Tricky Circuit

Котушка реле й захисний діод

Котушка продовжує після вимкнення

Реле магнітною котушкою рухає контакти перемикача. Захисний діод дає струму шлях після розмикання керувального ключа. Спостерігай, як енергія магнітного поля зменшується, а не зникає миттєво.

Відкрити інтерактивний дослід

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ СТІЛ

Змінюй налаштування схеми, передбачай покази та перевіряй розв’язання завдання. Це навчальні моделі; припущення пояснено в кожному уроці.

Увійди, щоб зберігати прогрес. Прогрес гостя зберігається на цьому пристрої.

Відкрити лабораторію в повному вікні

Чому це працює

Усталена котушка представлена опором R та індуктивністю L. Відпускання обирає точку спаду через постійно підключений ідеальний діод 0.7 V; лабораторія лишається ввімкненою. Немає режиму без захисту, руху контактів, брязкоту й розрахунку справжнього часу відпускання.

Vs — живлення котушки, R — опір обмотки, L — індуктивність, I — струм, t — час після розмикання ключа. Vsw — напруга вузла ключа відносно 0 V; D позначає діод. mH — тисячна частина генрі, ms — тисячна частина секунди, µJ — мільйонна частина джоуля енергії. До відпускання I0 = Vs/R. Формула спаду використовує exp, експоненційне зменшення, та max, що не допускає від’ємного струму. Поки струм є, Vsw = Vs + 0.7 V; за нуля Vsw = Vs.

Складність

  1. Збери · Збери

    Увімкни живлення 5 V, опір обмотки 100 Ω та індуктивність 100 mH. Залиш котушку ввімкненою: отримай 50 mA і 125 µJ.

    Потрібна підказка?

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

  2. Досліди · Досліди межу

    За тих самих 5 V, 100 Ω та 100 mH відпусти котушку й обери момент 1 ms після вимкнення. Отримай близько 13.969 mA і напругу вузла ключа 5.7 V.

    Потрібна підказка?

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

  3. Розв’яжи · Розв’яжи завдання

    Залиш 5 V, 100 Ω та 100 mH; обери відпущену котушку через 3 ms. Досягни нульового струму й нульової запасеної енергії.

    Потрібна підказка?

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

Додаткові матеріали та картки схем

Котушка продовжує після вимкнення

Ключ розімкнувся, але струм не може обірватися миттєво. Магнітне поле віддає енергію й підтримує струм у новому контурі: обмотка та діод. Напрям діода блокує струм звичайного живлення й дозволяє його під час спаду.

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

Початкова енергія E = ½LI² розсіюється в обмотці та діоді. Постійне падіння на діоді додає напругу, що протидіє струму. Модель зупиняє спад за нульового струму.

Корисна закономірність

За 5 V, 100 Ω та 100 mH струм сягає нуля приблизно через 2.097 ms. Постійне падіння 0.7 V на діоді дає скінченний час; чиста експонента без нього наближалася б до нуля нескінченно.

За межами моделі

Захисний шлях із низькою напругою обмежує навантаження на ключ, але зберігає циркуляцію струму. Справжні контакти можуть відпуститися пізніше, ніж за вищого обмеження напруги; електрична модель не передбачає цей час.

Помилка, якої варто уникати

Відпускання бере раніше усталений струм, а не котушку після короткого ввімкнення. Нульовий обчислений струм не показує момент руху справжніх контактів.

Подвоїли лише індуктивність; живлення, опір і момент вимірювання 1 ms лишилися. Залишковий струм котушки…

  1. більший
  2. такий самий
  3. відразу нульовий
Читати далі

Початковий струм Vs/R той самий, але більша індуктивність сповільнює спад: за однаковий час струму лишається більше.

Збери

Задай 5 V, 100 Ω та 100 mH і ввімкнену котушку. Усталені 50 mA зберігають 125 µJ; замкнутий ідеальний ключ має 0 V.

I = 50 mA; Vsw = 0 V; E = 125 µJ

Досліди межу

Залиш ці значення, відпусти котушку та обери 1 ms. Отримай близько 13.969 mA, 5.7 V на вузлі ключа й залишок енергії 9.757 µJ.

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

Зміни одну величину

За 5 V та 100 Ω порівняй 100 mH і 200 mH через 1 ms після відпускання. Початковий струм той самий, але більша індуктивність зберігає більше енергії й залишає більше струму.

ti.com