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.
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.
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
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
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
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…
- больше
- такой же
- 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.