1-Mavzu: Elektronika va elektrotexnika faniga kirish Fanning maqsad va vazifalari

4-Ma’ruza
Mavzu: O'zgarmas tok elektr zanjirlari
1.Umumiy tushunchalar.
2.Tok va kuchlanish manbalari.
3.Tugun va konturlar.
4.Elektr zanjirning asosiy qonuniyatlari.
5.O'zgarmas tokning ishi va quvvati.
Umumiy tushunchalar
Elektr zanjiri deb manbalar va ularga ulangan iste'molchilarning yigindisiga aylanadi, bu zanjirdan ma'lum tok oqib utadi. Elektr zanjirlaridagi elektromagnitaviy jarayonlar tok, kuchlanish, elektr yurituvchi kuch (EYUK) qarshilik (o'tkazuvchanlik), induktivlik, sigim kabi tushunchalar orkali ifodalanadi. Zanjirlardagi tok ikki xil o'zgaruvchan yoki o'zgarmas bo'lishi mumkin. Shuningdek nosinusoidal tok deb ataluvchi elektr toklari ham mavjud bo'lib bunday zanjirlarni keyinroq ko'ramiz.
Vaqt davomida son qiymati va yo'nalishi o'zgarmaydigan tok- o'zgarmas tok deb ataladi. Ya'ni bunda zaryad tashuvchilar (elektronlar) bir tomonga xarakatlanadi. O'zgarmas elektr tokida tok kuchi, kuchlanish, EYUK va qarshilik kabi parametrlar o'zaro bog'langan bo'ladi, shu bog'lanishni urganish elektr zanjirlarida muxim rol o'ynaydi. Xalqaro birliklar sistemasida (SI) tok kuchi- Amper (A), kuchlanish- Volt (V), qarshilik- Om va o'tkazuvchanlik- simens (Sm) deb qabul qilingan. Bu birliklar orasida tok kuchi va kuchlanishni bog'lanishi muxim xususiyatga ega va buni voltamper xarakteristika deb ataladi. Agar elektr zanjiri, yoki elementning voltamper xarakteristikasi to'g'ri chiziqdan iborat bo'lsa bu zanjir yoki element chiziqli deb ataladi.
Masalan aktiv qarshilik Rρ , bu yerda (ρ -solishtirma qarshilik, L-uzunlik, S-simning kesim yuzasi.
Om qonunga ko'ra bu qarshilikdan o’tayotgan tok kuchi I= , yoki JgU
(g- o'tkazuvchanlik) bo'lgani uchun aktiv qarshilik chiziqli element bo'lib, aktiv qarshiliklardan tuzilgan zanjir ham chiziqli elektr zanjiri bo'ladi. Agar elementning voltamper xarakteristikasi egri chiziqdan iborat bo'lsa (masalan diod, termorezistor va xakoza) bunday element nochiziqli element, bunday elementli elektr zanjiri nochiziqli zanjir deb ataladi.
Tok va kuchlanish manbalari
Har qanday elektr energiyasi manbai EYUK - E ga va ichki qarshilik r ga egadir. Bu manba qutblaridagi kuchlanish berk zanjir uchun Om qonuniga ko'ra
UE-Jr
bundan ko'rinadiki tashqi zanjirda tokning ortishi manba qutblaridagi kuchlanishni kamayishiga olib keladi, chunki E va r o'zgarmasdir. Real tok manbalarida doimo r>0 bo'ladi, lekin u yetarlicha kichik bo'lishi mumkin, shuning uchun ikkita chegaraviy xolni ko'ramiz:
a) r=0 bu ideal tok manbai bo'lib E U bo'ladi, ya'ni manba qutblaridagi kuchlanish tok kuchiga bog'lik emas, bu xolda manba EYUK manbasi deb yuritiladi.
b) agar manbaning ichki qarshiligi juda katta r  - bo'lsa bunday manba tok manbai deb ataladi, r va E cheksiz bo'lib ularni nisbati Еr  J_к chekli kattalik bo'ladi va bu tok tashqi yuklama qarshiligiga bog'lik emas.
2.1-rasmda manba tokning kuchlanishga bog'liklik grafigi ko'rsatilgan. Real manbaga a- rasm mos keladi, bunda tok ortishi bilan (tashqi zanjir qarshiligi kamayishi hisobiga) kuchlanish kamayadi, b va v- shakllar mos xolda EYUK va tok manbalari xoliga mos voltamper xarakteristika bo'lib ularda mos xolda kuchlanish yoki tok kuchi o'zgarmas bo'ladi.
Tok va kuchlanish manbalari ideal manba bo'lib amalda bo'lishi mumkin emas, chunki ichki qarshilik r doimo chekli qiymatga ega. Shuni unutmaslik kerakki tok manbai bilan EYUK manbaini aralashtirib yubormaslik kerak.shuning uchun Om qonunini quyidagicha yozish mumkin: I = - bu ifoda berk zanjir uchun Om qonuni deb ataladi.
Manba kiskichlaridagi kuchlanish U_mE-IR_t ga teng bo'lsa, u EYUK dan kichik bo'lib, tashki zanjirdagi kuchlanish tushuvi IR_t ni kompensasiyalaydi. Manbadan chikuvchi energiya R_mEI yoki R_istemI₂ rI₂ R_t
EYUK manbaining ichki qarshiligi kancha kichik bo'lsa, uning ishlab chiqarayotgan energiyasining quvvati shunchalik katta bo'ladi. Manbaning ichki qarshiligi nolga teng bo'lsa bunday manbalar cheksiz quvvatli generatorlar deb ataladi, lekin amalda doimo manbaning ichki qarshiligi noldan katta bo'ladi.
Barcha turdagi elektr zanjirlari uchun Kirxgof qonunlari ham o'rinlidir. Kirxgofning birinchi qonunini ifodalash uchun yana 2.2-rasmga qaytamiz. A tugunga kirayotgan I₁ tok shu tugundan chikayotgan I₂ va I₃ toklarning algebraik yigindisiga teng. Boshkacha qilib aytganda tugunda toklar yuqolmaydi, buni xuddi arikdagi suvga o'xshatish mumkin. Umumiy xolda Kirxgofning birinchi qonuni quyidagicha ta'riflaymiz: «Tugundagi toklarning algebraik yig'indisi nolga teng», ya'ni:
Kirxgofning ikkinchi qonuni elektr zanjiri konturlariga tegishli bo'lib, uni quyidagicha ifodalash mumkin: «Konturdagi EYUK larning algebraik yigindisi shu kontur elementlaridagi kuchlanish tushuvlarining algebraik yigindisiga teng», ya'ni:
Ushbu r, E, R₁ va R₂ elementlardan iborat kontur uchun Kirxgofning ikkinchi qonunini quyidagicha yozish mumkin: Е  I_I (R₁R₂r)-I_IIR₂
Chunki R₂ qarshilikdan II va III toklar qarama-qarshi yo'nalishda o'tadi.
Kontur toklarni taxlil qilish shu narsani ko'rsatadiki, ixtiyoriy elektr zanjirini biror nuqtasini yerga ulab qo'ysak zanjirdagi toklar taqsimoti o'zgarmaydi, chunki zanjirda xech qanday yangi kontur xosil bo'lmaydi. Demak elektr zanjirini ixtiyoriy nuqtasini yerga ulash mumkin va bu bilan zanjirda xech narsa o'zgarmaydi ko'pchilik xollarda elektr zanjirlari potensial diogramma bilan xarakterlanadi. Potensial diogramma deb shunday boglanishga aytiladiki, bunda X o'qiga zanjir qismlari qarshiligi, Y o'qiga bu qarshiliklarga mos keluvchi kuchlanishlar qo’yiladi.
Zanjirdagi o'zgarmas tokning ishi va quvvati
Elektr tokining ish bajarish hususiyatini bilish uchun elektr yurituvchi kuch (EYUK) manbaini uning A va B qismlari orasidagi potensiallar ayirmasi E_А_В sifatida tushunish foydalidir. Bu holda EYUK tashqi kuchlarning bajargan ishi bo'lib, manbaning ichida musbat birlik zaryadni potensiali kichik _V qismdan potensiali katta _A qismga olib o'tishda sarflayotgan manba ishi tushuniladi.
Demak, potensiallar ayirmasi U_AB va zaryadlar soni q₀q qancha katta bo'lsa, bajarilayotgan ish ham shuncha katta bo'ladi, ya'ni: AqU qI·t AI·U·t
Vaqt bo'yicha o'zgarmas kuchlanish va tokning bajargan ishi kuchlanishni tokka va vaqtga ko'paytmasiga teng.
Bajarilgan ishni vaqtga nisbatini ifodalovchi quvvat tushunchasi ham mavjud, ya'ni: PAtU·I (Vt), (kVt), (MVt)
Uzatish liniyalarida elektr energiyasini issiqlikka ketadigan isrofini kamaytirish maqsadida, manba beradigan quvvatni kuchlanishi orttirilib, tok kuchi kamaytiriladi. Bunda uzatish liniyasining o'zida kuchlanishlar tushuvi unchalik katta bo'lmaydi.
Agar elektr uzatish liniyasining kirish qismidagi kuchlanish U₀ ga teng bo'lsa, u xolda zanjirdagi tok quyidagiga teng bo'ladi: I ;
Bu yerda R_L- liniya qarshiligi, R_is-iste'molchining qarshiligi.
U holda manbaning quvvatini quyidagicha ifodalash mumkin, ya'ni:
P₀U₀·IΔU_L·IU_ist·I  I²·R_LI²·R_ist P₀ΔP_LP_ist
Elektr uzatish liniyasining foydali ish koeffisiyenti (FIK)- liniyadagi kuchlanish isrofi (U_L) yoki tok (I) qanchalik kichik bo'lsa shunchalik katta bo'ladi, ya'ni:
η=
Xalqaro birliklar tizimi (SI) da energiya (ish) birligi qilib Joul qabul qilingan, lekin bu elektroenergetika qurilmalarini ishini real yoritish uchun bu juda kichik miqdordir. Shuning uchun amalda (kVt·soat) lardan foydalaniladi: 1kVt·soat 3,6·106 J
Elektr tokining issiqlik ta'siri Joul Lens qonuniga binoan quyidagiga teng bo'ladi: AI·U·tI2·r·tQ
Nazorat savollar.
1. Elektr yurituvchi kuch (EYUK), kuchlanish va tok kuchi qanday birliklarda o'lchanadi?
2. Elektr energiya quvvati, qarshilik qanday birliklarda o'lchanadi?
3. Zanjirning bir qismi va butun zanjir uchun Om qonunini ifodalang?
4. Kirxgof qonunlarini ifodalang?
5. Elektr zanjirlanini tekshirishdan maqsad nima