Элементы электрической цепи их параметры и характеристики: Элементы электрической цепи, их свойства, параметры, уравнения токов и напряжений. Двухполюсники.

Элементы электрической цепи, их свойства, параметры, уравнения токов и напряжений. Двухполюсники.

Электрическая цепь (гальваническая цепь) — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение. Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой.
Неразветвленные и разветвленные электрические цепи

Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. В неразветвленной цепи (рис.1 )во всех ее элементах течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная цепь (рис. 2) , в ней имеются три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь можно определить как участок цепи, образованный последовательно соединенными элементами (через которые течет одинаковый ток) и заключенный между двумя узлами. В свою очередь узел есть точка цепи, в которой сходятся не менее трех ветвей.

Если в месте пересечения двух линий на электрической схеме поставлена точка то в этом месте есть электрическое соединение двух линий, в противном случае его нет. Узел, в котором сходятся две ветви, одна из которых является продолжением другой, называют устранимым или вырожденным узлом.

Рис. 1 Рис. 2

Цепи, содержащие только линейные элементы, называются линейными. Наличие в схеме хотя бы одного нелинейного элемента относит ее к классу нелинейных.

Элементы электрических цепей.

Активными элементами являются источники электрической энергии. Они подразделяются на источники напряжения – условное обозначение на рисунке. Активной цепью называется цепь, содержащая хотя бы один источник электрической энергии. К активным цепям относятся цепи, содержащие и усилительные элементы – транзисторы и электронные лампы, т. к. в их схемы замещения входят источники электрической энергии. Все пассивные и активные цепи, в свою очередь, подразделяются на реактивные и диссипативные.

Пассивные элементы – элементы, которые не являются источниками электрической энергии. Они делятся на диссипативные и реактивные.

Пассивной цепью называется цепь, не содержащая источника электрической энергии. В такой цепи присутствуют только диссипативные и реактивные элементы.

Реактивные элементы – элементы, способные накапливать электрическую энергию и отдавать ее либо источнику, от которого эта энергия была получена, либо передавать другому элементу. В любом случае этот элемент не превращает электрическую энергию в тепловую. Такими элементами являются катушка индуктивности и конденсатор. Реактивной цепью называется цепь, содержащая только реактивные элементы. В таких цепях нет диссипативных элементов, а реактивные элементы считают идеальными.

Электрической цепью называется такое соединение электрических элементов, при котором под воздействием источника электрической энергии в элементах протекает электрический ток.

Узел – точка соединения трех и более элементов.

Ветвь – участок цепи, содержащий хотя бы один элемент и находящийся между двумя ближайшими узлами.

Контур – замкнутая часть электрической цепи.

Перемычка – это электрический проводник с нулевым сопротивлением, подсоединенный своими концами к различным двум точкам схемы.

Классификация электрической цепи осуществляется по следующим признакам:

– наличие или отсутствие в цепи источника электрической энергии;

– наличие или отсутствие в цепи диссипативных элементов;

– в зависимости от характера вольтамперных характеристик электрических элементов;

– в зависимости от количества выводов электрической цепи.

Диссипативной цепью называется цепь, содержащая хотя бы один диссипативный элемент. Это может быть резистор или реальный реактивный элемент. Очевидно, что в действительности все цепи диссипативные. Однако часто диссипативные составляющие в реактивных элементах очень малы и ими можно пренебрегать. Тем не менее, необходимо каждый раз это оценивать и оговаривать.

Наконец, все названные типы цепей в зависимости от вида вольтамперных характеристик элементов подразделяются на линейные и нелинейные. Линейной электрической цепьюназывается цепь, содержащая только элементы с линейной вольтамперной характеристикой.

Нелинейной электрической цепью называется цепь, содержащая хотя бы один элемент с нелинейной вольтамперной характеристикой.

пассивные элементы цепи

Электрическая цепь и ее элементы — Студопедия

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Реальной электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для передачи, распределения и преобразования энергии. В общем случае электрическая цепь содержит источники электрической энергии, приемники электрической энергии, измерительные приборы, коммутационную аппаратуру, соединительные линии и провода.

Электрическая цепь представляет собойсовокупность связанных определенным образом источников, потребителей (или соответственно активных и пассивных элементов) и преобразователей электрической энергии.

Цепь называют пассивной, если она состоит только из пассивных элементов, и

активной, если в ней также содержатся активные элементы.

Источником электрической энергии называют элемент электрической цепи, осуществляющий преобразование энергии неэлектрического вида в электрическую. Например: гальванические элементы и аккумуляторы преобразуют химическую энергию, термоэлементы – тепловую, электромеханические генераторы – механическую.

Потребителем электрической энергии называют элемент электрической цепи, преобразующий электрическую энергию в неэлектрическую. Например: лампы накаливания – в световую и тепловую, нагревательные приборы – в тепловую, электродвигатель – в механическую.

Преобразователем электрической энергии называют устройство, изменяющее величину и форму электрической энергии. Например: трансформаторы, инверторы преобразуют постоянный ток в переменный, выпрямители – переменный ток в постоянный, устройства для преобразования частоты.

Для того чтобы выполнить расчет, необходимо каждое электротехническое устройство представить его схемой замещения. Схема замещения электрической цепи состоит из совокупности идеализированных элементов, отображающих отдельные свойства физически существующих устройств. Так, идеализированный резистор (сопротивление R) учитывает преобразование электромагнитной энергии в тепло, механическую работу или ее излучение. Идеализированный конденсатор (емкость С) и катушка индуктивности (индуктивность L) характеризуются способностью накапливать энергию соответственно электрического и магнитного поля.

Источники, потребители и соединительные провода образуют электрическую цепь, на каждом участке которой может действовать электрическое напряжение и протекать электрический ток. Эти напряжения и токи в общем случае могут быть постоянными и переменными во времени и зависеть от свойств элементов цепи.

В данном разделе будут рассматриваться постоянные токи и напряжения.

Реальные электрические цепи изучаются на моделях, которые изображаются с помощью условных обозначений в виде электрических схем.

Напряжение Uна элементе электрической цепи обозначается на схеме (рис. 1.1) знаками «+» и «–», имеющими смысл только при совместном рассмотрении, т.к. знак «+» указывает на точку с относительно более высоким потенциалом.

. (1.1)

Единица измерения U – вольты (B).

Ток I в элементе электрической цепи обозначается стрелкой на схеме (рис. 1.2) и указывает направление упорядоченного перемещения положительных электрических зарядов, если ток I выражается положительным числом.

(1.2)

Единица измерения I – амперы (А)

Зависимость между током и напряжением на элементе цепи называется

вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента, которая обычно изображается графически. На рис. 1.3 показаны ВАХ потребителей различного типа. Прямолинейные ВАХ (1) и (3) соответствуют линейным элементам, а криволинейная ВАХ (2) – нелинейным элементам.

Мы изучаем в рамках этого пособия только линейные цепи, для которых отношение const = k или его отклонение от постоянной величины невелико. В данном случае, когда ВАХ изображается линией, близкой к прямой, считают, что потребитель подчиняется закону Ома, согласно которому напряжение и ток пропорциональны друг другу. Этот коэффициент пропорциональности k называют электрическим сопротивлением элемента R, которое измеряется в омах (Ом).

В качестве потребителя в теории электрических цепей постоянного тока выступает резистор, характеризующийся сопротивлением (

R), для которого справедлив закон Ома:

или , . (1.3)

Обозначение резистора на электрических схемах изображено на рис. 1.4.

Величину, обратную сопротивлению , называют проводимостью, которая измеряется в сименсах (См).

Закон Ома можно представить через проводимость:

. (1.4)

В пассивных элементах ток течет от точек с относительно большим потенциалом к точкам, имеющим относительно меньший потенциал. Поэтому на рис. 1.5 стрелка тока направлена от «+» к «–», что соответствует закону Ома в форме

. (1.5)

Для обозначений, принятых на рис. 1.6, закон Ома должен быть записан в следующей форме: .

Таким образом, в ТОЭ потребитель моделируется идеальным потребителем, свойства которого определяются значением единственного параметра (R или G).

Источники энергии моделируются с помощью источника ЭДС (

Е), или источника напряжения, и источника тока (J). ВАХ источников энергии – это внешние характеристики, обычно имеющие ниспадающий характер, т.к. в большинстве случаев с увеличением тока напряжение источника уменьшается.

Идеализированный источник напряжения – это элемент цепи, напряжение которого не зависит от тока и является заданной постоянной величиной, ему соответствует на рис. 1.7 сплошная ВАХ.

В действительности мы имеем дело с реальными источниками напряжения, которые отличаются от идеальных источников тем, что их напряжение с ростом потребляемого тока уменьшается. ВАХ реального источника напряжения представлена на рис. 1.7 пунктирной линией, тангенс угла наклона которой равен внутреннему сопротивлению источника напряжения R₀. Любой реальный источник при сопротивлении нагрузки R >> R₀ может быть приведен к идеализированному следующим образом (рис.1.8):

U_12(реал) = IR – E,

E_реал = E -IR (1.6)

Таким образом, свойства источника ЭДС или реального источника напряжения определяются двумя параметрами – вырабатываемой ЭДС Е и внутреннимсопротивлением R₀.

Идеализированный источник тока – это элемент цепи, ток которого не зависит от напряжения и является заданной постоянной величиной, ему соответствует сплошная ВАХ на рис. 1.9.

У реального источника тока с ростом напряжения вырабатываемый ток уменьшается. ВАХ реального источника тока представлена на рис. 1.9 пунктирной линией, тангенс угла наклона которой равен внутренней проводимости источника тока G₀. Любой реальный источник тока может быть приведен к идеализированному следующим образом (рис. 1.10):

, (1.7)

где J, G₀ – постоянные параметры.

Таким образом,свойства источника задающего тока определяются двумя параметрами: задающим током J и внутренней проводимостью G₀. Чем меньше G₀, тем ближе характеристика реального источника тока к идеализированному.

Поскольку внутренние сопротивления реальных источников всегда можно отнести к потребителям цепи, далее рассматриваются только идеализированные источники напряжения и тока.

Провода, связывающие потребители и источники, по своей сущности также относятся к потребителям энергии. Однако часто считают, что провода выполняют лишь соединительные функции и служат лишь для того, чтобы показать, как связаны между собой отдельные элементы цепи. Сопротивления проводов, если ими нельзя пренебречь, учитываются включением в соответствующих местах цепи дополнительных потребителей.

Таким образом, в теории линейных электрических цепей объектом изучения является расчетная модель, состоящая из потребителей и идеализированных источников, конфигурация и свойства элементов которой определены условиями задачи.

При решении задач большое значение придается структуре электрической цепи (топологии), определяемой характером связей между элементами.

Нелинейные цепи постоянного тока. Графические методы расчета (Лекция №30)

Нелинейными называются цепи, в состав которых входит хотя бы один нелинейный элемент.

Нелинейными называются элементы, параметры которых зависят от величины и (или) направления связанных с этими элементами переменных (напряжения, тока, магнитного потока, заряда, температуры, светового потока и др. ). Нелинейные элементы описываются нелинейными характеристиками, которые не имеют строгого аналитического выражения, определяются экспериментально и задаются таблично или графиками.

Нелинейные элементы можно разделить на двух – и многополюсные. Последние содержат три (различные полупроводниковые и электронные триоды) и более (магнитные усилители, многообмоточные трансформаторы, тетроды, пентоды и др.) полюсов, с помощью которых они подсоединяются к электрической цепи. Характерной особенностью многополюсных элементов является то, что в общем случае их свойства определяются семейством характеристик, представляющих зависимости выходных характеристик от входных переменных и наоборот: входные характеристики строят для ряда фиксированных значений одного из выходных параметров, выходные – для ряда фиксированных значений одного из входных.

По другому признаку классификации нелинейные элементы можно разделить на инерционные и безынерционные. Инерционными называются элементы, характеристики которых зависят от скорости изменения переменных. Для таких элементов статические характеристики, определяющие зависимость между действующими значениями переменных, отличаются от динамических характеристик, устанавливающих взаимосвязь между мгновенными значениями переменных. Безынерционными называются элементы, характеристики которых не зависят от скорости изменения переменных. Для таких элементов статические и динамические характеристики совпадают.

Понятия инерционных и безынерционных элементов относительны: элемент может рассматриваться как безынерционный в допустимом (ограниченном сверху) диапазоне частот, при выходе за пределы которого он переходит в разряд инерционных.

В зависимости от вида характеристик различают нелинейные элементы с симметричными и несимметричными характеристиками. Симметричной называется характеристика, не зависящая от направления определяющих ее величин, т. е. имеющая симметрию относительно начала системы координат: . Для несимметричной характеристики это условие не выполняется, т.е. . Наличие у нелинейного элемента симметричной характеристики позволяет в целом ряде случаев упростить анализ схемы, осуществляя его в пределах одного квадранта.

По типу характеристики можно также разделить все нелинейные элементы на элементы с однозначной и неоднозначной характеристиками. Однозначной называется характеристика , у которой каждому значению х соответствует единственное значение y и наоборот. В случае неоднозначной характеристики каким-то значениям х может соответствовать два или более значения y или наоборот. У нелинейных резисторов неоднозначность характеристики обычно связана с наличием падающего участка, для которого , а у нелинейных индуктивных и емкостных элементов – с гистерезисом.

Наконец, все нелинейные элементы можно разделить на управляемые и неуправляемые. В отличие от неуправляемых управляемые нелинейные элементы (обычно трех- и многополюсники) содержат управляющие каналы, изменяя напряжение, ток, световой поток и др. в которых, изменяют их основные характеристики: вольт-амперную, вебер-амперную или кулон-вольтную.

Нелинейные электрические цепи постоянного тока

Нелинейные свойства таких цепей определяет наличие в них нелинейных резисторов.

В связи с отсутствием у нелинейных резисторов прямой пропорциональности между напряжением и током их нельзя охарактеризовать одним параметром (одним значением ). Соотношение между этими величинами в общем случае зависит не только от их мгновенных значений, но и от производных и интегралов по времени.

Параметры нелинейных резисторов

В зависимости от условий работы нелинейного резистора и характера задачи различают статическое, дифференциальное и динамическое сопротивления.

Если нелинейный элемент является безынерционным, то он характеризуется первыми двумя из перечисленных параметров.

Статическое сопротивление равно отношению напряжения на резистивном элементе к протекающему через него току. В частности для точки 1 ВАХ на рис. 1

.

Под дифференциальным сопротивлением понимается отношение бесконечно малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока

.

Следует отметить, что у неуправляемого нелинейного резистора всегда, а может принимать и отрицательные значения (участок 2-3 ВАХ на рис. 1).

В случае инерционного нелинейного резистора вводится понятие динамического сопротивления

,

определяемого по динамической ВАХ. В зависимости от скорости изменения переменной, например тока, может меняться не только величина, но и знак .

Методы расчета нелинейных электрических цепей постоянного тока

Электрическое состояние нелинейных цепей описывается на основании законов Кирхгофа, которые имеют общий характер. При этом следует помнить, что для нелинейных цепей принцип наложения неприменим. В этой связи методы расчета, разработанные для линейных схем на основе законов Кирхгофа и принципа наложения, в общем случае не распространяются на нелинейные цепи.

Общих методов расчета нелинейных цепей не существует. Известные приемы и способы имеют различные возможности и области применения. В общем случае при анализе нелинейной цепи описывающая ее система нелинейных уравнений может быть решена следующими методами:

• графическими;
• аналитическими;
• графо-аналитическими;
• итерационными.

Графические методы расчета

При использовании этих методов задача решается путем графических построений на плоскости. При этом характеристики всех ветвей цепи следует записать в функции одного общего аргумента. Благодаря этому система уравнений сводится к одному нелинейному уравнению с одним неизвестным. Формально при расчете различают цепи с последовательным, параллельным и смешанным соединениями.

а) Цепи с последовательным соединением резистивных элементов.

При последовательном соединении нелинейных резисторов в качестве общего аргумента принимается ток, протекающий через последовательно соединенные элементы. Расчет проводится в следующей последовательности. По заданным ВАХ отдельных резисторов в системе декартовых координат строится результирующая зависимость . Затем на оси напряжений откладывается точка, соответствующая в выбранном масштабе заданной величине напряжения на входе цепи, из которой восстанавливается перпендикуляр до пересечения с зависимостью . Из точки пересечения перпендикуляра с кривой опускается ортогональ на ось токов – полученная точка соответствует искомому току в цепи, по найденному значению которого с использованием зависимостей определяются напряжения на отдельных резистивных элементах.

Применение указанной методики иллюстрируют графические построения на рис. 2,б, соответствующие цепи на рис. 2,а.

Графическое решение для последовательной нелинейной цепи с двумя резистивными элементами может быть проведено и другим методом – методом пересечений. В этом случае один из нелинейных резисторов, например, с ВАХ на рис.2,а, считается внутренним сопротивлением источника с ЭДС Е, а другой – нагрузкой. Тогда на основании соотношения точка а (см. рис. 3) пересечения кривых и определяет режим работы цепи. Кривая строится путем вычитания абсцисс ВАХ из ЭДС Е для различных значений тока.

Использование данного метода наиболее рационально при последовательном соединении линейного и нелинейного резисторов. В этом случае линейный резистор принимается за внутреннее сопротивление источника, и линейная ВАХ последнего строится по двум точкам.

б) Цепи с параллельным соединением резистивных элементов.

При параллельном соединении нелинейных резисторов в качестве общего аргумента принимается напряжение, приложенное к параллельно соединенным элементам. Расчет проводится в следующей последовательности. По заданным ВАХ отдельных резисторов в системе декартовых координат строится результирующая зависимость . Затем на оси токов откладывается точка, соответствующая в выбранном масштабе заданной величине тока источника на входе цепи (при наличии на входе цепи источника напряжения задача решается сразу путем восстановления перпендикуляра из точки, соответствующей заданному напряжению источника, до пересечения с ВАХ ), из которой восстанавливается перпендикуляр до пересечения с зависимостью . Из точки пересечения перпендикуляра с кривой опускается ортогональ на ось напряжений – полученная точка соответствует напряжению на нелинейных резисторах, по найденному значению которого с использованием зависимостей определяются токи в ветвях с отдельными резистивными элементами.

Использование данной методики иллюстрируют графические построения на рис. 4,б, соответствующие цепи на рис. 4,а.

в) Цепи с последовательно-параллельным (смешанным) соединением резистивных элементов.

1. Расчет таких цепей производится в следующей последовательности:

Исходная схема сводится к цепи с последовательным соединением резисторов, для чего строится результирующая ВАХ параллельно соединенных элементов, как это показано в пункте б).

2. Проводится расчет полученной схемы с последовательным соединением резистивных элементов (см. пункт а), на основании которого затем определяются токи в исходных параллельных ветвях.

Метод двух узлов

Для цепей, содержащих два узла или сводящихся к таковым, можно применять метод двух узлов. При полностью графическом способе реализации метода он заключается в следующем:

Строятся графики зависимостей токов во всех i-х ветвях в функции общей величины – напряжения между узлами m и n, для чего каждая из исходных кривых смещается вдоль оси напряжений параллельно самой себе, чтобы ее начало находилось в точке, соответствующей ЭДС в i-й ветви, а затем зеркально отражается относительно перпендикуляра, восстановленного в этой точке.

Определяется, в какой точке графически реализуется первый закон Кирхгофа . Соответствующие данной точке токи являются решением задачи.

Метод двух узлов может быть реализован и в другом варианте, отличающемся от изложенного выше меньшим числом графических построений.

В качестве примера рассмотрим цепь на рис. 5. Для нее выражаем напряжения на резистивных элементах в функции :

;

(1)

;

(2)

.

(3)

Далее задаемся током, протекающим через один из резисторов, например во второй ветви , и рассчитываем , а затем по с использованием (1) и (3) находим и и по зависимостям и — соответствующие им токи и и т.д. Результаты вычислений сводим в табл. 1, в последней колонке которой определяем сумму токов

.

Таблица 1. Таблица результатов расчета методом двух узлов

Алгебраическая сумма токов в соответствии с первым законом Кирхгофа должна равнять нулю, поэтому получающаяся в последней колонке табл. 1 величина указывает, каким значением следует задаваться на следующем шаге.

В осях строим кривую зависимости и по точке ее пересечения с осью напряжений определяем напряжение между точками m и n. Для найденного значения по (1)…(3) рассчитываем напряжения на резисторах, после чего по заданным зависимостям определяем токи в ветвях схемы.

Литература

1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.2. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Линейные электрические цепи (продолжение). Нелинейные цепи. –М.: Энергия- 1972. –200с.

Контрольные вопросы и задачи

1. Почему метод наложения неприменим к нелинейным цепям?
2. Какие параметры характеризуют нелинейный резистор?
3. Почему статическое сопротивление всегда больше нуля, а дифференциальное и динамическое могут иметь любой знак?
4. Какие методы используют для анализа нелинейных резистивных цепей постоянного тока?
5. Какая последовательность расчета графическим методом нелинейной цепи с последовательным соединением резисторов?
6. Какая последовательность расчета графическим методом нелинейной цепи с параллельным соединением резисторов?
7. Какой алгоритм анализа цепи со смешанным соединением нелинейных резисторов?
8. В чем сущность метода двух узлов?
9. В цепи на рис. 2,а ВАХ нелинейных резисторов и , где напряжение – в вольтах, а ток – в амперах; . Графическим методом определить напряжения на резисторах.

Ответ: .

10. В цепи на рис. 4,а ВАХ нелинейных резисторов и , где ток – в амперах, а напряжение – в вольтах; . Графическим методом определить токи и .

Ответ: .

11. В цепи на рис. 5 , где ток – в амперах, а напряжение – в вольтах; третий резистор линейный с . Определить токи в ветвях методом двух узлов, если .

Ответ: .

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Стр 1 из 5Следующая ⇒

РАЗДЕЛ I

Электрические цепи

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Основные электротехнические устройства по своему назначению подразделяются на устройства генерирующие и использующие

электрическую энергию.

Чтобы привести в действие устройство, использующее электрическую энергию (приемное устройство), на его входных зажимах необходимо создать и поддерживать определенную разность элек­трических потенциалов — электрическое напряжение. Для этой цели приемное устройство подключают к гене­рирующему, образуя тем самым комплекс устройств — электричес­кую цепь.

Электрической цепью называют совокупность уст­ройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобра­зования и использования электрической энергии, процессы, в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, электрическом напряжении и электродвижущей силе (э. д. с).

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, назы­вают также элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.

Элементы цепи, предназначенные для генерирования электри­ческой энергии, называют источника ми питания, а элементы, использующие электрическую энергию,— приемники электрической энергии.

В источниках в электрическую энергию преобразуются иные виды энергии: механическая в машинных генераторах, химическая в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловая в термоэле­ментах, лучистая в фотоэлементах и т.д.

В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобра­зуется в иные виды энергии: механическую в электрических дви­гателях, химическую в аккумуляторах, тепловую в различных нагревательных приборах и печах, лучистую в осветительных приборах и т. д.

Передающие элементы цепи являются звеном, связывающим источ­ники и приемники. Кроме электрических проводов, в это звено могут входить приборы контроля и управления, а также преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и др.), в которых электри­ческая энергия доводится до такого состояния, когда ее становится удобно передавать на расстояния и распределять между приемника­ми.

Преобразователи электрической энергии с первичной стороны, куда поступает преобразуемая энергия, можно рассматривать как приемники, а со вторичной стороны, от которой преобразованная энергия отводится — как источники.

 

Глава 2. НЕРАЗВЕТВЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ЦЕПИ С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ПАССИВНЫМИ ПРИЕМНИКАМИ

УСЛОВИЯ ПЕРЕДАЧИ ИСТОЧНИКОМ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

ВО ВНЕШНЮЮ ЦЕПЬ

При сопротивлении резистора внешней цепи (см. рис. 2.1), равном r_н, напряжение и ток в нем связаны уравнением U = =r_нI_н, выражающим закон Ома для пассивного участка цепи. Учи­тывая это, уравнение (2.2) можно записать иначе:

E = rI + r_HI. (2.6)

Это уравнение выражает электрическое состояние простейшей замкнутой цепи. Из него можно получить выражение закона Ома для простейшей замкнутой цепи с по­следовательной схемой замещения источ­ника:

I =E/r+r_H(2.7)

При этом мощность внешней цепи

(2.8)

Ток внешней цепи с параллельной схемой замещения источни­ка можно найти из выражения

,(2.9)

откуда

Тогда мощность внешней цепи

Мощность нагрузки Р_нпри холостом ходе (r_н = ) и при ко­ротком замыкании (r_н = 0) равна нулю. Она имеет максимальное

значение, когда отношение максимально. Взяв первую

производную этой дроби по r и приравняв ее нулю, получим

или

(r + r_H)²-2r(r + r_н) = 0,

 

откуда

r_H = r. (2.11)

Следовательно, мощность внешней цепи максимальна, когда сопротивление внешней цепи r_нравно внутреннему сопротивлению r источника, т. е. когда внешняя цепь и источник работают в со­гласованном режиме.

В согласованном режиме мощность потерь внутри источника равна половине мощности источника:

.

Исследуем изменение к.п.д. источника в зависимости от вели­чины сопротивления r_н. К.п.д. источника равен отношению мощ­ности внешней цепи Р_нк полной мощности Р, развиваемой источ­ником:

(2.12)

Из формулы (2.12) вид, что при холостом ходе, когда r_н = , к.п.д. , при котором замыканий, когда r_н =0, к.п.д. , в согласованном режиме r_н =r к.п.д. .

В рассмотренных выше соотношениях сопротивление r обозначало только внутреннее сопротивление источника. Однако полученные формулы останутся теми же, если под r подразумевать со­противление проводов линии, а под Е — напряжение U на ее входе. При этом на входе схемы можно предполагать включенным источ­ник э.д.с. с внутренним сопротивлением, равным нулю, и с по­стоянным значением э.д.с. Е=U. Все рассуждения относительно передачи энергии источника к приемнику с сопротивлением r_н, под­ключенному к концу линии, будут аналогичны случаю передачи энергии источником во внешнюю цепь.

 

Основные формулы

Формула	Параметр	Определение
	Сила тока в электрической цепи (закон Ома)	Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э.д.с. источника электрической энергии, включенного в цепь, и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи
	Сила тока на участке цепи (закон Ома для участка цепи)	Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на зажимах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи
	Сила тока, вытекающая из точки разветвления(первый закон Кирхгофа)	Сила тока, притекающая к узловой точке электрической цепи, равна сумме токов вытекающих из этой точки
	Алгебраическая сумма э.д.с. в замкнутом конту­ре (второй закон Кирхгофа)	В любом замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с равна сум­ме падения напряжения на отдельных сопротив­лениях этого контура
	Работа тока и количество тепла, выделяемое током	Работа, совершаемая током, прямо пропорцио­нальна напряжению, то­ку и времени
	Мощность тока	Работа, совершаемая электрическим током в единицу времени
	Напряжение на зажимах прал­лельно соединен­ных резисторов	Напряжение на зажи­мах любых параллельно соединенных резисторов одинаково
	Общее напряже­ние на зажимах последовательно соединенных рези­сторов	Напряжение на зажи­мах цепи, состоящей нз последовательно соеди­ненных резисторов, рац­ио сумме напряжений на отдельных резисторах

Магнитные величины

 

Таблица 7

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Трансформатор — электромагнитный аппарат сдвумя (или более) обмотками, предназначенный и большинстве случаев для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный идругого напряжения той же частоты. При расчете трансформаторов используются формулы, приведенные в табл. 12.

Таблица 12

РАЗДЕЛ I

Электрические цепи

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕПИ

Основные электротехнические устройства по своему назначению подразделяются на устройства генерирующие и использующие

электрическую энергию.

Чтобы привести в действие устройство, использующее электрическую энергию (приемное устройство), на его входных зажимах необходимо создать и поддерживать определенную разность элек­трических потенциалов — электрическое напряжение. Для этой цели приемное устройство подключают к гене­рирующему, образуя тем самым комплекс устройств — электричес­кую цепь.

Электрической цепью называют совокупность уст­ройств, предназначенных для генерирования, передачи, преобра­зования и использования электрической энергии, процессы, в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, электрическом напряжении и электродвижущей силе (э. д. с).

Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, назы­вают также элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.

Элементы цепи, предназначенные для генерирования электри­ческой энергии, называют источника ми питания, а элементы, использующие электрическую энергию,— приемники электрической энергии.

В источниках в электрическую энергию преобразуются иные виды энергии: механическая в машинных генераторах, химическая в гальванических элементах и аккумуляторах, тепловая в термоэле­ментах, лучистая в фотоэлементах и т.д.

В приемниках, наоборот, электрическая энергия преобра­зуется в иные виды энергии: механическую в электрических дви­гателях, химическую в аккумуляторах, тепловую в различных нагревательных приборах и печах, лучистую в осветительных приборах и т. д.

Передающие элементы цепи являются звеном, связывающим источ­ники и приемники. Кроме электрических проводов, в это звено могут входить приборы контроля и управления, а также преобразующие устройства (трансформаторы, выпрямители и др.), в которых электри­ческая энергия доводится до такого состояния, когда ее становится удобно передавать на расстояния и распределять между приемника­ми.

Преобразователи электрической энергии с первичной стороны, куда поступает преобразуемая энергия, можно рассматривать как приемники, а со вторичной стороны, от которой преобразованная энергия отводится — как источники.

 

Читайте также:

 

Параметры Электрической Схемы — tokzamer.ru

Она целиком описывает процесс работы устройства, показывает все элементы цепи и то, как они взаимодействуют между собой.


По назначению схемы электрических цепей делятся на следующие виды: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные. Она обозначается G и измеряется в сименсах См :.

Применение на схемах тех или иных графических обозначений определяют правилами выполнения схем определенного вида и типа.
Цепи переменного тока. Комплексные значения сопротивлений, токов и напряжений в цепи. Задача 1

Допускается в отдельных случаях, установленных стандартами, все сведения об элементах помещать около УГО. На втором этапе определяются потери мощности, а также напряжения в узловых точках схемы.

При изменении тока в пределах активной двухполюсник эквивалентный источник отдает энергию во внешнюю цепь участок I вольт-амперной характеристики на рис. При необходимости допускается вводить в таблицу дополнительные графы.

Обычно изображается зачерненным треугольником.

Обозначения могут быть буквенные, буквенно-цифровые и цифровые.

Для схемы рис.

Урок №1. Напряжение и ток. В чем разница?

правила расчета для определения силы тока

В этом случае формулы для определения расчетного тока соответственно упрощаются. Она целиком описывает процесс работы устройства, показывает все элементы цепи и то, как они взаимодействуют между собой. После определения мощностей, протекающих по головным участкам сети, можно найти мощности на остальных участках с помощью закона Кирхгофа, последовательно примененного для каждой точки включения нагрузки. Допускается в отдельных случаях, установленных стандартами, все сведения об элементах помещать около УГО.

На чертеже обязательно обозначают функциональные узлы, их связь. Линии взаимосвязи следует выполнять толщиной от 0,2 до 1,0 мм.

Двигатель выбирается по наиболее тяжелым условиям работы станка, в связи с чем при других режимах работы двигатель будет недогружен. В — Коллекторные электродвигатели постоянного тока: 1 — с возбуждением обмотки от постоянного магнита 2 — Электрическая машина с катушкой возбуждения В связке с электромоторами, на схемах показаны магнитные пускатели, устройства мягкого пуска, частотный преобразователь.

В этом случае позиционные обозначения таблицам не присваивают. Он обеспечивает полное раскрытие работы электрооборудования.

С помощью буквенного обозначения определяют название элемента, если этого не понятно из чертежа, технические параметры, количество. Осветительная лампа, нагревательный прибор или телевизор при номинальном напряжении на зажимах потребляет определенную номинальную мощность, которая может быть принята за расчетную мощность этого приемника.

Согласованный режим Согласованный режим электрической цепи обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. Также подразделяется на сухой и масляный, в зависимости от способа охлаждения.

При практических расчетах сетей с однофазными приемниками условно также принимают распределение нагрузок по фазам равномерным. Эти устройства служат для запуска электрических моторов, бесперебойной работы системы.
Метод эквивалентных преобразований. Как находить токи и напряжения в цепи

Расчет элементов принципиальной схемы — Мегаобучалка

Режим работы электрической цепи рис.

Для трехфазного электроприемника величина расчетного тока А определяется по формуле где Р — расчетная мощность приемника, кВт; Uн — номинальное напряжение на зажимах приемника, равное междуфазному линейному напряжению сети, к которой он присоединяется, В; cos ф — коэффициент мощности приемника. В — Тоже самое, что и пункт А, за исключением того, что элементы располагаются на пульте или электрощите.

Затем следует рассмотреть цепи аппаратов, управляющих этими контактами и т. Дополнительно с буквенным обозначением указывается одна или несколько цифр, обычно они поясняют параметры.

ГОСТ 2. Сведения о соединении контактов соединителей указывают одним из следующих способов: — около изображения соединителей, на свободном поле схемы или на последующих листах схемы помещают таблицы, в которых указывают адрес соединения [обозначение цепи см.

При этом на схеме нужно привести пояснения [1, п. Наибольшей наглядностью в чтении лучше прослеживаются отдельные цепи обладает схема, выполненная разнесенным способом рис. Определение расчетных нагрузок электрической сети Определение расчетных нагрузок мощностей является значительно более сложной задачей. Существуют и другие их виды.

В — УГО воспринимающей части электротепловой защиты. I — Ответвления.

Расчет должен выполняться методом последовательных приближений. Условные буквенные и графические обозначения на электрических принципиальных схемах При выполнении схем применяют следующие графические обозначения: 1 условные графические обозначения, установленные в стандартах Единой системы конструкторской документации, а также построенные на их основе; 2 прямоугольники; 3 упрощенные внешние очертания в том числе аксонометрические. Рисунок 9 Каждой таблице присваивают позиционное обозначение элемента, взамен УГО которого она помещена. Рисунок 10 Аналогичные таблицы рекомендуется помещать на линиях, изображающих входные и выходные цепи и не заканчивающихся на схеме соединителями, платами и т.

Список использованных источников ГОСТ 2. Если в конструкции элемента устройства и в его документации обозначения выводов контактов не указаны, то допускается условно присваивать им обозначения на схеме, повторяя их в дальнейшем в соответствующих конструкторских документах. E — Электрическая связь с корпусом прибора.
Как научиться читать электрические схемы

Электрические схемы. Типы. Правила выполнения

Такая точка называется точкой потокораздела. Один из проводов соединим с патроном лампы.

Линии связи должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и иметь наименьшее количество изломов и взаимных пересечений. Двигатель выбирается по наиболее тяжелым условиям работы станка, в связи с чем при других режимах работы двигатель будет недогружен.

Для сопротивлений это зависимости напряжения от тока вольт-амперные характеристики ; для индуктивностей это зависимости потокосцепления от тока вебер-амперные характеристики ; для емкостей это зависимости электрического заряда от напряжения кулонвольтные характеристики. Мощность варьируется от 0. В — Коллекторные электродвигатели постоянного тока: 1 — с возбуждением обмотки от постоянного магнита 2 — Электрическая машина с катушкой возбуждения В связке с электромоторами, на схемах показаны магнитные пускатели, устройства мягкого пуска, частотный преобразователь.

Этот закон справедлив также для нагрузок, выраженных в киловаттах. Электрические параметры некоторых элементов могут быть отображены, непосредственно в документе, или представлены отдельно в виде таблицы. Приводится в действие механическим, либо электрическим способом. Кроме этого, указываются номера проводов жил и кабелей [2, п.

Еще по теме: Прокладка кабеля в земле нормы пуэ

1 Область применения

За направление тока принято направление движения положительных зарядов, т. Всем элементам принципиальной схемы должно быть присвоено своё обозначение например: R, L и т.

Виды электрических схем В соответствии с нормами ЕСКД под схемами подразумеваются графические документы, на которых при помощи принятых обозначений отображаются основные элементы или узлы конструкции, а также объединяющие их связи. Для электронных документов перечень элементов оформляют отдельным документом. При составлении расчетной схемы электропроводки внутри помещения следует пользоваться планами и разрезами здания, на которых должна быть нанесена электропроводка с указанием точек присоединения электроприемников.

Эта вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2 рис. Допускается условные графические обозначения поворачивать на угол, кратный 45, или изображать зеркально повернутыми. При необходимости допускается вводить в таблицу дополнительные графы.

Размеры изображений приводятся на чертежах в масштабе Сборка предполагает определенные правила: Во время сборки необходимо руководствоваться одним направлением, например, по часовой стрелке. Допускается позиционное обозначение проставлять внутри прямоугольника УГО. Таблица 1.
Видео-урок «Основные характеристики электрической цепи»

Что нужно знать об электрических соединениях – Справочник электрика

Что нужно знать об электрических соединениях – Справочник электрика

Самые популярные товары

19-3135

30-1409

12-6701

12-6702

12-6703

Элементы схем и типы схем

Элемент схемы представляет собой идеализированную математическую модель двухконтактного электрического устройства, которая полностью характеризуется своим соотношением напряжения и тока. Хотя идеальные элементы схемы не являются стандартными схемными компонентами, их важность заключается в том, что они могут быть соединены между собой (на бумаге или на компьютере) для приближения реальных схем, которые состоят из неидеальных элементов и различных электрических компонентов — тем самым позволяя анализировать такие схемы.

Элементы схемы можно разделить на активных или пассивных .

Активные элементы схемы

Активные элементы схемы могут обеспечивать ненулевую среднюю мощность неограниченно долго. Существует четыре типа активных элементов схемы, и все они называются идеальным источником . Их:

• Независимый источник напряжения
• Независимый источник тока
• Зависимый источник напряжения
• Зависимый источник тока

Элементы пассивной цепи

Пассивные элементы схемы не могут давать ненулевую среднюю мощность бесконечно.Некоторые пассивные элементы способны накапливать энергию и, следовательно, возвращать ее в цепь позже, но они не могут делать это бесконечно.

Существует три типа пассивных схемных элементов. Их:

• Резистор
• Индуктор
• Конденсатор

Типы цепей

Соединение двух или более элементов схемы образует электрическую сеть . Если сеть содержит хотя бы один замкнутый путь, это также электрическая цепь .Сеть, которая содержит хотя бы один активный элемент, то есть независимый или зависимый источник, является активной сетью . Сеть, не содержащая активных элементов, называется пассивной сетью .

Независимые источники

Независимые источники — это идеальных элементов схемы, значение напряжения или тока которых не зависит от поведения цепей, к которым они принадлежат.

Независимый источник напряжения

Независимый источник напряжения характеризуется напряжением на клеммах, которое полностью не зависит от протекающего через него тока.Изображение независимого источника напряжения показано ниже:

Если значение источника напряжения постоянно, то есть не меняется со временем, то мы также можем представить его как идеальную батарею :

Хотя «настоящая» батарея не идеальна, есть много обстоятельств, при которых идеальная батарея является очень хорошим приближением.

В целом, однако, напряжение, создаваемое идеальным источником напряжения, будет функцией времени.В этом случае мы представляем напряжение символически как v ( t ).

Несколько типичных форм напряжения показаны ниже. Формы сигналов на (a) и (b) представляют собой типичные сигналы амплитудной модуляции (AM) и частотной модуляции (FM) соответственно. Оба типа сигналов используются в потребительской радиосвязи. Синусоида, показанная на (c), имеет множество применений; например, это форма обычного бытового напряжения. «Последовательность импульсов», такая как в (d), может использоваться для управления двигателями постоянного тока с переменной скоростью.

Поскольку напряжение, создаваемое источником, как правило, является функцией времени, наиболее общее представление идеального источника напряжения показано ниже:

Независимый источник тока

Независимый источник тока создает ток, который не зависит от напряжения на нем. Изображение независимого источника тока показано ниже:

Другими словами, идеальный источник тока — это устройство, которое, при подключении к чему-либо , всегда будет выталкивать ток () с клеммы 1 и подтягивать i с к клемме 2

Поскольку ток, производимый источником, обычно является функцией времени, наиболее общее представление идеального источника тока показано ниже:

Электроника и элементы электронных схем

Часть I.Введение. Студенту должно быть совершенно очевидно, что обширный предмет электроники нельзя охватить в одной главе или даже в одном учебнике. Однако этот текст будет описывать основные принципы электроники и знакомить учащегося с работой простых электронных схем. Информация, полученная из этого текста, также позволит ему продолжить более глубокие исследования. Далее мы обсудим такие элементы схемы, как катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы, электронные лампы, транзисторы , и другие элементы, используемые при построении электронных схем.Мы опишем функции этих устройств, а также методы, с помощью которых они связаны друг с другом для получения определенных эффектов. Мы также покажем, как принципы, обсуждаемые в этом тексте, используются в радиоприемниках , радиопередатчиках , электронных системах управления , радарах и других электронных устройствах .

Часть II. Элементы электронных схем. Резисторы. Резистор — это элемент схемы, предназначенный для вставки сопротивления в цепь.Резистор может быть низкого или высокого номинала. Резисторы в электронных схемах бывают самых разных размеров и форм. ¹ Обычно они классифицируются как ² фиксированные, регулируемые или регулируемые, в зависимости от их конструкции и использования.

Значение сопротивления маленьких постоянных резисторов иногда обозначается кодом цвета . Резисторы, необходимые для передачи сравнительно высокого тока ³ и рассеивания большой мощности ⁴ , обычно представляют собой керамические резисторы типа с проволочной обмоткой.

Регулируемые и переменные резисторы. Регулируемый резистор обычно представляет собой проволочный резистор с металлической манжетой , которую можно перемещать по проводу сопротивления для изменения значения сопротивления, помещенного в цепь. Чтобы изменить сопротивление, контактную ленту необходимо ослабить и переместить в желаемое положение, а затем затянуть, чтобы она не скользила. Таким образом, во время работы резистор становится для всех практических целей постоянным резистором.

Переменный резистор расположен таким образом, что его значение может быть изменено в любое время оператором электронной схемы. Это изменение обычно сопровождается поворотом небольшой регулировочной ручки или поворотом регулировочного винта . Переменные резисторы широко известны как реостаты , потенциометры или .

Следует отметить, что использование резистора любого типа должно быть очень тщательно продумано. Емкость постоянного резистора, реостата или потенциометра должна быть такой, чтобы он мог пропускать ток ⁵ через цепь без повреждения , вычисляя ток с помощью закона Ома.

Катушки индуктивности. Назначение индуктора, или катушки индуктивности , состоит в том, чтобы добавить индуктивность в цепь. Эффект индуктивности заключается в противодействии любому изменению ⁶ существующего тока в цепи. Противодействие текущему течению в a. c. Цепь индуктивности называется индуктивным сопротивлением и измеряется в омах.

Катушки индуктивности бывают разных форм и конструкций. Катушка индуктивности , используемая в высокочастотных цепях , может состоять только из одного витка или даже менее одного витка провода.С другой стороны, индуктор, используемый в качестве дроссельной катушки в низкочастотной цепи или в цепи фильтра , может содержать много витков провода, а также намотан на железный сердечник для увеличения индуктивности.

Катушки индуктивности часто используются в радиосвязи вместе с конденсаторами для обеспечения настраиваемых цепей. Эти настроенные схемы наиболее ценны в радио и телевидении для фильтрации нежелательных частот ⁷ и передачи желаемых частот.

Катушки индуктивности имеют значение в генри.Один генри — это сравнительно большая индуктивность. Поэтому многие индукторы, используемые в электронных схемах, измеряются в миллигенри. Один миллигенри (mh) — это одна тысячная генри. Один генри — это индуктивность катушки, которая будет создавать обратное напряжение в 1 вольт, когда изменение тока происходит со скоростью ⁸ 1 ампер в секунду.

Конденсаторы. Конденсатор может быть определен как устройство, состоящее из двух или более проводящих пластин, отделенных друг от друга диэлектриком и используемых для приема и накопления электрического заряда .Конденсатор в электрической цепи препятствует любому изменению существующего напряжения .

Конденсаторы обычно используются в d. . схемы для уменьшения воздействия переходных напряжений и токов. Электрические переходные процессы — это высокие напряжения, возникающие время от времени при разрыве или повторном подключении цепи, например, при включении или выключении переключателя. Эти переходные напряжения обычно вызваны индуктивностью цепи. В а. c. В цепи конденсатор часто используется для блокировки постоянного тока, но позволяет протекать переменному току.Фактически, кажется, что переменный ток течет через конденсатор, но на самом деле сначала сохраняется на одной пластине конденсатора, а затем на другой.

Как и многие другие электронные блоки, конденсаторы производятся самых разных размеров и стилей. Некоторые конденсаторы очень малой емкости представляют собой просто крошечные пластины металла, разделенные изолятором ; большие конденсаторы могут весить несколько фунтов. Конденсаторы постоянной емкости бывают двух основных типов. Один из них представляет собой сухой конденсатор, который состоит из металлических пластин, разделенных сухим диэлектриком, таким как слюда или вощеная бумага, а другой — электролитический конденсатор, диэлектрик которого представляет собой химическую пасту или один электролит.Электролитический конденсатор действует только в одном направлении. Это означает, что он должен быть подключен таким образом, чтобы положительная и отрицательная полярности были правильными. Если его подключить в обратном направлении, ток пройдет через конденсатор и разрушит его. Конденсаторы постоянной емкости как сухого, так и электролитического типа производятся самых разных форм и размеров. Электролитические конденсаторы имеют маркировку, указывающую на правильный способ подключения к цепи.

Единица измерения емкости — фарада.Конденсатор, который будет накапливать 1 кулон электричества под e. м. f. 1 вольт имеет емкость 1 фарад. Фарад — это чрезвычайно высокое значение емкости; поэтому конденсаторы, используемые в стандартных электронных схемах, рассчитаны на ⁹ микрофарад (1 мкФ = одна миллионная фарада) или микрофарад (1 мкФ = одна миллионная микрофарада).

Примечания:

¹ различных размеров и форм

² обычно классифицируются как

³ для передачи сравнительно большого тока o

⁴ для рассеивания большой мощности

⁵ для обработки текущего

⁶ против любых изменений

⁷ для фильтрации нежелательных частот

⁸ из расчета

⁹ имеют рейтинг

Проверка

Проверьте себя по выбранным уровням

Схем

Цепи

Цифровые системы могут быть построены с использованием различных лежащие в основе физические технологии: механические, химические, биологические, гидравлический и многие другие.Хотя многие уроки этого предмета применимы к системам, построенным с использованием любой физический механизм, мы ориентируемся на электронику как на реализацию Средняя. Успех электроники в этом (и во многих других приложениях) зависит от на одной из самых удачных абстракций в истории инженерии: электронная схема. В этой главе мы исследуем схему как абстракцию и рассмотрим некоторые из его свойств, а также его ограничения для наших целей.

Абстракция схем

4.1. Абстракция схем

Триумф классической физики — это формулировка уравнений Максвелла, показано справа, что кратко отражает фундаментальную взаимосвязь между электрические и магнитные поля.

\ begin {уравнение} \ begin {array} {rcl} \ nabla \ cdot {\ bf D} & = & \ rho \\ \ nabla \ cdot {\ bf B} & = & 0 \\ \ nabla \ times {\ bf E} & = & — {{\ partial {\ bf B}} \ over {\ partial t}} \\ \ nabla \ times {\ bf H} & = & {\ bf J} + {{\ partial {\ bf D}} \ over {\ partial t}} \ end {массив} \ label {eq: maxwell} \ end {уравнение} Уравнения Максвелла

Если эти уравнения не имеют для вас особого смысла, не волнуйтесь: мощная инженерная абстракция предлагает нам рядовых инженеров значительно менее сложная модель, позволяющая проектировать полезные электронные системы используя простые правила и строительные блоки.Эта модель схема с сосредоточенными элементами . Уравнения Максвелла замечательны своей общностью: они применимы произвольным конфигурациям непрерывного 3-мерного пространства, имеющим произвольные распределения физических свойств, таких как электропроводность. Они закрепляют научные открытия Фарадея, Ампера, Гаусса, и других приверженцев науки, и представляют собой важный компонент нашей понимание классической физики. Однако как пространство для проектирования полезных систем они оставляют желать лучшего: их общность, источник силы в качестве научной модели, дает небольшое руководство для инженера с конкретной проблемой, которую необходимо решить.

Схема с сосредоточенными элементами

4.2. Схема с сосредоточенными элементами

Ключ к уменьшению описанной неограниченной трехмерной вселенной уравнениями Максвелла в удобное пространство для проектирования заключается в том, чтобы ограничить наше внимание крошечным подмножеством возможных физических конфигурации. В частности, вместо того, чтобы рассматривать произвольные трехмерные конфигурации материалов с произвольной электрической свойств, наша упрощенная модель рассматривает только конечные конфигурации дискретных компонентов из небольшого репертуара, электрически изолированных друг от друга, за исключением определенных соединений, сделанных идеалом, идеально проводящие провода.В этой модели схема анализируется с точки зрения напряжений и токи, а не лежащие в основе электрические и магнитные поля. Схема состоит из конечного числа компонентов, каждый из которых имеет один или несколько терминалов или портов . Порты подключены к эквипотенциальных узла , каждый из которых состоит из соединенных набор идеальных проводов; в любой момент каждый узел имеет одно напряжение к каждому порту, к которому он подключается. Текущий в порты и из портов определяется спецификацией каждого компонента с точки зрения применяемых напряжения.Ограничения уравнений Максвелла упрощаются до Законы Кирхгофа:

• Сумма всех токов, входящих в каждый узел, равна нулю.