Діаграми напруг (осцилограми), струмів і з чим це дивляться, Volt-info
Електроніка. Професійно-аматорські рішення.
Сама собоюдіаграма має на увазі графічне відображення залежності двох величин або параметрів. Наприклад, якщо розглядати залежність сили тяжіння якогось тіла від його маси, то таку залежність можна відобразити наступною діаграмою (рис. 1):
Рис.1 Діаграма сили тяжкості, яка залежить від маси тіла.
З неї ми можемо побачити, що чим більша маса тіла (позначена горизонтальною осі), тим більше цій масі відповідає сила тяжіння (відзначена по вертикальній осі). Але ми не захоплюватимемося механікою, нас більше цікавить електрика, тож ближче до теми. Під час роботи з електричними схемами нас частіше цікавитиме три параметри залежностей -напруга,струм ічас. Аналізуючи роботу схем часто доводиться контролювати величину напруги залежить від струму, величину струму залежить від напруги і величину струму або напруги в різні моменти часу. Розглянемо спочатку останній випадок -величина струму або напруги в різні проміжки часу. Ви напевно вже чули вирази“змінна напруга (струм)” тапостійна. Чим ці поняття вирізняються? Скажімо так – характером. Говорячи про характері постійної напруги (струму), можна сказати, що воно не змінюється в різні проміжки часу. Якщо ж розглядати змінну чи пульсуючу напругу (струм) - такий характер величини само собою має на увазі різне значення величин у різні проміжки часу. І в цих випадках нас цікавить характер зміни величини напруги або струму в часі, або як кажуть - закон, за яким вона змінюється.Говорячи закон, тут маємо у вигляді математичний закон (формулу чи функцію). Визначати, за яким законом поводиться напруга чи струм, це завдання швидше математична, і ми зараз не забиватимемо їй голову. А ось визначити характер цієї величини нам цілком під силу. Припустимо, ми маємо вольтметр, яким ми можемо точно виміряти напругу на клемах джерела живлення в будь-який момент часу. І ми запишемо наші виміри у просту табличку, наприклад таку:
Таблиця 1. час, з напруга, 0 0 0,02 4,2 0,04 4,5 0,06 0,7 0,08 -3,7 0,1 -4,7 0,12 -1,3 0,14 3,2 0,16 4,9 0,18 2, 0 0,2 -2,7
Спробуємо побудувати графік по нашій табличці, щоб подивитися, як змінюється напруга з часом. По горизонтальній осі відзначимо пункти часу, коли ми заміряли нашу напругу, а вертикальної осі відзначимо шкалу напруги, за якою і відзначатимемо величину виміряної напруги в заданій точці часу. Отримаємо зображення кількох точок на площині:
Допустимо, ми точно знаємо, що від точки до точки напруга у нас змінюється досить рівномірно, і тоді ми можемо приблизно оцінити його значення у будь-який момент часу, якщо з'єднаємо сусідні точки вимірів. У цьому вийде діаграма виду:
Ми бачимо, що в нас вийшла якась крива, яка дуже близько формою нагадує нам синусоїду. І якщо припустити, що це є синусоїда, то ми сміливо можемо сказати, що в нашому випадку характер змінної напруги синусоїдальний. Якщо нам необхідно побачити більш точну форму кривої діаграми, нам просто потрібно зробити більше вимірів за цей же проміжок часу, і що більше буде таких вимірів, то точнішими і плавнішими будуть лінії нашої діаграми. Багатовже звернули увагу на те, що в такий короткий проміжок часу людина не в змозі фізично зробити так багато вимірів, і тим більше записати їх до таблиці. Все вірно. Але для цього людина і придумала собі на допомогу різні прилади та інструменти. Одним із таких представників єосцилограф. Суть його полягає в тому, що в його електронно-променевій трубці створюється промінь електронів. Цей промінь відхиляється спеціальними електромагнітами по горизонталі та вертикалі. Відхиляючи промінь по горизонталі ми показуємо протягом часу за шкалою екрана. А подавши напругу, що вимірюється, на вертикальну систему магнітів, ми змусимо промінь відхилятися по вертикалі вгору або вниз, залежно від того, збільшується або зменшується ця напруга. Досягаючи стінки екрану електронно-променевої трубки, електрони гинуть, випромінюючи світло, і на екрані на короткий час спалахує низка точок, вимальовуючи траєкторію руху променя. Таким чином, людина змогла створити для себе прилад, здатний малювати вже готові діаграми на екрані в режимі реального часу, при цьому відразу з великим ступенем ймовірності можна визначити характер зміни такої напруги. Графіки, отримані осцилографами зазвичай називаютьосцилограмами.Практична сторона знання характеру напруги доступного нам джерела живлення, те, що ми вже можемо орієнтуватися, яким чином від цього джерела ми можемо запитати нашу чергову саморобку, або вже готовий пристрій. Наприклад, від джерела живлення з постійною напругою якісь пристрої ми можемо підключати безпосередньо. А якщо джерело видає змінну напругу, то для підключення до нього пристрою, що вимагає постійної напруги живлення, потрібно включити між ними ще й випрямляч, стабілізатор, можливо якийсь фільтр абот.п. Якщо розглядати весь спектр електротехнічних пристроїв (а не тільки джерела живлення), то як практична, так і теоретична (проектно-розрахункова) сторона подібного роду діаграм набагато ширша і має дуже важливе значення. Без застосування та аналізу цих діаграм практично неможливо розробити і правильно налаштувати переважну більшість електротехнічних пристроїв.Діаграми (осцилограми) струму виходять аналогічним чином, тільки тут замість напруги враховується струм в електричному ланцюзі, що цікавить нас.Як виміряти струм у ланцюзі, це окрема тема для розмови. Але для розуміння суті процесів рекомендую Вам її так само розглянути. Так само при розробці різних електротехнічних та електронних пристроїв часто потрібнезнання залежності струмів абонапруг різних ділянок схеми або окремих компонентів, а так само залежностінапруги від струму, абоструму від напруги деяких компонентів, включених до схеми якимсь певним чином. Залежності одного параметра, наприклад напруги від напруги або струму від струму частіше відображають якісь підсилюючі або гасять характеристики пристроїв. Наприклад, у підсилювачі струму відношення вихідного струму до вхідного показує коефіцієнт посилення. А діаграма залежності цих струмів показує, як змінюється цей коефіцієнт посилення в діапазоні вхідних струмів. Це дозволяє правильно і ефективно налаштувати пристрої, наприклад щоб підсилювач струму працював з максимальною віддачею і з мінімальними спотвореннями сигналу. При розрахунках та проектуванні схем будь-якої складності, від найпростіших до супер наворочених, враховують властивості кожної компоненти. При включенні будь-якого елемента схеми в ланцюг з напругою відмінною від нуля, по цьому елементу протікатимеякийсь струм. При зміні цієї напруги буде змінюватися і струм, що протікає через даний елемент, наприклад резистор, діод і т.п. Така характеристика компоненти називаєтьсяВольт-амперної (складовий термін, що включає найменування одиниць вимірювання аналізованих величин). На рисунках 4 і 5 зображені приклади вольт-амперних характеристик для резистора та напівпровідникового діода відповідно.
рисунок 4. Вольт-амперна характеристика резистора
Малюнок 5. Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода.
З наведених прикладів на рисунках 4 і 5 бачимо, що характеристики можуть відображатися як у вигляді прямих ліній, так і у вигляді кривих. Характеристики елементів як прямий прийнято називати лінійними, як кривої - нелінійними. Часто так само елементи мають такі характеристики так само називають лінійними і нелінійними. У нашому випадку резистор – лінійний елемент, діод – нелінійний. Складніші елементи схем, такі наприклад, як транзистор, мають кілька ускладнений комплекс характеристик, кожна з яких представляє одну з характеристик, перерахованих вище. Дані характеристики так само з легкістю може відобразити осцилограф, тільки в цьому випадку горизонтальним відхиленням променя керуватиме не час-задающая схема, а наприклад напруга знята з елемента, а вертикальним - струм в ланцюзі елемента. Стаття вийшла злегка роздутою, тому підсумуємо, чого тут начитали:Діаграма - відображення залежності двох величин.Діаграма напруги (струму) - відображення зміни величини напруги (струму) з часом. При незмінній величині струму або напруги (постійний струм або напруга) діаграма матиме вигляд прямої лінії.Вольт-амперна характеристика(ВАХ) - діаграма залежності напруги від струму або навпаки. Варто відзначити, що сучасні осцилографи вміють писати в пам'ять або в файл (при поєднанні пристрою з ПК) задані відрізки діаграм, що дозволяє використовувати ці дані для автоматизованого аналізу та розрахунків, що в ряді випадків дуже корисно та зручно в роботі. 10>В електроніці та електротехніці діаграми описують практично всі важливі властивості всіх елементів , як простих так і складних, які тією чи іншою мірою обов'язково враховуються при побудові схем. Таким чином, без базового уявлення про діаграми, успішне створення електричних схем неможливе.