Analiza circuitelor la defect

Analiza circuitelor la defect

Introducere

Sarcina unui tehnician presupune adesea localizarea si remedierea sau inlocuirea componentelor dintr-un circuit defect. Identificarea componentelor defecte presupune un efort considerabil, necesitand o foarte buna intelegere a principiilor de baza, abilitatea de a formula ipoteze, de a judeca valoarea acestora bazandu-se pe probabilitati si creativitate in aplicarea unei solutii pentru remedierea problemei. Desi este posibila trasarea unor metode stiintifice in jurul acestor abilitati, majoritatea tehnicienilor cu experienta vad aceasta activitate ca pe o arta ce necesita ani de experienta pentru a o deprinde.

O abilitate esentiala este intelegerea rapida si intuitiva a modului in care defectarea componentelor afecteaza comportamentului circuitului in ansamblul sau, indiferent de configuratia acestuia. Vom explora unele dintre aceste efecte atat in cazul circuitelor serie cat si in cazul circuitelor paralel.

Analiza defectelor intr-un circuit serie simplu

Sa consideram circuitul alaturat

Atunci cand toate componentele acestui circuit functioneaza la parametrii normali, putem determina pe cale matematica toti curentii si caderile de tensiune din circuit.

Suntarea rezistorului

Sa presupunem acum ca rezistorul R₂ este scurt-circuitat; acest lucru inseamna de fapt ca, in locul rezistorului avem un simplu fir ce prezinta o rezistenta aproape nula. Practic, in circuitul alaturat, spunem ca am realizat o suntare a rezistorului R₂ iar firul utilizat poarta numele de conductor de suntare, sau simplu, sunt.

Odata cu scurt-circuitarea rezistorului R₂, fie prin suntarea intentionata a acestuia fie printr-un defect intern, valoarea rezistentei totale din circuit va fi mai mica. Din moment ce tensiunea la bornele bateriei ramane aceeasi, o scaderea a rezistentei totale din circuit conduce la cresterea curentului total.

Odata cu cresterea curentului de la 20 mA la 60 mA, caderea de tensiune pe rezistorii R₁ si R₃ (a caror rezistenta nu s-a modificat) creste si ea, astfel incat caderea de tensiune totala pe cele doua componente ramase va fi de tot 9 V. Rezistorul R₂, fiind suntat de rezistenta foarte mica a conductorului de suntare, este practic eliminat din circuit, rezistenta dintre cele doua capete ale conductorului fiind practic zero. Din aceasta cauza, caderea de tensiune pe rezistorul R₂ este de zero V, chiar daca valoarea totala a curentului din circuit a crescut.

Inlaturarea rezistorului din circuit

Pe de alta parte, daca defectul suferit de rezistorul R₂ este de asa natura incat circuitul va ramane deschis in acel punct - rezistenta dintre cele doua capete libere ale conductorilor ramasi creste practic spre infinit - efectele asupra circuitului initial vor fi diferite, dar la fel de radicale.

Cu R₂ avand o rezistenta infinita, iar rezistenta totala intr-un circuit serie fiind data de suma tuturor rezistentelor individuale, rezistenta totala creste spre infinit iar curentul total spre zero amperi. In aceasta situatie, nu va mai exista nicio deplasare a electronilor prin circuit, deplasare necesara producerii unor caderi de tensiune pe rezistorii R₁ sau R₃. In schimb, intreaga cadere de tensiune dezvoltata de baterie se va regasi pe terminalii rezistorului R₂.

Analiza defectelor intr-un circuit paralel simplu

Putem aplica aceleasi metode si in cazul unui circuit paralel.

Sa observam prima data comportamentul unui circuit paralel "sanatos".

Inlaturarea rezistorului

Sa presupunem acum deschiderea rezistentei R₂ in acest circuit paralel.

Efectele acestui defect le putem observa in tabelul alaturat.

In cazul acestui circuit paralel, deschiderea unei ramuri afecteaza doar curentul prin acea ramura precum si curentul total din circuit. Caderea de tensiune, fiind egala pe toate componentele va ramane neschimbata pe toti rezistorii. Datorita tendintei sursei de alimentare de mentinere constanta a tensiunii de alimentare, aceasta nu se va modifica, si datorita faptului ca este conectata in paralel cu toti rezistorii, caderea de tensiune pe fiecare dintre ei, dupa aparitia defectului, ramane egala cu 9 V. Din aceasta cauza (rezistenta constanta, caderea de tensiune constanta) curentul prin ceilalti doi rezistori nu se modifica nici ei.

Acelasi lucru il putem observa si intr-un circuit casnic: toate becurile sunt conectate in paralel. La pornirea sau oprirea unui bec (o ramura din circuitul paralel se inchide si se deschide), functionarea celorlalte becuri nu este afectata; singurul lucru care se modifica este curentul prin acel bec (circuit de ramura) si curentul total din circuit.

Suntarea rezistorului

Intr-un caz ideal (surse de tensiune perfecte si conductori cu rezistenta zero), rezistorii scurt-circuitati dintr-un circuit paralel simplu nu vor avea niciun efect asupra comportamentului celorlalte ramuri din circuit. In realitate insa, efectul nu este acelasi, dupa cum putem observa din exemplul alaturat.

Un rezistor scurt-circuitat (rezistenta de 0 Ω) va permite, teoretic, trecerea unui curent infinit de la orice sursa finita de tensiune (I = E / 0). In acest caz, rezistenta nula a rezistorului R₂ descreste rezistenta totala a circuitului la zero Ω, ducand la cresterea valorii curentului spre infinit. Atata timp cat tensiunea sursei ramane constanta la 9 V, curentii prin celelalte ramuri ale circuitului (I_R1 si I_R3) raman neschimbati.

Ipoteza critica pe care ne-am asumat-o in aceasta situatie este ca tensiunea de alimentare ramane constanta pentru un curent infinit introdus in circuit. Acest lucru nu este insa deloc realist. Chiar daca scurt-circuitul prezinta o rezistenta mica (fata de o rezistenta egala cu zero), nicio sursa reala de tensiune nu poate genera un supra-curent extrem de mare in acelasi timp cu mentinerea valorii tensiunii la un nivel constant.

Acest lucru se datoreaza rezistentei interne caracteristice tuturor surselor de putere electrice, rezistente datorate proprietatilor intrinseci ale materialelor din care sunt construite.

Aceste rezistente interne, oricat de mici, transforma circuitul paralel de mai sus intr-o combinatie serie-paralel. De obicei, rezistentele interne ale surselor de putere sunt suficient de mici pentru a putea fi ignorate fara nicio problema, dar odata cu aparitia curentilor foarte mari datorita componentelor scurt-circuitate, efectelor lor nu mai pot fi neglijate. In acest caz, scurt-circuitarea rezistentei R₂ va duce la situatia in care intreaga cadere de tensiune se va regasi pe rezistenta interna a bateriei, caderile de tensiune pe R₁, R₂ si R₃ fiind aproape de zero.

Concluzie

Scurt-circuitarea intentionata a terminalilor surselor de alimentare, indiferent de tipul acestora, trebuie evitata cu orice pret. Chiar si in cazul in care curentii mari dezvoltati (caldura, scantei, explozii) nu duc la ranirea niciunei persoane din apropiere, sursa de tensiune va suferi cu siguranta unele defecte in cazul in care nu este proiectata a rezista la curenti de scurt-circuit, iar majoritatea surselor de tensiune nu sunt prevazute cu o astfel de protectie.