Tricky Circuit

Катушка реле и защитный диод

Катушка продолжает после выключения

Реле магнитной катушкой перемещает контакты переключателя. Защитный диод даёт току путь после размыкания управляющего ключа. Наблюдай, как энергия магнитного поля убывает, а не исчезает мгновенно.

Открыть интерактивный опыт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТОЛ

Меняй настройки схемы, предсказывай показания и проверяй решение задания. Это учебные модели; допущения объяснены в каждом уроке.

Войди, чтобы сохранять прогресс. Прогресс гостя хранится на этом устройстве.

Открыть лабораторию в полном окне

Почему это работает

Установившаяся катушка представлена сопротивлением R и индуктивностью L. Отпускание выбирает точку спада через постоянно подключённый идеальный диод 0.7 V; лаборатория остаётся включённой. Нет режима без защиты, движения контактов, дребезга и расчёта настоящего времени отпускания.

Vs — питание катушки, R — сопротивление обмотки, L — индуктивность, I — ток, t — время после размыкания ключа. Vsw — напряжение узла ключа относительно 0 V; D обозначает диод. mH — тысячная часть генри, ms — тысячная часть секунды, µJ — миллионная часть джоуля энергии. До отпускания I0 = Vs/R. Формула спада использует exp, экспоненциальное убывание, и max, не допускающий отрицательного тока. Пока ток есть, Vsw = Vs + 0.7 V; при нуле Vsw = Vs.

Сложность
  1. Собери · Собери

    Включи питание 5 V, сопротивление обмотки 100 Ω и индуктивность 100 mH. Оставь катушку включённой: получи 50 mA и 125 µJ.

    Нужна подсказка?

    Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH → I = 50 mA; E = 125 µJ

  2. Исследуй · Исследуй границу

    При тех же 5 V, 100 Ω и 100 mH отпусти катушку и выбери момент 1 ms после выключения. Получи около 13.969 mA и напряжение узла ключа 5.7 V.

    Нужна подсказка?

    Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 1 ms → I ≈ 13.969 mA; Vsw = 5.7 V

  3. Реши сам · Реши задачу

    Оставь 5 V, 100 Ω и 100 mH; выбери отпущенную катушку через 3 ms. Достигни нулевого тока и нулевой запасённой энергии.

    Нужна подсказка?

    Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 3 ms → I = 0 mA; E = 0 µJ

Дополнительные материалы и карточки схем

Катушка продолжает после выключения

Ключ разомкнулся, но ток не может оборваться мгновенно. Магнитное поле отдаёт энергию и поддерживает ток в новом контуре: обмотка и диод. Направление диода блокирует ток обычного питания и разрешает его во время спада.

I0 = Vs/R; I(t) = max((I0 + 0.7/R) × exp(−Rt/L) − 0.7/R, 0); E = ½LI²

Начальная энергия E = ½LI² рассеивается в обмотке и диоде. Постоянное падение на диоде добавляет напряжение, противодействующее току. Модель останавливает спад при нулевом токе.

Полезная закономерность

При 5 V, 100 Ω и 100 mH ток достигает нуля примерно через 2.097 ms. Постоянное падение 0.7 V на диоде даёт конечное время; чистая экспонента без него приближалась бы к нулю бесконечно.

За пределами модели

Защитный путь с низким напряжением ограничивает нагрузку на ключ, но сохраняет циркулирующий ток. Настоящие контакты могут отпуститься позже, чем при более высоком ограничении напряжения; электрическая модель не предсказывает это время.

Ошибка, которой стоит избежать

Отпускание берёт ранее установившийся ток, а не катушку после короткого включения. Нулевой расчётный ток не показывает момент движения настоящих контактов.

Удвоили только индуктивность; питание, сопротивление и момент измерения 1 ms прежние. Оставшийся ток катушки…

  1. больше
  2. такой же
  3. сразу равен нулю
Читать дальше

Начальный ток Vs/R тот же, но большая индуктивность замедляет спад: через одинаковое время тока остаётся больше.

Собери

Задай 5 V, 100 Ω и 100 mH и включённую катушку. Установившиеся 50 mA хранят 125 µJ; замкнутый идеальный ключ имеет 0 V.

I = 50 mA; Vsw = 0 V; E = 125 µJ

Исследуй границу

Оставь эти значения, отпусти катушку и выбери 1 ms. Получи около 13.969 mA, 5.7 V на узле ключа и остаток энергии 9.757 µJ.

I ≈ 13.969 mA; Vsw = 5.7 V; E ≈ 9.757 µJ

Измени одну величину

При 5 V и 100 Ω сравни 100 mH и 200 mH через 1 ms после отпускания. Начальный ток тот же, но большая индуктивность хранит больше энергии и сохраняет больше тока.

ti.com