Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.7: Аналіз несправності компонентів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    101436

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Робота техніка часто тягне за собою «усунення неполадок» (пошук і виправлення неполадок) в несправних ланцюгах. Гарне усунення неполадок - це вимогливе і корисне зусилля, що вимагає ґрунтовного розуміння основних понять, вміння формулювати гіпотези (запропоновані пояснення ефекту), вміння судити про значення різних гіпотез виходячи з їх ймовірності (наскільки ймовірною може бути одна конкретна причина над іншим), і почуття творчості в застосуванні рішення для виправлення проблеми. Хоча ці навички можна перетворити на наукову методологію, більшість практикуючих засобів усунення неполадок погодяться, що усунення неполадок передбачає дотик мистецтва, і що для повного розвитку цього мистецтва може знадобитися багаторічний досвід.

    Важливою навичкою є готове та інтуїтивне розуміння того, як несправності компонентів впливають на схеми в різних конфігураціях. Ми вивчимо деякі наслідки несправностей компонентів як у послідовних, так і в паралельних ланцюгах тут, а потім більшою мірою в кінці розділу «Серійно-паралельні комбіновані схеми».

    Почнемо з простої послідовної схеми:

    00098.png

    При функціонуванні всіх компонентів в цій схемі при належних значеннях ми можемо математично визначити всі струми і перепади напруги:

    10089.png

    Тепер припустимо, що R 2 не вдається закоротити. Shorted означає, що резистор тепер діє як прямий шматок дроту, з невеликим або взагалі відсутнім опором. Схема буде вести себе так, ніби провід «перемички» були підключені через R 2 (на випадок, якщо вам було цікаво, «перемичка» є загальним терміном для тимчасового з'єднання проводів в ланцюзі). Що викликає умова замикання R 2 не має значення для нас у цьому прикладі; ми дбаємо лише про його вплив на ланцюг:

    00099.png

    При закороченні R 2, або по проводу перемички, або через внутрішній вихід з ладу резистора, загальний опір ланцюга зменшиться. Оскільки напруга, що виводиться акумулятором, є постійною (принаймні, в нашому ідеальному моделюванні тут), зменшення загального опору ланцюга означає, що загальний струм ланцюга повинен збільшуватися:

    10090.png

    Коли струм ланцюга збільшується з 20 міліампер до 60 міліампер, падіння напруги на R 1 і R 3 (які не змінили опори) також збільшуються, так що два резистори знижують цілі 9 вольт. R 2, обходячи дуже низьким опором дроти перемички, ефективно усувається з ланцюга, опір від одного висновку до іншого знизилося до нуля. Таким чином, падіння напруги на R 2, навіть при збільшеному сумарному струмі, дорівнює нулю вольт.

    З іншого боку, якби R 2 не вдалося «відкрити» - опір збільшується до майже нескінченних рівнів - це також створить широкомасштабні ефекти в решті ланцюга:

    00100.png

    10091.png

    Коли R 2 при нескінченному опорі, а загальний опір є сумою всіх індивідуальних опорів у послідовному ланцюзі, загальний струм зменшується до нуля. При нульовому струмі ланцюга немає потоку електронів, щоб виробляти падіння напруги на R 1 або R 3. R 2, з іншого боку, проявить повну напругу живлення на своїх клемах.

    Ми можемо застосувати ту саму техніку аналізу до/після до паралельних ланцюгів. Для початку визначаємо, як повинна вести себе «здорова» паралельна схема.

    00101.png

    10092.png

    Припустимо, що R 2 відкривається в цій паралельній схемі, ось які ефекти будуть:

    00102.png

    10093.png

    Зверніть увагу, що в цій паралельній схемі відкрита гілка впливає лише на струм через цю гілку та загальний струм ланцюга. Загальна напруга - розподіляючись порівну на всі компоненти в паралельній схемі, буде однаковою для всіх резисторів. У зв'язку з тим, що у джерела напруги є тенденція утримувати постійну напругу, його напруга не зміниться, і перебуваючи паралельно з усіма резисторами, він буде утримувати всі напруги резисторів такими ж, як вони були раніше: 9 вольт. Оскільки ця напруга є єдиним загальним параметром у паралельному ланцюзі, а інші резистори не змінили значення опору, їх відповідні струми гілок залишаються незмінними.

    Ось що відбувається в схемі побутових ламп: всі лампи отримують свою робочу напругу від електропроводки, розташованої паралельно. Включення і виключення однієї лампи (одна гілка в цій паралельній схемі замикання і розмикання) не впливає на роботу інших ламп в приміщенні, тільки струм в цій одній лампі (ланцюг відгалуження) і сумарний струм, що живлять всі лампи в приміщенні:

    00357.png

    В ідеальному випадку (з ідеальними джерелами напруги і з'єднувальним проводом нульового опору) закорочені резистори в простій паралельній схемі також не матимуть ніякого впливу на те, що відбувається в інших гілках схеми. У реальному житті ефект не зовсім однаковий, і ми розберемося, чому в наступному прикладі:

    00103.png

    10094.png

    Короткий резистор (опір 0 Ом) теоретично витягне нескінченний струм від будь-якого кінцевого джерела напруги (I = E/0). При цьому нульовий опір R 2 зменшує сумарний опір ланцюга до нуля Ом, збільшуючи сумарний струм до величини нескінченності. Поки джерело напруги тримається стабільно на рівні 9 вольт, однак інші струми гілки (I R1 і I R3) залишаться незмінними.

    Однак критичне припущення в цій «досконалій» схемі полягає в тому, що напруга живлення буде стабільно триматися при номінальній напрузі при подачі нескінченної кількості струму на навантаження короткого замикання. Це просто нереально. Навіть якщо короткий має невелику кількість опору (на відміну від абсолютно нульового опору), жодне реальне джерело напруги не може довільно подавати величезний струм перевантаження і підтримувати постійну напругу одночасно. Це пов'язано, перш за все, з внутрішнім опором, властивим всім джерелам електроенергії, що випливає з неминучих фізичних властивостей матеріалів, з яких вони побудовані:

    00104.png

    Ці внутрішні опори, як би вони не були, перетворюють нашу просту паралельну схему в послідовно-паралельну комбіновану схему. Зазвичай внутрішні опори джерел напруги досить низькі, щоб їх можна було сміливо ігнорувати, але при виникненні великих струмів, що виникають в результаті закорочених компонентів, їх вплив стає дуже помітним. У цьому випадку замикання R 2 призведе до того, що майже вся напруга падає на внутрішньому опорі акумулятора, майже не залишилося напруги для резисторів R 1, R 2 та R 3:

    00105.png

    10095.png

    Досить сказати, навмисне пряме коротке замикання через клеми будь-якого джерела напруги - погана ідея. Навіть якщо отриманий високий струм (тепло, спалахи, іскри) не завдає шкоди людям поблизу, джерело напруги, швидше за все, зазнає пошкоджень, якщо він не був спеціально розроблений для обробки коротких замикань, яких більшість джерел напруги не є.

    Зрештою в цій книзі я проведу вас через аналіз схем без використання будь-яких чисел, тобто аналізуючи наслідки несправності компонентів в ланцюзі, не знаючи точно, скільки вольт виробляє акумулятор, скільки Ом опору в кожному резисторі і т.д. цей розділ служить вступним кроком до такого роду аналізу.

    Тоді як нормальне застосування Закону Ома та правил послідовних та паралельних схем виконується з числовими величинами («кількісними»), цей новий вид аналізу без точних числових цифр - це те, що я люблю називати якісним аналізом. Іншими словами, ми будемо аналізувати якості ефектів в ланцюзі, а не точні величини. Результатом, для вас, стане набагато глибше інтуїтивне розуміння роботи електричного кола.

    Рецензія

    • Щоб визначити, що станеться в ланцюзі, якщо компонент виходить з ладу, повторно намалюйте цю схему з еквівалентним опором несправного компонента на місці і повторно обчислити всі значення.
    • Здатність інтуїтивно визначати, що станеться з ланцюгом з будь-яким заданим компонентом несправності є вирішальним навиком для розробки будь-якого засобу усунення неполадок електроніки. Найкращий спосіб навчитися - експериментувати з розрахунками схем і реальними схемами, приділяючи пильну увагу тому, що змінюється з несправністю, що залишається незмінним і чому!
    • Короткий компонент - це той, опір якого різко знизився.
    • Відкритий компонент - це той, опір якого різко зросла. Для запису, резистори, як правило, виходять з ладу відкриваються частіше, ніж виходять з ладу, і вони майже ніколи не виходять з ладу, якщо фізично або електрично перенапружені (фізично зловживають або перегріваються).