Часть 2. Электрическая цепь и ее элементы.

Цель работы.

1. Закрепить и расширить теоретические сведения по методам анализа и расчета электрических цепей, известные из курса "Электротехника".

2. Приобрести практические навыки и умения по расчету и измерению частотных и переходных характеристик RС-цепей.

Теоретические сведения.

Электрическая цепь - это совокупность элементов, способ­ных вырабатывать (источники напряжения Е и тока I), преобразовывать (активные элементы цепи: транзисторы, лампы, дио­ды и т.п.) и пропускать и перераспределять (пассивные элементы R,L,С) электрический ток. Проводя анализ любой электрической цепи, полезно вспомнить:

- ток в электрической цепи протекает лишь при наличии разнос­ти потенциалов.

- ток протекает только в замкнутой электрической цепи.

- за положительное направление тока принято считать движение носителей зарядов от "+" к “-“ источника.

- первый (для токов) и второй (для напряжений) законы Кирхгофа.

-свойства каждого элемента электрической цепи характеризу­ются определенными параметрами. Одним из основных свойств является характер их реакции на воздействие электрического тока.

1. Источники электрической энергии:

- (активные элементы цепи) можно характеризовать мощностью Р, отдаваемой ими в нагрузку, т.е. в пассивную цепь, которая является потребителем энергии. Эта мощность определяется напряжением V_a на зажимах источника и током i_a. При изменении нагрузки R_Н, подключенной к источнику, в общем случае изменяется как V , так и i . Однако, практически удобнее рассматривать элементы, у которых при изменении R_Н изменяется либо V, либо i . В этом смысле и говорят об источниках напряжения, либо тока. Такие элементы называют "идеальными". Реальные источники всегда имеют потери. Поэтому, если на холостом ходу V_Н = V_a, то при подключении нагрузки V_Н  V_a. Для учета этого реальный источник напряжения можно представить схемой замещения рис.5.

Рис5. Схема замещения источника напряжения,

где Ri- внутреннее сопротивление источника напряжения V_a

Очевидно, на практике считать источник идеальным, т.е.не учитывать Ri, можно лишь при выполнении условия Ri<< R_Н, тогда V_a= V_Н. Зная V_a на холостом ходу (из паспортных данных), Ri можно рассчитать, измерив V_Н и зная R_Н, по формуле: Ri = ((V_a - V_Н)/ V_Н) R_Н.

Схема замещения источника тока приведена на рис.6.

Очевидно, "идеальным" источником тока можно считать такой, у которого внутренняя проводимость G_i << G_H , где - G_H - проводимость нагрузки, G_i - проводимость источника тока, либо внутреннее сопротивление Ri>> R_Н.

Рис.6. Схема замещения источника тока.

2. Резисторы.

Резисторы - дискретные элементы электронной аппаратуры, предназначенные для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схем. В настоящее время резисторы составляют (30-50)% общего числа дискретных элементов используемых в электронной аппаратуре. Физическая сущность процессов в резисторах определяется двумя механизмами: протеканием в них тока, которому и оказывается сопротивление (R=U/I) и переходом электрической энергии в тепловую, которая затем рассеивается. Основной параметр резистора - его сопротивление току, измеряется в Омах и кратных Омам единицах. Для линейных резисторов R=U/I, реально же, их вольтамперная характеристика линейна лишь в определенной области (пределы допустимого напряжения указываются в справочнике). То же можно сказать и относительно влияния других факторов.

Рис.7. Резисторы:

а) - ВАХ линейного резистора, б) - условные графические обозначения резисторов в схемах,

в), г) - последовательное и параллельное включение в схемах.

Резистор в общем случае нельзя рассматривать как элемент, обладающий только активным сопротивлением, определяемым только его резистивным компонентом. На рис.8 представлена упрощенная схема замещения реального резистора, где C_ПАР и L_ПАР - паразитные емкость и индуктивность реального элемента.

Рис.8, Схема замещения реального резистора.

Величина индуктивности и емкости определяется размерами резистора и его выводов, а также конструкцией его выводов. В общем случае C_ПАР и L_ПАР невелики и их влияние проявляется лишь на очень высоких частотах. В перечне элементов к принципиальной схеме электронного прибора сообщают все необходимые сведения о каждом элементе схемы. Для описания резистора должно-быть указано: тип резистора, номинальная мощность, номинал (величина), отклонение в % от номинала, температурный коэффициент сопротивления-TKR.