Параметры электрической цепи: Параметры электрических цепей

Содержание

Параметры электрических цепей — FREEWRITERS

Параметрами электрической цепи являются R, L, C
R — сопротивление
L — индуктивность
C – емкость
Любой элемент электрической цепи обладает сопротивлением, емкостью и индуктивностью. Это неотъемлемое свойство как цвет, вес, и т.п.
Любая электрическая цепь, даже простейшая, обладает сопротивлением, емкостью и индуктивностью, поэтому параметры цепи – это ее сопротивление, индуктивность и емкость.

Сопротивление – это свойство  сопротивляться электрическому току.
Цепь состоит из источника, приемников и других элементов, которые сопротивляются току,  однако, ведут они себя по разному.
Это зависит от  того переменный ток или постоянный, и если переменный, то зависит от частоты.
Элементы R, L, C ведут себя в цепи как, сопротивления

Сопротивление R
Оказывает сопротивление и переменному и постоянному току и величина этого сопротивления не меняется.

Индуктивность L  
Оказывает сопротивление переменному току и пропускает постоянный ток. Сопротивление индуктивности изменяется при изменении частоты, чем выше частота, тем больше сопротивление.

Емкость С
Оказывает сопротивление постоянному току и пропускает переменный ток. Сопротивление емкости изменяется, чем выше частота, тем меньше сопротивление

Сопротивление – элемент, на котором происходит превращение энергии электрического тока в тепло.
 U = RI       R = U/I

Сопротивление – коэффициент пропорциональности между напряжением и током.
При данном токе, напряжение получается тем больше, чем больше сопротивление.

Емкость – элемент, в котором накапливается энергия электрического поля.
q = CU        C = q/U

Емкость – коэффициент пропорциональности между зарядом и напряжением
При данном напряжении, заряд получится тем больше, чем больше емкость

Индуктивность – элемент, в котором накапливается энергия магнитного поля.
Ф = LI         L = Ф/I

Индуктивность – коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и током
При данном токе, магнитный поток получается тем больше, чем больше индуктивность

R, L и C являются пассивными элементами электрических схем, то есть, они лишь определяют значение токов в ветвях, но не могут эти токи изменять.

Каждый из параметров R, L, C может быть определен на основании геометрических параметров с учетом свойств среды и материалов. Это позволяет изготавливать их в виде отдельных элементов с заранее заданными значениями R, L, и C


Если в цепи нужно сопротивление, то применяется Резистор
Резистор – сопротивление, оформленное в виде отдельного элемента, с гарантированным значением сопротивления.

Если в цепи нужна емкость, то применяют конденсатор
Конденсатор — емкость, оформленная в виде отдельного элемента с гарантированным значением емкости.

Если в цепи нужна индуктивность, применяют катушку, дроссель или контур
Катушка (контур), индуктивность оформленная в виде отдельного элемента, с гарантированным значением индуктивности.

Резисторы применяются для ограничения постоянных и переменных токов, а также для выделения тепла.
Конденсаторы применяются для того, чтобы пропускать переменный ток и не пропускать постоянный ток.
Индуктивности применяются для того, чтобы пропускать постоянный ток и не пропускать переменный ток.
 
Сочетания R, L и C позволяют делать электрические и электронные схемы с любыми заданными свойствами.

Свойствами R, L и C обладают любые элементы электрических цепей. У резистора всегда есть небольшая емкость и индуктивность, у конденсатора всегда есть признаки индуктивности и сопротивления, у катушки всегда есть сопротивление  и признаки емкости. Провода всегда обладают сопротивлением, емкостью и индуктивностью, транзисторы проявляют сильные свойства емкости и т. д.
Почти всегда неосновные свойства элемента являются нежелательными, например емкости транзисторов или сопротивление катушки, но они есть и, значит, в анализе электрических цепей их надо учитывать.

 

1.3. Параметры элементов электрической цепи.

Любой элемент электрической цепи обладает свойствами поглощать электрическую энергию и преобразовывать ее в другой вид, создавать свои магнитное и электрическое поля и накапливать в них энергию. Для характеристики этих свойств служат понятия параметров элемента.

Параметр сопротивления Rхарактеризует свойство элемента необратимо преобразовывать электрическую энергию в другие виды. Этот параметр является коэффициентом пропорциональности между мощностью преобразования электроэнергииРи квадратом протекающего через элемент тока, т.е

(1.4)

Параметр индуктивности Lхарактеризует свойство элемента создавать свое собственное магнитное поле и накапливать в нем энергию при протекании через элемент тока. Этот параметр является коэффициентом пропорциональности между энергиейW, накопленной в магнитном поле и квадратом тока, т.е.

(1.5)

Параметр емкости Схарактеризует свойство элемента создавать свое собственное электрическое поле и накапливать в нем энергию при протекании через элемент тока. Этот параметр является коэффициентом пропорциональности между энергиейW, накопленной в электрическом поле и квадратом напряженияU, т.е.

(1.6)

В общем случае любой реальный элемент цепи обладает всеми тремя параметрами

R,LиС. Однако встречаются устройства, работу которых приближенно можно характеризовать только одним параметром, например лампы накаливания можно характеризовать только сопротивлением.

Элементы цепи, обладающие только одним параметром, называются идеальными.

Источники электроэнергии характеризуются двумя параметрами: электродвижущей силой и внутренним сопротивлением.

Параметр ЭДС – Ехарактеризует способность источника создавать и поддерживать разность потенциалов на отдельных элементах цепи.

Прохождение тока по источнику сопровождается нагревом источника и потерей некоторой части энергии. Поэтому параметр внутреннего сопротивления rхарактеризует потери энергии внутри источника. В тех случаях, когда эти потери малы, внутреннее сопротивление не учитывают, а источник будет обладать только параметромЕи будет называться идеальным. На схемах идеальные элементы обозначаются следующими символами:

Рис. 1.1. Обозначение идеальных элементов: а – резистивного; б — внутреннего сопротивления источника; в – индуктивного; г – емкостного; д — источника ЭДС постоянного тока; е – источника ЭДС переменного тока

Элементы электрической цепи, работу которых можно охарактеризовать параметрами R,LиС, называются пассивными.

Элементы цепи, при работе которых в них самих возникает ЭДС, называются активными. К активным элементам относятся все источники электрической энергии, трансформаторы, двигатели, аккумуляторы. Для обозначения на схемах источников и приемников электрической энергии используют символы, представленные на рис. 1.2 и 1.3.

Рис. 1.2. Схемные обозначения источников электрической энергии:

а – аккумулятора; б – генератора постоянного тока; в – генератора однофазного переменного тока; г – трехфазного генератора

Рис. 1.3. Схемные обозначения приемников электрической энергии:

а – аккумулятора при зарядке; б – двигателя постоянного тока;

в – лампы накаливания; г – электрической печи нагрева;

д – трехфазного двигателя

Параметры постоянного электрического тока параметры мощности

Из курса физики известно, что электрический ток представляет собой упорядоченное, т.е. организованное перемещение заряженных частиц, которыми являются электроны в свободном состоянии. Естественно это движение подчиняется определенным законам и характеризуется физическими параметрами.

Электрическое поле и свободные носители зарядов – это те обязательные факторы, которые необходимы для существования электрического тока. Базисными параметрами постоянного (не меняющего своего значения) электрического тока считаются: его

сила, сопротивление, напряжение. Все они взаимосвязаны между собой.

Взаимосвязь параметров электрического тока

Элементарная электроцепь постоянного тока включает в себя источник электроэнергии, отрицательный и положительный контакты которого связаны шунтом или проводником. Движение заряда по проводнику осуществляется под воздействием электрического поля. Однако, этот перенос электронов не приводит к уравниванию потенциалов, т.к. в любой отрезок времени, к первому концу цепи поступает абсолютно такое же количество заряженных частиц какое из него переместилось к противоположному контакту. Таким образом разность потенциалов, которую принято называть напряжением, остается неизменяемой величиной.

Перемещению электрических зарядов в цепи, препятствует внутреннее сопротивление материала проводника. Взаимосвязь параметров электротока была выведена опытным путем Г. Омом. В математическом виде закон Ома можно представить так: I=U/R, где собственно I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов) и R – сопротивление на соответствующем участке цепи.

Последовательное соединение элементов электрической сети постоянного тока

Параметры электроцепи постоянного тока, в случае последовательного соединения устройств, имеют некоторые особенности. Так, например, сила тока (I) остается постоянной на всех элементах электрической схемы, а вот напряжение (U) является суммой напряжений на каждом участке схемы. Рассмотрим пример электрической цепи с последовательно включенными тремя проводниками с сопротивлением R1, R2 и R3. Согласно закону Ома, напряжение U1 = IxR1, U2 = IxR2, U3 = IxR3. Следовательно, U общ = U1+U2+U3= IxR1+ IxR2= IxR3 = I (R1+R2+R3).

Из уравнения видно, что такой параметр электрической цепи как общее сопротивление (R общ), при последовательном соединении, будет равен сопротивлению каждого отдельно взятого проводника. Последовательное подключение электрических устройств позволяет снизить нагрузку на отдельный элемент, что продлевает срок службы, но при этом теряется мощность.

Параметры электрической цепи. Параллельное соединение элементов

Параллельная цепь характеризуются общими контактами в местах ввода и вывода основного провода. В данной ситуации напряжение на всех элементах цепи остается одинаковым, т.е. U1=U2=U3. А вот для силы тока, будет характерна обратная зависимость от сопротивления каждого участка, т.е. I х=U/Rx. Параллельное соединение электроприборов является наиболее распространенным способом в бытовых условиях.

Параметры цепи при смешанном соединении в электрической цепи

Смешанное подключение проводников представляет собой электрическую цепь, в которой элементы включены комбинировано, т.е. как последовательно, так и параллельно друг другу. Для определения конкретных параметров, в этом случае, вся схема разбивается на самостоятельные участки в соответствии со способом подключения.

Очень полезная картинка, сохраните себе!

Индивидуальные параметры рассчитываются для каждого участка отдельно. Необходимо отметить, что параллельно включенные участки, могут состоять из ряда последовательно соединенных элементов.

Понятие мощности электрического тока и ее параметры

Прохождение электротока по цепи, по своей сути, представляет собой работу (А) по перемещению свободного заряда от одного потенциала к другому. Чем больше электронов пересекает плоскость сечения электропроводящего элемента за единицу времени, тем выше мощность электрического тока. Общее количество работы можно определить по формуле – А=U∆q=IU∆t=I2R∆t.

Мощность электротока имеет обратно пропорциональную зависимость от отрезка времени за который была осуществлена работа – Р=A/∆t и прямо зависит от разности потенциалов и силы тока – Р=UxI. В том случае, если на участке цепи не осуществляется механическая работа под воздействием электрического тока, энергия тратится только на нагрев токопроводящего элемента. Общее количество выделяемого тепла, в этом варианте, будет равно работе, которую совершает электрической ток. Определить количество теплоты можно применив формулу Q=I2R∆t. Это соответствие было получено опытным путем Джоулем и Ленцем, а закон назван их именем.

Основные параметры элементов электрической цепи

1. Основные параметры элементов электрической цепи

2. Резистор

• Рези́стор — пассивный элемент электрических цепей, обладающий
определённым или переменным значением электрического
сопротивления
• Функционирует при постоянном и переменном токе
• Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина
характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению
электрического тока и равная отношению напряжения на концах
проводника к силе тока, протекающего по нему. Также называют
радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи
активного сопротивления.
Сопротивление является характеристикой проводника и не зависит от поданного на него
напряжения.
Сопротивление зависти от
длины проводника,
площади его поперечного сечения,
вещества, из которого изготовлен проводник,
температуры.
Чтобы связать вещество и его сопротивление, вводится такое понятие как удельное сопротивление
вещества. Оно показывает, какое будет сопротивление в данном веществе, если проводник из него
будет иметь длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2. Проводники такой длины и толщины,
изготовленные из разных веществ, будут иметь разные сопротивления. Это связано с тем, что у каждого
металла (чаще всего именно они являются проводниками) своя кристаллическая решетка, свое
количество свободных электронов.
Чем меньше удельное сопротивление вещества, тем лучшим проводником электрического тока оно
является.
Чем длиннее проводник, тем большее сопротивление он имеет. Движению электронов в металлах
мешают ионы, составляющие кристаллическую решетку. Чем их больше, т. е. чем длиннее проводник,
тем больше у электрона шанс замедлить свой путь. Однако увеличение площади поперечного сечения
делает как бы дорогу шире. Электронам легче течь и не сталкиваться с узлами кристаллической решетки.
Поэтому чем толще проводник, тем его сопротивление меньше.
Сопротивление прямо пропорционально зависит от удельного сопротивления (ρ) и длины (l)
проводника и обратно пропорционально зависит от площади (S) его поперечного сечения.
R = ρl/S
Для вычислений удельные сопротивления берут из специальных таблиц.
Для металлических проводников чем больше температура, тем сопротивление больше. Это связано
с тем, что при повышении температуры ионы решетки начинают сильнее колебаться и больше мешать
движению электронов. Однако в электролитах (растворах, где заряд несут ионы, а не электроны) с
повышением температуры сопротивление уменьшается. Здесь это связано с тем, что чем выше
температура, тем больше происходит диссоциация на ионы, и они быстрее двигаются в растворе.

4. Классификация


По назначению:
— резисторы общего назначения
— резисторы специального назначения
По характеру изменения сопротивления
— постоянные
— переменные регулировочные
По способу защиты:
— изолированные
— неизолированные
— вакуумные
— герметизированные
По способу монтажа:
— для печатного монтажа
— для навесного монтажа
— для микросхем и микромодулей.
По виду вольт-амперной характеристики:
— линейные резисторы;
нелинейные резисторы:
— варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения
— терморезисторы — сопротивление зависит от температуры
— фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости
— тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора
— магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля
— мемристоры (разрабатываются) — сопротивление зависит от протекавшего через него заряда (интеграла тока за время работы)
По технологии изготовления:


проволочные резисторы
металлопленочные и композитные

5. Активное сопротивление в цепи переменного тока

Ток и напряжение изменяются по одному и тому же
закону. Одновременно достигают своих максимальных
значений и проходят через нуль.
Следовательно, при включении в цепь переменного тока активного
сопротивления ток и напряжение совпадают по фазе
Из уравнений напряжения и тока видно, что начальные фазы обеих кривых одинаковы,
т. е. напряжение и ток в цепи с сопротивлением R совпадают по фазе
u = Umsinωt
Действующий ток
Закон Ома ничем не отличается от формулы для цепи постоянного тока, если
переменные напряжение и ток выражены действующими величинами
Мгновенная мощность равна произведению мгновенных величин напряжения и тока:
p = Umsinωt Imsinωt = UmImsin2ωt
Мощность в течение периода остается положительной, хотя ток и напряжение меняют
свой знак. Это получается благодаря совпадению по фазе напряжения и тока.
Постоянство знака мощности говорит о том, что направление потока электрической
энергии остается в течение периода неизменным, в данном случае от сети (от источника
энергии) в приемник с сопротивлением R, где электрическая энергия необратимо
преобразуется в другой вид энергии. В этом случае электрическая энергия называется
активной
Активная мощность для данной цепи равна произведению действующих величин тока и
напряжения:
P = UI = I2R = U2R

7. Индуктивность

В 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции – При всяком изменении
магнитного потока через проводящий контур в этом контуре возникает
электрический ток
Опыты позволяющие рассмотреть условия возникновения индукционного тока
— изменение магнитной индукции поля, у котором находится индукционный контур
изменение положение катушки, находящейся в неизменном магнитном поле
— Изменение площади контура, находящегося в неизменном магнитном поле
Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле
уменьшает изменение магнитного потока, являющееся причиной возникновения этого
тока.
Правило Ленца — Индукционный ток всегда имеет такое направление, что
взаимодействие его с первичным магнитным полем противодействует тому
движению, вследствие которого происходит индукция
Индукционный ток тем больше, чем меньше электрическое сопротивление катушки,
если все остальные условия опыта вполне одинаковы.

8. Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

Индуктивность в цепи влияет на силу переменного тока
При изменении силы тока по гармоническому закону
i = Im sin ωt
ЭДС самоиндукции равна:
еi = —Li’ = —LωIm cos ωt
Так как u = —ei напряжение на концах катушки оказывается равным
где Um = LωIm — амплитуда напряжения.
Следовательно, колебания напряжения на катушке
опережают по фазе колебания силы тока на , или,
что то же самое, колебания силы тока отстают по фазе
от колебаний напряжения на
Действующее значение напряжения
Амплитуда силы тока в катушке равна
Если ввести обозначение ωL = ХL и вместо амплитуд силы тока и напряжения
использовать их действующие значения, то получим
Величину XL, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют
индуктивным сопротивлением.
Индуктивное сопротивление зависит от частоты ω. Постоянный ток вообще «не
замечает» индуктивности катушки. При ω = 0 индуктивное сопротивление равно нулю (XL =
0).
Чем быстрее меняется напряжение, тем больше ЭДС самоиндукции и тем меньше
амплитуда силы тока. Катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току

10. Конденсатор

Система из разноименно заряженных проводников называется конденсатором, а заряд,
который надо перенести с одного проводника на другой, чтобы зарядить один из них
отрицательно, а другой положительно, называется зарядом конденсатора.
Конденсатор — двухполюсник с определённым или
переменным значением емкости и малой проводимостью.
Устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
Конденсатор является пассивным электронным компонентом.
В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин
(называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с
размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика
и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в
цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).
Емкость характеризует не отдельную пластину, а систему обеих
пластин в их взаимном расположении по отношению друг к другу.
Основной характеристикой конденсатора является его емкость
характеризующая способность конденсатора накапливать
электрический заряд . В обозначении конденсатора фигурирует значение
номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может меняться
в зависимости от многих факторов.
Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства.

11. Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор. При
этом цепь оказывается разомкнутой, так как обкладки конденсатора
разделены диэлектриком.
Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор.
Сила тока, представляет собой производную заряда по времени
Следовательно, колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на
конденсаторе на
Амплитуда силы тока равна Im = UmCω.
Если принять
где Хс – емкостное сопротивление
В конденсаторе не происходит потерь
энергии, поэтому емкостное сопротивление называют реактивным.

12. Полная мощность электрической цепи

Активная мощность — указывает на необратимые преобразования электроэнергии в данной
цепи в другие виды энергии
P =U ⋅ I ⋅ cosϕ
Зависит от действующих значений напряжения и тока и от коэффициента мощности cosϕ
cosϕ = R/Z
Тогда
Р = I2R [Вт]
Реактивная мощность — отражает процесс обмена энергией между источником энергии и
совокупностью индуктивных и емкостных элементов
Q =U ⋅ I ⋅ sinϕ = I2X [Вар]
При индуктивном характере входного сопротивления (ϕ > 0) реактивная мощность
положительна, при емкостном (ϕ
Полная мощность – это произведение действующих значений напряжения между
выводами источника U = E и тока источника I
S =UI = EI = I 2Z [ВА]
Определяет эксплуатационные возможности многих электротехнических устройств
(генераторов, трансформаторов и др.), для которых она указывается в качестве
номинальной

13. Контрольное задание

Самостоятельно заполнить таблицу
Виды
сопротивлений
Активное
Индуктивное
Емкостное
Единицы
измерения
Формулы
закона
Ома
Формулы
сопротивления
Векторная
диаграммуа тока и
напряжения

Схемы электрических цепей и ЭДС

Схемы электрической цепи, понятие параметров и элементов электрических цепей:

Для начала вспомним определения:

Параметрами электрической цепи называется величина, связывающая ток и напряжение на конкретном участке цепи (r – сопротивлением, рис. 1 а; L – индуктивностью, рис. 1 б; C  – ёмкостью, рис. 1 в. ).

Элементами электрической цепи называют отдельные устройства входящие в электрическую цепь и выполняющие в ней определённую функцию. Пример отдельных элементов и простой схемы электрической цепи:

Рис.1

                                             Схемы электрических цепей:

        При конструировании, монтаже и работе электрических установок (электрооборудования) нельзя обойтись без электрических схем. Электрические схемы по своему назначению различаются на несколько типов: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, однолинейные, и др.

        Принципиальная схема даёт полное представление о работе электроустановки, полный состав элементов и связи между ними.

         Схема электрической цепи – это графическое представление изображения электрической цепи, которая содержит условные обозначения элементов и соединение этих элементов. Условные обозначение в электрических схемах установлены стандартами системы ЕСКД. Различают последовательное и параллельное соединение элементов в схемах и электрических цепях. Сложные электрические схемы образуются в результате включения групп элементов соединенных между собой последовательно или параллельно (см. на рис. 2).

 Рис.2

                                Электродвижущая сила (ЭДС):

       Физические процессы получения электрической энергии различаются в зависимости от вида преобразуемой энергии, где главное различие состоит в природе сил, которые разделяют положительный и отрицательный заряды в веществе. На электрически заряженные частицы кроме сил электрического поля при определенных условиях действуют сторонние силы, обусловленные неэлектромагнитными процессами (тепловые процессы, химические реакции и т.д.)

             В результате действия сторонних сил в источнике электрической энергии происходит разделение электрических зарядов и образуется электродвижущая сила (ЭДС).

                Величина, характеризующая способность стороннего поля и индуцированного электрического поля вызывает электрический ток, называется электродвижущей силой.

     Для примера рассмотрим преобразование тепловой энергии в электрическую:

            В замкнутой цепи из двух разных металлов при одинаковой температуре (контактов 1 и 2) электрический ток не возникает, так как контактные разности потенциалов в обоих контактах  одинаковы, но направлены в противоположные стороны по цепи (см. рис. 3):

        Рис.3

 

Основные понятия и законы электрических цепей

Электрической цепью принято называть совокупность элементов, соединённых определённым образом и предназначенных для протекания электрического тока.  В отличие от описания электромагнитной системы при помощи векторов поля (E, D , H , B)  и уравнений Максвелла,  электрическую цепь описывают при помощи интегральных величин, таких как: электрическое напряжение — u, ток — i , зарядq, магнитный поток – Ф.

Электрическое напряжение u  — это работа по перемещению заряда в пространстве между двумя точками 1 и 2 , определяется как:

Суммарная работа при обходе замкнутого контура, в потенциальных электромагнитных полях, не зависит от формы пути и равна нулю. Исходя из этого утверждения, сумма напряжений при обходе замкнутого контура равна нулю:

При расчетах, как для напряжений, так и для тока, положительное направление может быть выбрано произвольно, но в большинстве случаев его принимают совпадающим с положительным направлением тока. Связь между напряжением и током на участке проводника определяется законом Ома:

где  rk = 1/gk — сопротивление участка проводника; gk — его проводимость.

При перемещении заряда dq в проводнике, находящимся под напряжением u, затрачивается энергия:

Энергия или работа, затраченная на перемещение заряда электрическим током за некоторый интервал времени, например от t1 до t2:

 где pмощность электрического тока:

Чтобы “максимально упростить” учёт (расчет) процессов преобразований электромагнитной энергии в электрических цепях ввели “понятие” идеализированных элементов, процессы в которых связаны лишь с одним видом энергии поля, магнитной или электрической. Для магнитного поля используют идеализированную катушку, характеризуемую индуктивностью  L = ωФ/i, а для электрического – идеализированный конденсатор, характеризуемый ёмкостью C = q/u. Другие виды энергии, возникающие в результате преобразований энергии электромагнитного поля, учитывают введением идеализированного резистора, характеризуемого сопротивлением  r.

Идеализированные источник тока и источник напряжения вводят для учёта преобразований энергии не электрического происхождения в электрическую. Для идеализированных (т.е. “теоретических”, а не реально существующих источников) принимают,  что ток j идеализированного источника тока не зависит от напряжения на его зажимах, а напряжение е идеализированного источника напряжения не зависит от тока в нём. На рисунке 1, приведенном ниже, отображены характеристики простейших элементов электрической цепи и их условные обозначения.

Основной задачей при расчётах электрической цепи, является определение токов и напряжений на зажимах идеализированных элементов, как аналогов электрических устройств, входящих в состав цепи.

В зависимости от длины волны (т.е. частоты) сигнала действующего в электрической цепи она может вести себя как система с сосредоточенными или распределёнными параметрами.

В системе с сосредоточенными параметрами индуктивность L , емкость C, активное сопротивление R сосредоточены в катушке, конденсаторе и резисторе соответственно. Например, электрическую цепь размерами даже в десятки метров, при действующей частоте сигнала 25 кГц и соответствующей ей длине волны

, можно рассматривать как цепь с сосредоточенными параметрами. В этой цепи длина электромагнитной волны значительно превышает размеры самой цепи.

В системах с распределёнными параметрами (или т.н. длинных линиях), в отличии от сосредоточенных, индуктивность, емкость и активное сопротивление распределены по всей длине цепи, что характерно для “длинных” линий передач электромагнитных колебаний (двухпроводных линий, фидеров, волноводов), счётно-решающих устройств, компъютерной техники, и т.п.. Например, в счётно-решающем устройстве анализ процессов в цепи с размерами в несколько сантиметров и частоте сигналов в 500 МГц, длиной волны λ = 0,6 м, должен вестись с позиции электромагнитного поля, или как цепи с распределёнными параметрами, в которой учитываются изменение тока и напряжения в зависимости от положения в пространстве (то есть пространственных координат). Длина электромагнитной волны, в приведенном выше примере, не значительно превышает размеры самой электрической цепи.

Элементы, используемые в электрических цепях, имеют ряд признаков, по которым их можно классифицировать, это : число полюсов, соотношения воздействия и реакции, вид характеристики, потребление энергии и т.д..

Относительно числа полюсов, различают элементы : двухполюсные, четырехполюсные, многополюсные.

К двухполюсным относят резисторы, конденсаторы, катушки, неуправляемые источники энергии (батарейки и т.п.), а также некоторые полупроводниковые и электронные приборы – диоды, динисторы и т.д..

К четырёхполюсным относят большую часть электронных приборов, электромагнитных и электромеханических устройств. В основном это: транзисторы (униполярные и биполярные), электровакуумные триоды , усилители тока и напряжения, управляемые источники энергии (тока или напряжения), трансформаторы (с двумя обмотками) и т.п..

К многополюсным относят многосеточные электронные лампы, интегральные полупроводниковые приборы (аналоговые и цифровые микросхемы), многообмоточные трансформаторы  и другие устройства, с достаточно большим количеством полюсов (входных и выходных зажимов) относительно которых интересуются процессами в цепи.

Есть статьи в которых “сознательно упускают” понятие четырёхполюсник, а элементы классифицируются относительно числа полюсов только как двухполюсные и многополюсные, хотя именно понятие четырехполюсник очень часто используется в статьях, описаниях, расчётах, литературе  и т.п..

Соотношением воздействия x(t) и реакции y(t), то есть причины и следствия, принято оценивать свойства электрических цепей и их элементов.

Воздействие и реакцию связывают уравнением. В зависимости от вида этого уравнения элементы и цепи подразделяют на инерционные и безинерционные, линейные и нелинейные, управляемые и неуправляемые, обратимые и необратимые, стационарные и нестационарные.

Инерционными принято называть элементы, для которых воздействие и реакцию связывают интегральные или дифференциальные уравнения. Реакция инерционных элементов связана с изменением запаса энергии электромагнитного поля в результате приложенного к ним воздействия. К инерционным элементам, прежде всего, относят индуктивность и ёмкость.

Безинерционными принято называть элементы, для которых воздействие и реакция связаны алгебраическими уравнениями, примером является обычный резистор. В отличии от инерционных, реакция безинерционных элементов, как минимум, не связана с изменениями запасов энергии электромагнитного поля в результате приложенного к ним воздействия.

Уравнения, связывающие воздействие и реакцию, состоят из математических величин, являющихся функциями времени. Эти величины называют переменными. Как пример, для безинерционного k-го элемента зависимость реакции yk, от входного воздействия  xk описывают уравнением:

где ak — коэффициент пропорциональности, называемый параметром k-го элемента.

Если параметр ak , постоянная величина и не зависит от значений воздействия или реакции, то такой элемент называют линейным. В противном случае, если значение параметра ak не постоянная величина – элемент называют нелинейным. Цепи которые состоят только из линейных элементов называют линейными, если же в состав цепи входит хотя бы один нелинейный элемент, то такую цепь называют нелинейной.

Элемент называют управляемым, если параметр  ak можно изменять путём приложения к нему внешнего управляющего воздействия. Управляемыми могут быть как резистивные, так и емкостные и индуктивные элементы (переменные резисторы, ёмкости, индуктивности…).

Элемент называют обратимым или взаимным, если при взаимной замене переменных , когда за воздействие принимают переменную yk, а реакцией считают переменную xk, параметр  ak не изменяется. Элемент называют необратимым или не взаимным, если при взаимной замене переменных,  параметр  ak  изменяется. Цепи, которые состоят только из обратимых элементов называют обратимыми, если же в состав цепи входит хотя бы один необратимый элемент, то такую цепь называют необратимой. К необратимым элементам, в основном, относятся различные электронные и полупроводниковые приборы, это могут быть различные операционные усилители, электровакуумные приборы, транзисторы и др. Элементы “попроще” , например такие как конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, трансформаторы, относят к обратимым элементам.

Если параметр  ak не зависит от времени, то такой элемент называют стационарным. Если же параметр  ak зависит от времени, то есть является его функцией, то такой элемент называют нестационарным или параметрическим. Нестационарной или параметрической называют электрическую цепь, в состав которой входит хотя бы один нестационарный элемент.

В электротехнике важными являются такие понятия как пассивный и активный элемент. К пассивным элементам относят те которые только потребляют поступающую извне энергию W(t), имеющую положительное значение, и не меняющие её знак на противоположный в любое время. Но если энергия, поступающая в элемент, в какой-либо момент времени меняет знак на отрицательный, то такой элемент принято называть активным. Активные элементы, при наличии сторонних источников питания, могут отдавать энергию во внешнюю цепь. К активным, прежде всего, относят неуправляемые или управляемые внешним воздействием источники электрической энергии (тока или напряжения) , электровакуумные приборы (тетроды, пентоды), электронные приборы (операционные усилители транзисторы) и т.п.. Применение, одного или нескольких активных электронных или электровакуумных элементов в электрической цепи даёт возможность, при определённых режимах их работы усиливать воздействия по мощности за счёт потребления энергии от внешних источников питания.

Подведём итоги вышеизложенного в данной статье материала :

— дано понятие и приведены основные характеристики идеализированных элементов, таких, как катушка индуктивности, конденсатор, резистор, источник тока и напряжения;

— электрические цепи бывают с сосредоточенными и распределёнными параметрами;

— относительно числа полюсов электрические элементы различают как: двухполюсные,  четырехполюсные, многополюсные;

— в зависимости от реакции на воздействие, элементы и цепи подразделяют на:

  • инерционные и безинерционные;
  • линейные и нелинейные;
  • управляемые и неуправляемые;
  • обратимые и необратимые;
  • стационарные и нестационарные;
  • активные и пассивные.

3.Параметры потребителей и источника электроэнергии

Параметры потребителей электроэнергии

Одним из основных параметров нагрузки электрической цепи является её электрическое сопротивление.

Электрическое сопротивление — это противодействие всей электрической цепи или отдельных её участников прохождению электрического тока. Сопротивление измеряется в омах (Ом).

Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, на принципиальных схемах изображается в виде прямоугольника и обозначается латинской буквой R.

при последовательном соединении проводников с разным сопротивлением общее электрическое сопротивление равно сумме их электрических сопротивлений:

Rпосл. = R1 + R2 +R3.

В бытy и на производстве все потребители электроэнергии (лампы накаливания, утюги, электрочайники, электромоторы и др.) подключаются к

 сети параллельно. В связи с этим надо запомнить, что при параллельном включении общее сопротивление всех потребителей уменьшается, а сила тока источника увеличивается. При этом возрастает опасность перегрузки сети, что может привести к пожару. 

Величина, обратная сопротивлению проводника (1 / R), называется проводимостью.

При параллельном соединении проводников общая проводимость ровна сумме их проводимостей: 

1/ Rпар.= 1/ R1+ 1/ R2+ 1/ R3.

Напряжение — это работа, которую совершает источник электрического тока по перемещению единицы электрического заряда через нагрузку с сопротивлением R. Обозначается оно латинской буквой U и измеряется в вольтах (В) — в честь итальянского физика Алессандро Вольта. 

Мощностью (Р) называется работа по перемещению через нагрузку определённого электрического заряда, которую совершает источник тока в единицу времени. Мощность измеряется в ваттах (Вт) по имени английского изобретателя Джеймса Уатта.

Параметры источника электроэнергии

Как мы уже знаем, электрическая энергия вырабатывается её источником под действием каких-либо внешних сил. При этом в результате действия внешней силы каждый единичный электрический заряд при движении внутри источника приобретает некоторое количество энергии. 

Величина энергии, получаемой от внешних сил единичным электрическим зарядом внутри источника, называется электродвижущей силой источника (ЭДС). Как и напряжение, ЭДС источника измеряется в вольтах.

предохранители.pptx


Опасным в электротехнике является короткое замыкание. Если соединить электроды источника тока проводом, получим то, что называется режимом короткого замыкания. Сила тока в режиме короткого замыкания источника становится непомерно большой, что приводит к вьделению большого количества тепла внутри электромеханического генератора и разрушению в нём обмоток.  Сила тока бывает настолько велика, что провод, замыкающий электроды источника, раскаляется докрасна и даже плавится. 

Ток короткого замыкания опасен как для источника электрической энергии, так и для нагрузки и может привести к возгоранию проводов электрической цепи и пожару. 

Для предохранения от короткого замыкания между источником и нагрузкой в разрыв проводов устанавливают защитные устройства в виде плавких предохранителей и автоматов защиты. Эти устройства предохраняют от повреждения станки, двигатели, генераторы, линии электропередачи, бытовые электроприборы и т.д. При отклонениях в работе электрической цепи они отключают потребители электроэнергии, предотвращая пожары, аварии, травматизм. 

Примером защитного устройства электрической цепи служат плавкие предохранители, устанавливаемые для защиты квартирной электропроводки и электробытовых приборов (телевизоров, радиоприёмников и др.). Предохранитель представляет собой тонкую проволоку из легкоплавкого металла, вставленную в стеклянную или керамическую трубry . При неисправностях в электрической цепи, связанных с увеличением тока выше допустимого, проволока нагревается и расплавляется. При этом происходит размыкание электрической цепи. 

Параметром предохранителя является максимально допустимая мощность, которая в этом случае задается в виде допустимой силы рабочего тока.  Нагрузка электрической цепи будет исправно выполнять положенную работy только в том случае, если её электрические параметры соответствуют параметрам источника и другим элементам цепи. Это означает, что рабочее напряжение нагрузки должно соответствовать рабочему напряжению источника, а мощность, потребляемая нагрузкой, не должна превышать его допyстимой мощности
Видео YouTube

Так, все электроприборы, рассчитанные на напряжение 220 В, в электрической сети с напряжением 127 В практически работать не смогут из-за недостатка энергии. Поэтому нить накала лампы будет едва светиться, излучающая поверхность электрокамина станет лишь слегка тёплой, а вода в электрочайнике не вскипит. И наоборот, в электрической сети с напряжением 220 В все электроприборы, рассчитанные на 127 В, также работать не смогут, но уже по другой причине: они будут получать от источника слишком большyю энергию. Нить накала лампы ярко вспыхнет и сразу расплавится, нагревательные элементы будут некоторое время работать, но затем их постигнет та же участь.

 Если потребляемая приборами мощность электрической энергии превысит допустимую мощность источника, то сработают предохранители, защищающие его от возникшей перегрузки, однако нагревательные приборы при этом работать не смогут.

Параметры цепи

— обзор

26.2.1 Высоковольтные PIN-диоды (SOS-диоды)

На рисунке 26.3a показана упрощенная структура типичного высоковольтного мощного диода с несущими с прямым смещением [10]. Он имеет сильно легированный анод P + и подложку N + , на которой сформирован слаболегированный эпитаксиальный слой N (или почти собственный, I), называемый дрейфовой областью [11]. Область дрейфа, обычно не встречающаяся в маломощных диодах, должна содержать истощающий слой высоковольтного PIN-диода с обратным смещением, определяющий номинальное напряжение обратного пробоя (или удержания) диода (сквозные диоды).

РИСУНОК 26.3. (а) ПИН-диод с прямым смещением; (б) P + PN N + SOS-диодная структура и типичный профиль легирования; и (c) обратная блокировка SOS-диода.

Включение PIN-диодов требует удаления обедненного слоя (перед включением диод имеет обратное смещение). Удаление накопленного заряда истощения требует определенного тока и времени. В прямой проводимости преобладают инжектированные дырки (модуляция проводимости) в дрейфовой области, которая становится виртуальной P-областью.Инжектированный неосновной заряд является положительным, если диод является проводящим, а прямой ток обеспечивает неосновные носители со скоростью, с которой они рекомбинируют.

Чтобы выключить PIN-диод, накопленные избыточные носители, в основном в области дрейфа, должны быть разряжены до обратного смещения диода, при этом неосновной заряд становится отрицательным. При подаче обратного напряжения UR, прямой ток будет уменьшаться со скоростью d i / d t I RR / t rr, (рис.26.3c), становясь отрицательным, чтобы вывести избыточные носители из области дрейфа и зарядить обедненную емкость C eqoff . При постоянном напряжении U R в индуктивных цепях (L s индуктор) величина обратного тока диода d i / d t U R / L s , , достигнув значения I rr = t rr U R / L с при времени обратного восстановления t rr = L с I rr / U r , — это плата за возврат. Q RR = I RR t RR / 2.

В колебательных цепях LC (рис. 26.4) PIN-диод может стать обратным смещением из-за отрицательного быстрорастущего напряжения с высоким пиковым значением В rm , , которое может быть более чем в три раза выше, чем приложенное постоянное напряжение U (рис. 26.3c).

РИСУНОК 26.4. Генерация импульсов SOS с использованием магнитного накопителя энергии.

При высоких обратных напряжениях энергия импульса должна быть ограничена, чтобы избежать ударного ионизационного тока, разрушающего диод в результате лавинного пробоя и чрезмерного рассеивания мощности.Поэтому PIN-диоды следует использовать с очень короткими импульсами, обостряя их и увеличивая амплитуду напряжения подаваемых импульсов.

Полупроводниковые открывающие переключатели (SOS) представляют собой модифицированные высоковольтные диоды PIN, использующие структуру P + PN N + с постепенно легированным слоем P (рис. 26.3b) [12]. Они оптимизированы для относительно медленного обратного восстановления (A t RR ≈ 50–100 нс), но резкого восстановления (очень быстрое затухание обратного тока) (1 — ∧) t rr ≈ 5 нс (рис.26.3c).

Характеристики SOS зависят не только от прямого тока накачки (плотность тока и очень короткое время для предотвращения насыщения), но и от профиля легирования структуры P + PN N + . Обратное восстановление SOS-диодов (например, их открытие) должно отличаться от PIN-диодов, поскольку прерывание тока должно происходить в основном в более узком слое, легированном P, а не в дрейфовом слое. SOS может переключать большие токи (kA) за наносекундное время размыкания с автоматическим равномерным распределением обратного напряжения (kV) в последовательно соединенных SOS во время спада тока.Последовательные стеки до 1000 SOS могут быть развернуты для получения рабочих напряжений, близких к уровню мегавольт, пиковых токов в несколько килоампер, пиковой мощности в гигаватт и средней мощности в десятки киловатт.

В упрощенной схеме работы SOS (рис. 26.4) предполагается, что прямоугольный предымпульс с амплитудой U и длительностью T U генерируется и подается на SOS последовательно с индуктором L S для зарядки конденсатора C R .

Во время положительной части предымпульса, периода прямой накачки, SOS-диод смещен в прямом направлении, и синусоидальный ток индуктора возрастает, чтобы накапливать энергию в резонансной цепи L s C r в диоде конденсатор C, r заряжен почти до 2L7. Если пренебречь потерями, паразитными эффектами и падениями напряжения на диоде, максимальный прямой ток равен I F ≈ U / Z r , , где ZR = LS / CR — характеристический импеданс L s C r резонансный резервуар с частотой колебаний ωR = LSCR-1 = π / TU.Зарядка происходит только во время длительности импульса T U . Без учета постоянной времени затухания рекомбинации, прямой накопленный заряд диода составляет почти 2 I F / ω R .

Во время интервала синусоидальных отрицательных колебаний напряжение предымпульса почти равно нулю, а ток катушки индуктивности становится отрицательным. Диод SOS открывается почти при C r пиковый ток разряда I rr 2 U / Z r ≈ 2I F , — это заряд обратного восстановления Q RR ≈ I RR / ω R почти равняется впрыскиваемому вперед заряду.

Предполагая резкое восстановление диода и предполагая сохранение энергии, максимальное v p импульсное напряжение V rm зависит от нагрузочного конденсатора Cz и резистора R Z , составляет ≈ для ≫ Cz, , где R Z параллельно с ZZ = LS / CZ, характеристическое сопротивление цепи второго порядка LsCz с коэффициентом демпфирования ξ и собственной частотой ωZ≈LSCZ-1.

Для почти оптимальной передачи энергии следует использовать демпфирование немного ниже критического значения, так как импульс v p является примерно синусоидальным.Сети или линии, формирующие импульсы, могут быть использованы для его компенсации [12].

Для получения почти критической демпфированной нагрузки (0,7 <ξ 1) она должна быть 1,4 R z < Z z < 2R z. Тогда из требуемых V rm и I rr , значение Z R составит ZR≈2U (RZ‖ZZ) / VRM, то есть L S ≈ Z R / ω R и C R ≈ 1 / (Z R ω R ).Из L s и Z z , конденсатор параллельной нагрузки C z , либо добавленная, либо паразитная емкость, либо SOS C eqoff , должны быть C Z ≈L S / Z 2 Z .

Для требуемого В rm нагрузочный резистор R z и конденсатор C Z , диод SOS должен выдерживать прямой ток I F , время накачки T U , обратное напряжение В RM , обратный восстановительный ток I RR , и обратный восстановительный заряд Q RR .

Высокие пиковые напряжения В rm и сравнительно низкие значения I rr требуют очень низких значений параллельной емкости нагрузки (паразитной) C z или более высоких значений I RR .

Пример 26.1 Определите параметры схемы на рис. 26.4, чтобы получить импульс 1 мВ 30 нс в резисторе R z = 1 кОм (пик 1 МВт) параллельно с конденсатором C z , от предымпульс, имеющий U = 300 кВ и длительность импульса T U.

Решение. Длина предымпульса должна быть T U ≈ 30 × 10 −9 × 10 6 / (300 × 10 3 ) ≈ 100 нс. Тогда из приведенных выше уравнений получаем ωR = π / T U = π / (100 × 10-9) ≈ 3,14 × 107, Z Z ≈ 1,5R Z ≈ 1,5 кОм, R Z || Z Z ≈ 600ω, Z R ≈ 2U (R Z || Z Z ) / V RM ≈ 2 × 300 × 103 × 600/106 ≈ 360ω, L S ≈ Z R /.R ≈ 360 / 3,14 × 107 ≈ 11,4 мкГн, CR ≈ 1 / (Z R .R) ≈ 1 / (360 × 3,14 × 107) ≈ 88 пФ и C Z ≈ L S / Z 2 Z ≈ 11,4 × 10-6 / 3602 ≈ 5,1, что является низким значением с учетом паразитных емкостей, не говоря уже о эквивалентной обедненной емкости SOS-диода (или ассоциации диодов) C eqoff . SOS должен выдерживать I F ≈ U / ZR ≈ 300 × 10 3 /360 ≈ 833 A, I RR ≈ 2I F ≈ 1,67 кА, V RM ≈ I RR (R Z || Z Z ) ≈ 1667 × 600 ≈ 106 В, Q RR ≈ I RR /.R≈ 1667 / 3,14 × 107 ≈ 53 мкКл, среднее время жизни избыточных носителей (дырок) (обратно пропорционально затуханию рекомбинации) больше 1 (is, и время обратного восстановления trr≈π / (2ωR) ≈πLSCR / 2≈50 нс, почти половина времени прямой накачки.

Длительность импульса (время установления) близка к Tp = π / (ξωZ) = πLSCZ / ξ≈31 нс, что составляет около требуемых 30 нс. Более точные приближения для более высоких значений C z Значения требуют коэффициентов демпфирования ξ до 0,5, которые увеличивают номиналы диодов SOS (I F , I RR , и Q RR ), , но позволяют удвоить емкости C z .

Этот генератор импульсов SOS умножает амплитуду поступающего предымпульса чуть выше трех раз. Учитывая нынешние возможности SOS-диодов (около 1 кА и 1 кВ), для этого импульсного модулятора на 1 МВ потребуется матрица из нескольких тысяч SOS-диодов, расположенных последовательно из нескольких параллельно включенных диодов. Изоляция масла и охлаждение, дополненное водой / воздухом, являются обязательными. Особое внимание следует уделять паразитным индуктивностям и емкостям.

В других устройствах SOS для достижения сверхбыстрого времени переключения используются уникальные методы диффузии, такие как устройство восстановления ступенчатого смещения (DSRD), диод обратного восстановления (IRD) и устройства отсроченной ионизации (DID).Каждое устройство способно генерировать импульсы от 1 до 10 кВ со временем нарастания от 100 пс до 1 нс.

Кремниевая лавинная точилка (SAS) на основе PIN-диодов — это устройство для заточки, которое сокращает время нарастания импульса. Обычно он работает с обратным смещением, с медленным временем нарастания и коротким обратным импульсом, подаваемым на SAS, чтобы вызвать его лавину. Когда происходит лавинный пробой дрейфового слоя ПАВ, к нагрузке прикладывается импульс с очень коротким временем нарастания. Лавинный пробой не разрушает SAS, если входной импульс достаточно короткий.

Законы об основных схемах

Основные законы электрических цепей сосредоточены на основных параметрах цепи: напряжении, токе, мощности и сопротивлении. Эти законы определяют, как каждый параметр схемы взаимосвязан. Эти законы были открыты Георгом Омом и Густавом Кирхгофом и известны как закон Ома и законы Кирхгофа.

Wikimedia Commons

Закон Ома

Закон Ома — это соотношение между напряжением, током и сопротивлением в цепи. Это наиболее распространенная (и самая простая) формула, используемая в электронике.Закон Ома можно записать несколькими способами, и все они обычно используются.

  • Ток, протекающий через сопротивление, равен напряжению на сопротивлении, деленному на сопротивление (I = V / R).
  • Напряжение равно току, протекающему через резистор, умноженному на его сопротивление (V = IR).
  • Сопротивление равно напряжению на резисторе, деленному на ток, протекающий через него (R = V / I).

Закон Ома также полезен при определении количества энергии, потребляемой схемой, потому что потребляемая мощность схемы равна току, протекающему по ней, умноженному на напряжение (P = IV).Закон Ома определяет потребляемую мощность цепи, если известны две переменные в законе Ома.

Одно из основных применений закона Ома и зависимости мощности — определить, сколько мощности рассеивается в виде тепла в компоненте. Эта информация поможет вам выбрать компонент правильного размера с надлежащей номинальной мощностью для конкретного приложения.

Например, когда вы выбираете резистор для поверхностного монтажа 50 Ом, который будет отображать 5 вольт во время нормальной работы, он должен рассеять половину ватта, когда он потребляет 5 вольт.Формула с прогрессивными заменами:

  • P = I × V → P = (V ÷ R) × V → P = (5 В) ² ÷ 50 Ом → 0,5 Вт

Следовательно, вам потребуется резистор с номинальной мощностью более 0,5 Вт. Знание энергопотребления компонентов системы позволяет узнать, могут ли потребоваться дополнительные тепловые проблемы или охлаждение. Это также определяет размер источника питания для системы.

Окружные законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа связывают закон Ома в целостную систему.Текущий закон Кирхгофа следует принципу сохранения энергии. В нем указано, что общая сумма всего тока, протекающего в узел (или точку) в цепи, равна сумме тока, вытекающего из узла.

Простым примером закона тока Кирхгофа является схема источника питания и резистора с несколькими параллельными резисторами. В одном из узлов схемы все резисторы подключаются к источнику питания. В этом узле источник питания генерирует ток в узле, и ток делится между резисторами и течет из этого узла в резисторы.

Закон Кирхгофа о напряжении также следует принципу сохранения энергии. В нем указано, что сумма всех напряжений в полном контуре цепи должна равняться нулю.

Расширяя предыдущий пример источника питания с несколькими резисторами, включенными параллельно между источником питания и землей, каждый отдельный контур источника питания, резистор и земля видит одинаковое напряжение на резисторе, поскольку имеется только один резистивный элемент. Если в контуре есть набор последовательно включенных резисторов, напряжение на каждом резисторе делится в соответствии с законом Ома.

Спасибо, что сообщили нам об этом!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Трудно понять

Основные принципы электроэнергетики

Электричество

Электричество, проще говоря, это протекание электрического тока по проводнику. Этот электрический ток принимает форму свободных электронов, которые переходят от одного атома к другому. Таким образом, чем больше в материале свободных электронов, тем лучше он проводит. Есть три основных электрических параметра: вольт, ампер и ом.


1. Вольт

Давление, которое оказывает на свободные электроны, заставляя их течь, известно как электродвижущая сила (ЭДС). Вольт — это единица измерения давления, то есть вольт — это величина электродвижущей силы, необходимая для проталкивания тока в один ампер через проводник с сопротивлением в один Ом.


2. Ампер

Ампер определяет скорость электрического тока. Например, когда один кулон (или 6 x 1018 электронов) проходит через заданную точку проводника за одну секунду, это определяется как ток в один ампер.


3. Ом

Ом — это единица измерения сопротивления проводника. Три вещи определяют величину сопротивления в проводнике: его размер, его материал, например, медь или алюминий, и его температура. Сопротивление проводника увеличивается с увеличением его длины или уменьшения диаметра. Чем более проводящими являются используемые материалы, тем ниже становится сопротивление проводника. И наоборот, повышение температуры обычно увеличивает сопротивление проводника.

Закон Ома

Закон

Ома определяет соотношение между электрическим током (I), напряжением (V) и сопротивлением (R) в проводнике.

Закон Ома можно выразить как: В = I × R

Где: V = вольт, I = ампер, R = ом

Пропускная способность

Амортизатор — это величина тока, которую может выдержать проводник до того, как его температура превысит допустимые пределы. Эти ограничения приведены в Национальном электротехническом кодексе (NEC), Электротехническом кодексе Канады и в других технических документах, например, опубликованных Ассоциацией инженеров по изолированным кабелям (ICEA). Важно знать, что многие внешние факторы влияют на допустимую нагрузку электрического проводника, и эти факторы следует принимать во внимание, прежде чем выбирать размер проводника.

Y-параметров: что это такое и как их найти в двухпортовых сетях (примеры)

Что такое Y-параметр?

Параметры Y (также известные как параметры проводимости , или параметры короткого замыкания ) — это свойства, используемые в электротехнике для описания электрического поведения линейных электрических сетей. Эти Y-параметры используются в Y-матрицах (матрицах проводимости) для расчета входящих и исходящих напряжений и токов сети.

Y-параметры также известны как «параметры импеданса короткого замыкания», поскольку они рассчитываются в условиях холостого хода. То есть I x = ∞, где x = 1, 2 относится к входным и выходным токам, протекающим через порты двухпортовой сети.

Параметры Y обычно используются вместе с параметрами Z, параметрами h и параметрами ABCD для моделирования и анализа линий передачи.

Как найти параметры Y в двухпортовой сети

В приведенном ниже примере показано, как рассчитать параметры Y в двухпортовой сети.Обратите внимание, что параметры Y также известны как параметры проводимости, и эти термины могут использоваться взаимозаменяемо в этих примерах.

При анализе Z-параметров (также известных как параметры импеданса) мы выражаем напряжение через ток следующими уравнениями.

Точно так же мы можем представить ток через напряжение bt , параметры проводимости двухпортовой сети. Затем мы представим отношения ток-напряжение как,

Это также может быть представлено в матричной форме как,

Здесь, Y 11 , Y 12 , Y 21, и Y 22 составляют параметры проводимости (или параметры Y ).
Мы можем определить значения параметров конкретной двухпортовой сети, сделав закороченный выходной порт и входной порт поочередно следующим образом.
Во-первых, давайте подадим источник тока I 1 на входной порт, сохраняя выходной порт короткозамкнутым, как показано ниже.

В этом случае напряжение на выходном порте будет равно нулю, поскольку клеммы порта закорочены.

Теперь отношение входного тока I 1 к входному напряжению V 1 при выходном напряжении V 2 = 0 составляет

Это называется входной проводимостью короткого замыкания.
Отношение выходного тока I 2 к входному напряжению V 1 при выходном напряжении V 2 = 0 составляет

Это называется проводимостью передачи короткого замыкания от входного порта к выходному порту.
Теперь давайте закоротим входной порт сети и подадим ток I 2 на выходной порт, как показано ниже.

В данном случае

Это называется проводимостью выхода короткого замыкания.

Это называется переходной проводимостью при коротком замыкании от входного порта к выходному порту.
Итак, наконец,

Параметры электричества и цепей | Бесплатный онлайн-курс

Описание

Последние достижения в области плавсредств связаны с внедрением морской электроники на кораблях, судах и других транспортных средствах, имеющих отношение к морскому транспорту. Эти достижения помогли улучшить дизайн лодок, кораблей, судов и т. Д. С точки зрения дизайна, производительности, практичности и даже безопасности. Достижения привели к появлению систем связи, технологий обнаружения столкновений, программного обеспечения для управления ИТ для грузов, а также пассажиров и т. Д.Это преобразование было построено на принципах электричества и параметрах схемы, обсуждаемых в этом бесплатном онлайн-курсе от Элисон. Курс освещает основы электротехники, относящиеся к морской электронике, включая стандартные символы и единицы электрических элементов, а также взаимосвязь между их теориями и многочисленными приложениями, которые они имеют в морской электронике. Этот бесплатный онлайн-курс также анализирует строительные блоки схем, разбивая различные параметры, которые делают электронные схемы актуальными для всех форм электронных технологий, применяемых в компьютерах, наручных часах, лампочках, вентиляторах, электрических роторах, радарах, аккумуляторах и т. Д.Усовершенствованные блоки схемы, такие как блок индуктивности Генри, также упрощены на иллюстрациях, включенных в этот курс, наряду с передовыми концепциями индуктивности, такими как потокосцепления.

Marine Electronics — Principles of Electricity and Circuit Parameters — это бесплатный онлайн-курс, который предлагает понимание работы, принципов и применения различных параметров электронных схем. Курс охватывает основы параметров и элементов, используемых при разработке сложных инструментов для требуемого вывода энергии, манипулирования, быстрого хранения и определения пути.Курс подробно описывает важные электрические компоненты морской электроники, включая резисторы, индукторы и конденсаторы. Курс предлагает важные уроки по аспектам электронных компонентов для зарядки и разрядки конденсаторов, самоиндукции и взаимной индуктивности. Постоянная времени цепей RL, классификация материалов, а также резисторы с цветовым кодированием и т. Д. В курсе анализируются электрические источники, такие как независимые и зависимые источники. Курс также помогает учащемуся идентифицировать элементы электрической сети, включая активные и пассивные элементы.Курс поможет вам различать различные электронные сети, относящиеся к морской электронике, включая двусторонние и односторонние сети, линейные и нелинейные сети. Курс охватывает концепции, касающиеся принципов электричества и параметров схем, связанных с морской электроникой. Этот курс направлен на то, чтобы вооружить учащихся мировоззрением в области электроники, состоящим из основных концепций электронных технологий, и более продвинутых элементов электронных компонентов для моряков и людей, работающих на море.

Этот курс проведет вас через изучение фундаментальных принципов до более сложных концепций схем и сетевых элементов. Курс будет представлять значительный интерес для студентов, исследователей, морских инженеров и всех, кто хочет узнать о морской электронике и различных принципах ее работы. Более того, наша жизнь все больше зависит от логистики продуктов из наших стран в форме экспорта и от зарубежных берегов в форме импорта; обе формы использования сложных морских транспортных технологий, поддерживаемых электроникой.По этой важной причине очень важно знать электрические принципы и параметры схем, а также аспекты, которые они охватывают. Из наших стран в форме экспорта и из зарубежных стран в виде импорта; обе формы использования сложных морских транспортных технологий, поддерживаемых электроникой. По этой важной причине очень важно знать электрические принципы и параметры схем, а также аспекты, которые они охватывают. Итак, зарегистрируйтесь на этот бесплатный онлайн-курс от Элисон сегодня, чтобы улучшить свое понимание принципов электричества и параметров цепей, их работы, а также их применения в соответствующих морских системах.

Начать курс сейчас

Мы не можем найти эту страницу

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.ЯЗЫК}} {{$ select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

{{$ select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

Электромагнитное моделирование электронного устройства по параметрам электрической цепи

IBIS, Спецификации электронного поведения цифровых интегральных схем, спецификация буфера ввода-вывода, Международная электротехническая комиссия (МЭК) 62014-1, 2003.

П. Пулики, А. Жирарди, Г. П. Ваналли, Р. Иззи, Г. Бернарди, Г. Рипамонти, AGM Strollo и Г. Кампардо, «Модифицированная модель IBIS, направленная на анализ целостности сигналов систем в пакете», IEEE Transactions по схемам и системам, т. 55, нет. 7, стр. 1921–1928, август 2008 г.

Б. Б. М’Хамед, Ф. Торрес, А. Рейне и П. Хоффманн, «Полное моделирование диодов во временной области: применение для внешних и встроенных устройств защиты», IEEE Trans. на Электромагн.Compat., Т. 53, нет. 2, pp. 349-365, May 2011.

Н. Моннеро, Ф. Кайне, Н. Нольье, М. Бафлер и Д. Тремуй, «Исследование моделирования сбоев и вероятностей системного электростатического разряда с использованием моделей IBIS ESD», IEEE Trans. по надежности устройств и материалов, т. 12, вып. 4, стр. 599-606, декабрь 2012 г.

Модель интерфейса ввода-вывода для интегральных схем (IMIC), Международная электротехническая комиссия (IEC) 62404, 2003.

О. Вада, Ю.Фукумото, Х. Осака, В. Чжи Лян, О. Шибата, С. Мацунага, Т. Ватанабе, Э. Такахаши и Р. Кога, «Высокоскоростное моделирование излучения печатных плат и невосприимчивости к моделям источников IC / LSI в частотной области. ”В Proc. IEEE Int. Symp. Электромагнит. Compat., Т. 1. С. 4-9, 2003.

.

К. Итикава, М. Инагаки, Ю. Сакураи, И. Ивасе, М. Нагата и О. Вада, «Моделирование невосприимчивости интегральных схем с помощью модели LECCS», в Proc. 17-й Int. Symp. Электромагнит. Compat., Цюрих, Швейцария, стр.308-311, 2006.

Модель выбросов интегральных схем

(ICEM), Международная электротехническая комиссия (IEC) 62014-3, 2004.

К. Иокибе, Р. Хигаси, Т. Цуда, К. Итикава, К. Накамура, Ю. Тойота и Р. Кога, «Моделирование микроконтроллера с несколькими выводами источника питания для моделирования электромагнитных помех», в Proc. 2012 IEEE Int. Symp. Электрический дизайн современной упаковки и систем, Сеул, Корея, стр. 135-138, 2008.

т.Ибучи и Т. Фунаки, «Исследование по моделированию источника шума электромагнитных помех с источником тока для схемы преобразования энергии», в Proc. 2012 IEEE Int. Symp. Электромагнит. Compat., EMCEUROPE, Рим, Италия, стр. 1-6, 2012.

К. Иокибе и Ю. Тойота, «Оценка зависимых от данных изменений напряжения питания ПЛИС путем моделирования эквивалентной схемы на основе измерений на плате», в Proc. 2013 г. Мастерская Электромагн. Compat. Интегр. Схемы, EMCCOMPO, Нара, Япония, стр. 175-179, 2013.

с.Labussière-Dorgan, S. Bendhia, E. Sicard, J. Tao, H. J. Quaresma, C. Lochot, B. Vrignon, «Моделирование электромагнитного излучения микроконтроллера с использованием одной модели», IEEE Trans. на Электромагн. Compat., Т. 50, нет. 1, стр. 22-34, февраль 2008 г.

B. Vrignon, S. Delmas Bendhia, E. Lamoureux и E. Sicard, «Характеристика и моделирование паразитного излучения в глубоких субмикронных КМОП», IEEE Trans. на Электромагн. Compat., Т. 47, нет. 2, pp. 382-387, May 2005.

Н.Бербель, Р. Ф. Гарсия и И. Гил, «Определение характеристик и моделирование кондуктивного излучения интегральных схем до 3 ГГц», IEEE Trans. на Электромагн. Compat., Т. 56, нет. 4, стр. 382–387, август 2014 г.

Д. Дароуи и Дж. Экман, «Параллельная реализация метода PEEC», Journal of Applied Computat. Электромаг. Общество, т. 25, нет. 5. С. 410-422, 2010.

.

Г. Антонини, «Формулировка быстрого мультиполя для моделирования в частотной области PEEC», Journal of Applied Computat.Электромаг. Общество, т. 17, нет. 3 ноября 2002 г.

Д. Даруи и Дж. Экман, «Эффективное моделирование на основе PEEC с использованием метода сопротивления для приложений силовой электроники», Journal of Applied Computat. Электромаг. Общество, т. 27, нет. 10. С. 830-841, 2012.

.

Ф. Фрески и М. Репетто, «Общая основа для смешанного структурированного / неструктурированного моделирования PEEC», Журнал прикладных вычислений. Электромаг. Общество, т. 23, нет. 3. С. 200-206, 2008.

.

(2014).[Онлайн]. Доступно: http://www.ecliptek.com/ osculators / EHh21 /.

Х. В. Отт, Методы шумоподавления в электронных системах, 2-е изд., Нью-Йорк: Wiley-Interscience, 1988.

(2014). [Онлайн]. Доступно: http://www.ecliptek.com/ IBIS / ehh21a.ibs.

ANSYS Q3D Extractor, вер. 15.0, Ansys Corporation, Канонсбург, Пенсильвания, Estados Unidos, 2014.

ANSYS Designer, вер. 8.0, Ansys Corporation, Канонсбург, Пенсильвания, Estados Unidos, 2012.

ANSYS для моделирования высокочастотной структуры (HFSS), вер. 15.0, Ansys Corporation, Канонсбург, Пенсильвания, Estados Unidos, 2014.

З. Дж. Сендес, «Векторные конечные элементы для расчета электромагнитного поля», IEEE Trans. Магнетизм, т. 27, pp. 3958-3966, сентябрь 1991.

З. Дж. Сендес и Дж. Ф. Ли, «Метод трансфинитных элементов для моделирования устройств MMIC», IEEE Trans. по МТТ, т. 36, pp. 1639–49, декабрь 1988.

Прибор для измерения радиопомех и помехоустойчивости, CISPR 22, изд.6, Международная электротехническая комиссия (2008).

Дж. Лю и Ж.-М. Джин, «Новая гибридизация методов конечных элементов высшего порядка и граничных интегралов для задач электромагнитного рассеяния и излучения», IEEE Trans. Антенны Propagat., Vol. 49, нет. 12, pp. 1794-1806, декабрь 2001.

Дж. Экман, Электромагнитное моделирование с использованием метода эквивалентной схемы частичных элементов, Ph.D. Тезисы, EISLAB, Луле, Швеция, 2003.

Х.Ван, Д. Лю, В. Ю и З. Ван, «Улучшенный метод граничных элементов для быстрого трехмерного извлечения сопротивления межсоединений», IEICE Trans. по электронике, т. E88-C, нет. 2, pp. 232–240, февраль 2005 г.

К. Наборс и Дж. Уайт, «FastCap: программа извлечения емкости с трехмерным мультипольным ускорением», IEEE Trans. Компьютерное проектирование, т. 10, вып. 11, pp. 1447-1459, 1991.

М. Камон, М. Дж. Цук и Дж. К. Уайт, «Fasthenry: программа извлечения индуктивности с трехмерным мультипольным ускорением», IEEE Trans.Microwave Theory Tech., Стр. 1750-1758, сентябрь 1994 г.

(2015) [Интернет] https://www.rohde-schwarz.com/en/ product / hz-14_3-productstartpage_63493-11717.html.

А. К. Баланис, Теоретический анализ и проектирование антенн, 3-е изд.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.