Описание электрической цепи заряд, ток, напряжение, мощность, энергия Электрическим зарядом
 Скачать 2.86 Mb.
|
|
Электрической цепью называют совокупность соединенных между собой источников, потребителей и преобразователей электрической энергии, процессы в которых описываются в терминах тока и напряжения. Физическая электрическая цепь (электронное устройство) состоит из физических элементов – резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, диодов, транзисторов и большого числа других электронных элементов. Каждый из них имеет условно-графическое обозначение в соответствии с ЕСКД. Соединение этих элементов между собой графически представляется принципиальной схемой цепи (фильтра, усилителя, телевизора). Пример принципиальной схемы транзисторного усилителя показан на рис. 1.5. Точкой отмечены электрические соединения физических элементов.  Рис. 1.5 Для расчета цепей используют их эквивалентные схемы или схемы замещения, которые показывают соединения моделей элементов, образующих электрическую цепь. Физические элементы принципиальной схемы заменяются соответствующими моделями, которые могут состоять из одной или нескольких простейших идеальных моделей. Резистор и конденсатор чаще всего заменяются своими идеальными моделями с теми же условно-графическими обозначениями (рис. 1.2). Катушка индуктивности может быть представлена идеальной индуктивностью , однако в ряде случаев необходимо учитывать ее сопротивление потерь (рис. 1.2). Эквивалентная схема цепи является топологическим описанием модели физической цепи. Возможны различные варианты соединения элементов. Различают два простейших соединения двухполюсников: последовательное и параллельное. Более сложные соединения называют смешанными. Последовательным называют такое соединение двухполюсников, при котором через них протекает одинаковый ток, его пример показан на рис. 1.6а. При последовательном соединении сопротивления элементов складываются.  Рис. 1.6 Параллельным называют соединение двух и более элементов (или соединений элементов) с одной и той же парой точек подключения, при этом напряжения на элементах с параллельным соединением одинаковы. Пример показан на рис. 1.6б. При параллельном соединении складываются проводимости элементов. Смешанным называют соединение элементов цепи, которое нельзя рассматривать как последовательное или параллельное. В сложной цепи (например, на рис. 1.7) можно выделять простые фрагменты с последовательным соединением элементов (  ,  и  ) или параллельным соединением (например,  и ).На рис. 1.8 в качестве примера показаны принципиальная схема параллельного соединения катушки индуктивности и конденсатора (такую цепь называют параллельным колебательным контуром) и эквивалентная схема этой цепи (катушка индуктивности заменена последовательным соединением идеальной индуктивности и сопротивления).  Рис. 1.7 Рис. 1.8 С геометрической точки зрения в цепи можно выделить следующие основные топологические элементы: – ветвь – последовательное соединение нескольких, в том числе и одного, двухполюсных элементов, в том числе и источников сигнала; – узел – точка соединения трех и более ветвей; – контур – замкнутое соединение двух и более ветвей. На рис. 1.7 приведен пример эквивалентной схемы цепи с обозначением ветвей, узлов (жирными точками) и контуров (замкнутыми линиями). Как видно, узел может представлять собой не одну точку соединения, а несколько (распределенный узел, охваченный пунктирной линией). В теории цепей существенное значение имеет число узлов эквивалентной схемы и число ветвей . Для цепи на рис. 1.7 имеется узлов и ветвей, одна из которых содержит только идеальный источник тока. 2. ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2.1. Модель цепи постоянного тока Если в электрической цепи действуют постоянные напряжения и протекают постоянные токи, то индуктивность в ней заменяется коротким замыканием, а емкость – разрывом (холостым ходом). Таким образом, в модели цепи постоянного тока присутствуют только сопротивления. В модели сопротивления связь между напряжением и током определяется законом Ома  , (3.1) - проводимость резистивного элемента (измеряется в сименсах, См).Токи и напряжения в цепи связаны уравнениями законов Кирхгофа. |