлял 20 Вт, а сейчас 180 Вт (1,8 x 102).
 Если вспомнить, что мощность связана с квадратом напряжения (закон Джоуля: P = E2 / R), это имеет смысл.Если мы утроим напряжение в цепи, мощность должна увеличиться в девять раз (32 = 9). Девять умноженное на 20 действительно равно 180, поэтому выходные данные SPICE действительно коррелируют с тем, что мы знаем о мощности в электрических цепях.
 Создание комментариев в SPICE 
 Если мы хотим увидеть, как эта простая схема будет реагировать на широкий диапазон напряжений батареи, мы можем вызвать некоторые из более продвинутых опций в SPICE. Здесь я воспользуюсь опцией анализа «.dc», чтобы изменять напряжение батареи от 0 до 100 вольт с шагом 5 вольт, распечатывая напряжение и ток цепи на каждом шаге.
 Строки в списке соединений SPICE, начинающиеся со звездочки («*»), представляют собой  комментариев . То есть они не приказывают компьютеру делать что-либо, связанное с анализом цепей, а просто служат заметками для любого человека, читающего текст списка соединений.
схема третьего примера
 v 1 0
 г 1 0 5
 * оператор ".dc" предписывает программе Spice убрать подачу "v"
 * напряжение от 0 до 100 вольт с шагом 5 вольт.
 .dc v 0100 5
 .print dc v (1) i (v)
 .конец
 
 Команды печати и печати 
.Команда print в этом списке соединений SPICE указывает SPICE на печать столбцов чисел, соответствующих каждому этапу анализа:
v я (v)
 0.000E + 00 0.000E + 00
 5.000E + 00 -1.000E + 00
 1.000E + 01 -2.000E + 00
 1.500E + 01 -3.000E + 00
 2.000E + 01 -4.000E + 00
 2.500E + 01 -5.000E + 00
 3.000E + 01 -6.000E + 00
 3.500E + 01 -7.000E + 00
 4.000E + 01 -8.000E + 00
 4.500E + 01 -9.000E + 00
 5.000E + 01 -1.000E + 01
 5.500E + 01 -1.100E + 01
 6.000E + 01 -1.200E + 01
 6.500E + 01 -1.300E + 01
 7.000E + 01 -1.400E + 01
 7.500E + 01 -1.500E + 01
 8.000E + 01 -1.600E + 01
 8.500E + 01 -1.700E + 01
 9.000E + 01 -1.800E + 01
 9.500E + 01 -1.900E + 01
 1.000E + 02 -2.000E + 01
 
 Если я повторно отредактирую файл списка соединений, заменив команду .print на команду .plot, SPICE выведет грубый график, состоящий из текстовых символов:
Легенда: + = v # ветка
 -------------------------------------------------- ----------------------
 развертка v # branch-2.00e + 01 -1.00e + 01 0.00e + 00
 --------------------- | ------------------------ | --- --------------------- |
 0.000e + 00 0,000e + 00. . +
 5.000e + 00 -1.000e + 00. . +.
 1.000e + 01 -2.000e + 00. . +.
 1.500e + 01-3.000e + 00. . +.
 2.000e + 01 -4.000e + 00. . +.
 2.500e + 01-5.000e + 00. . +.
 3.000e + 01-6.000e + 00. . +.
 3.500e + 01-7.000e + 00. . +.
 4.000e + 01-8.000e + 00. . +.
 4.500e + 01 -9.000e + 00. . +.
 5.000e + 01 -1.000e + 01. +.
 5.500e + 01 -1.100e + 01. +. .
 6.000e + 01 -1.200e + 01. +. .
 6.500e + 01 -1.300e + 01. +. .
 7.000e + 01 -1.400e + 01. +. .
 7.500e + 01 -1.500e + 01. +. .
 8.000e + 01 -1.600e + 01. +. .8.500e + 01 -1.700e + 01. +. .
 9.000e + 01 -1.800e + 01. +. .
 9.500e + 01 -1.900e + 01. +. .
 1.000e + 02 -2.000e + 01 +. .
 --------------------- | ------------------------ | --- --------------------- |
 развертка v # branch-2.00e + 01 -1.00e + 01 0.00e + 00
 
 В обоих форматах вывода числа в левом столбце представляют напряжение батареи в каждом интервале, поскольку оно увеличивается от 0 до 100 вольт, по 5 вольт за раз. Цифры в правом столбце указывают ток цепи для каждого из этих напряжений.Посмотрите внимательно на эти числа, и вы увидите пропорциональное соотношение между каждой парой:
 Закон
 Ома (I = E / R) верен в каждом случае, каждое значение тока составляет 1/5 соответствующего значения напряжения, потому что сопротивление цепи составляет ровно 5 Ом. Опять же, отрицательные числа для тока в этом анализе SPICE - это скорее причуда, чем что-либо еще. Просто обратите внимание на абсолютное значение каждого числа, если не указано иное.
 Компьютерные программы для интерпретации и преобразования данных SPICE 
 Есть даже некоторые компьютерные программы, способные интерпретировать и преобразовывать неграфические данные, выводимые SPICE, в графический график.Одна из этих программ называется  Nutmeg , и ее результат выглядит примерно так:
 Обратите внимание, как мускатного вычерчивает резистор напряжение V (1) (напряжение между узлом 1 и предполагаемой опорной точкой узла 0) в виде линии с положительным наклоном (от нижнего левого к верхнему углу).