Corrente impulsiva

In vari dispositivi elettronici, ad esempio, in apparecchiature elettroniche e a semiconduttore, ad es. in amplificatori, raddrizzatori, radio, generatori, televisori, nonché in microfoni a carbone, telegrafi e molti altri dispositivi, sono ampiamente utilizzate correnti e tensioni di ripple... Per per non ripetere due volte il ragionamento, parleremo solo di correnti, ma tutto ciò che è relativo alle correnti vale anche per le tensioni.

Le correnti pulsanti che hanno una direzione costante ma cambiano il loro valore possono essere diverse. A volte il valore corrente cambia dal più alto al più basso valore diverso da zero. In altri casi, la corrente viene ridotta a zero. Se circuito in corrente continua viene interrotto ad una certa frequenza, quindi per alcuni intervalli di tempo non c'è corrente nel circuito.

Nella fig. 1 mostra grafici di varie correnti d'onda. Nella fig. 1, a, b, la variazione delle correnti avviene secondo curva sinusoidale, ma queste correnti non devono essere considerate correnti alternate sinusoidali, poiché la direzione (segno) della corrente non cambia. Nella fig.1, c mostra una corrente costituita da impulsi separati, cioè "shock" di corrente di breve durata, separati l'uno dall'altro da pause di durata maggiore o minore, ed è spesso chiamata corrente pulsata. Diverse correnti pulsate differiscono l'una dall'altra nella forma e nella durata degli impulsi, nonché nella frequenza di ripetizione.

È conveniente considerare una corrente pulsante di qualsiasi tipo come la somma di due correnti: continua e alternata, chiamate correnti a termine o componenti. Qualsiasi corrente pulsante ha componenti CC e CA. Questo sembra strano a molti. In effetti, dopotutto, una corrente pulsante è una corrente che scorre continuamente in una direzione e cambia valore.

Come puoi dire che contiene corrente alternata che cambia direzione? Tuttavia, se due correnti - diretta e alternata - passano simultaneamente attraverso lo stesso filo, si scopre che in quel filo scorrerà una corrente pulsante (Fig. 2). In questo caso, l'ampiezza della corrente alternata non deve superare il valore della corrente continua. Le correnti continue e alternate non possono fluire separatamente attraverso il filo. Si aggiungono a un flusso generale di elettroni che ha tutte le proprietà di una corrente pulsante.

Riso. 1. Grafici di varie correnti d'onda

La somma delle correnti CA e CC può essere rappresentata graficamente. Nella fig. 2 sono riportati i grafici di una corrente continua pari a 15 mA e di una corrente alternata con ampiezza di 10 mA. Se sommiamo i valori di queste correnti per i singoli punti nel tempo, tenendo conto delle direzioni (segni) delle correnti, otteniamo il grafico della corrente d'onda mostrato in fig. 2 con una linea in grassetto. Questa corrente varia da un minimo di 5 mA a un massimo di 25 mA.

La somma considerata delle correnti conferma la validità della rappresentazione della corrente pulsante come somma di correnti continue e alternate. La correttezza di questa rappresentazione è confermata anche dal fatto che con l'ausilio di alcuni dispositivi è possibile separare tra loro i componenti di questa corrente.

Riso. 2. Ottenere una corrente pulsante aggiungendo corrente continua e alternata.

Va sottolineato che qualsiasi corrente può sempre essere rappresentata come somma di più correnti. Ad esempio, una corrente di 5 A può essere considerata la somma delle correnti 2 e 3 A che scorrono in una direzione, oppure la somma delle correnti 8 e 3 A che scorrono in direzioni diverse, ovvero, in altre parole, la differenza tra le correnti 8 e 3 A. Non è difficile trovare altre combinazioni di due o più correnti per un totale di 5 A.

Qui c'è una completa somiglianza con il principio di addizione e scomposizione delle forze. Se due forze ugualmente dirette agiscono su qualsiasi oggetto, possono essere sostituite da una forza comune. Le forze che agiscono in direzioni opposte possono essere sostituite da una differenza unitaria. Al contrario, una data forza può sempre essere considerata la somma di corrispondenti forze ugualmente dirette o la differenza tra forze dirette in modo opposto.

Non è necessario scomporre le correnti alternate dirette o sinusoidali in correnti componenti. Se sostituiamo la corrente pulsante con la somma delle correnti continue e alternate, applicando le leggi note delle correnti continue e alternate a queste correnti componenti, è possibile risolvere molti problemi ed effettuare i calcoli necessari relativi alla corrente pulsante.

Il concetto di corrente pulsante come somma di correnti continue e alternate è convenzionale.Naturalmente, non si può presumere che in determinati intervalli di tempo le correnti continue e alternate scorrano davvero l'una verso l'altra lungo il filo. In effetti, non ci sono due flussi opposti di elettroni.

In realtà, una corrente pulsante è una singola corrente che cambia il suo valore nel tempo. È più corretto dire che la tensione pulsante o EMF pulsante può essere rappresentata come la somma delle componenti costanti e variabili.

Ad esempio, nella fig. 2 mostra come algebricamente la fem costante di un generatore viene aggiunta alla fem variabile di un altro generatore. Di conseguenza, abbiamo un EMF pulsante che provoca la corrispondente corrente pulsante. Condizionalmente, tuttavia, si può considerare che un EMF costante crea una corrente continua nel circuito e un EMF alternato - una corrente alternata che, sommata, forma una corrente pulsante.

Ogni corrente pulsante può essere caratterizzata dai valori massimo e minimo di Itax e Itin, nonché dalle sue componenti costanti e variabili. La componente costante è indicata con I0. Se la componente alternata è una corrente sinusoidale, la sua ampiezza è indicata da It (tutte queste quantità sono mostrate in Fig. 2).

Non deve essere confuso con It e Itax. Inoltre, il valore massimo dell'onda corrente Imax non dovrebbe essere chiamato ampiezza. Il termine ampiezza di solito si riferisce solo a correnti alternate. Per quanto riguarda la corrente pulsante, possiamo solo parlare dell'ampiezza della sua componente variabile.

La componente costante della corrente pulsante può essere chiamata il suo valore medio Iav, cioè il valore medio aritmetico. Infatti, se consideriamo i cambiamenti in un periodo della corrente pulsante mostrati in Fig.2, si vede chiaramente quanto segue: nel primo semiciclo si sommano più valori alla corrente di 15 mA variando la componente di corrente, variando da 0 a 10 mA e di nuovo a 0, e nella seconda metà -ciclo, esattamente gli stessi valori di corrente vengono sottratti dalla corrente 15 mA.

Pertanto, la corrente di 15 mA è in realtà il valore medio. Poiché la corrente è il trasferimento di cariche elettriche attraverso la sezione trasversale del filo, allora Iav è il valore di tale corrente continua che in un periodo (o per un numero intero di periodi) trasporta la stessa quantità di elettricità di questa corrente pulsante .

Per la corrente alternata sinusoidale, il valore di Iav per periodo è zero perché la quantità di elettricità che passa attraverso la sezione trasversale del conduttore in un semiperiodo è uguale alla quantità di elettricità che passa nella direzione opposta durante un altro semiperiodo. Nei grafici delle correnti che mostrano la dipendenza della corrente i dal tempo t, la quantità di elettricità trasportata dalla corrente è espressa dall'area della figura delimitata dalla curva di corrente, poiché la quantità di elettricità è determinata dal prodotto che esso .

Per una corrente sinusoidale, le aree delle semionde positive e negative sono uguali.Nella corrente pulsante mostrata in fig. 2, durante il primo semestre la quantità di energia elettrica trasportata dalla componente AC viene sommata alla quantità di energia elettrica trasportata dalla corrente Iav (area ombreggiata in figura). E durante la seconda metà del ciclo, viene prelevata esattamente la stessa quantità di elettricità. Di conseguenza, la stessa quantità di elettricità viene trasferita durante l'intero periodo come con una singola corrente continua Iav, ovvero l'area del rettangolo Iav T è uguale all'area delimitata dalla curva della corrente d'onda.

Pertanto, la componente costante o il valore medio della corrente è determinato dal trasferimento di cariche elettriche attraverso la sezione trasversale del filo.

L'attuale equazione mostrata in Fig. 2 va ovviamente scritto nella seguente forma:

La potenza della corrente pulsante deve essere calcolata come somma delle potenze delle correnti che la compongono. Ad esempio, se la corrente mostrata in Fig. 2, passa attraverso un resistore di resistenza R, quindi la sua potenza è

dove I = 0.7Im è il valore efficace della componente variabile.

Si può introdurre il concetto di valore efficace della corrente d'onda Id. La potenza è calcolata nel solito modo:

Uguagliando questa espressione alla precedente e riducendola con R, otteniamo:

Le stesse relazioni possono essere ottenute per le sollecitazioni.