Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ОТЦ конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
110
Добавлен:
05.05.2015
Размер:
11.07 Mб
Скачать

Федеральное агентство связи ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики» Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

Конспект лекций, по дисциплине ОТЦ

(Основы Теории Цепей)

Выполнил: Блинков. Е. М

Студент 2-го курса ВПО Группы ВЕ-31б.

Руководитель: Гуляев. В. П.

_________________________

Екатеринбург

2014г.

Оглавление

 

ГЛАВА-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. .........................................................................................

4

1.1.

Электрический ток. ................................................................................

4

1.2.

Напряжение.............................................................................................

4

1.3.

Мощность................................................................................................

5

1.4. Электрическая цепь, её элементы и модели........................................

5

1.4.1. Пассивные элементы. .......................................................................

6

 

Влияние частоты на свойства элементов................................................

8

1.4.2. Активные элементы. .........................................................................

9

1.5. Электрическая схема, топология электрической цепи.....................

14

1.6.

Законы Кирхгофа. ................................................................................

17

1.7.Принцип эквивалентности. Преобразования электрических схем. 19

1.7.1.

Последовательное соединение элементов....................................

19

Последовательное соединение резистивных элементов .....................

19

Последовательное соединение индуктивных элементов ....................

20

Последовательное соединение емкостных элементов ........................

20

1.7.2.

Параллельное соединение элементов. .........................................

21

Параллельное соединение резистивных элементов ............................

21

Параллельное соединение емкостных элементов................................

21

Параллельное соединение индуктивных элементов ...........................

21

1.8.

Принцип наложения.............................................................................

22

1.9.

Теорема замещения..............................................................................

23

1.10. Теорема об активном двухполюснике. ..............................................

24

1.11.

Принцип дуальности............................................................................

26

 

 

2

 

1.12. Теорема Телледжена. Баланс мощностей..........................................

27

ГЛАВА-2. МЕТОДЫ РАСЧЁТА ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЦЕПЕЙ............................................................................................................................

28

2.1. Метод законов Кирхгофа. .......................................................................

28

2.2. Метод наложения. ....................................................................................

28

2.3. Метод контурных токов. .........................................................................

29

2.4. Метод узловых потенциалов...................................................................

31

2.5. Метод эквивалентного генератора. ........................................................

33

ГЛАВА-3. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ В РЕЖИМЕ

ГПРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ............................................................................

34

3.1. Понятие гармонических колебаний. ......................................................

34

Действующее значение гармонического тока......................................

35

3.2. Способы представления гармонических колебаний. ...........................

36

3.3. Гармонические колебания в резистивных, индуктивных и ёмкостных

элементах....................................................................................................................

39

3.4. Гармонические колебания в цепи при последовательном соединении

R, L, C – элементов....................................................................................................

41

3.5. Гармонические колебания в цепи при параллельном соединении R, L,

C – элементов.............................................................................................................

42

3.6. Символический метод расчёта разветвлённых цепей. .........................

44

3.7. Индуктивно-связанные цепи при гармоническом воздействии..........

47

3.8. Мощность в электрических цепях (баланс мощности). .......................

48

Список литературы: ............................................................................................

50

3

ГЛАВА-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.

1.1. Электрический ток.

Ток – направленное движение заряженных частиц под воздействием элек-

трического поля. Эл. ток характеризуется скалярной физической величиной.

Направление тока условно принято считать от положительного к отрица-

тельному полюсу, а носители заряда, в своё время, для токов проводимости дви-

жутся в обратном направлении.

1.2. Напряжение.

Напряжение – скалярная физическая величина, характеризующая работу по перемещению единичного заряда из одной точки в другую. В некоторых случаях напряжение называю разностью потенциалов.

Если отсчёт идет от высокого потенциала к низкому, то направление счита-

ется положительным, в противном случае отрицательным.

4

1.3. Мощность.

1.4. Электрическая цепь, её элементы и модели.

Электрическая цепь – совокупность устройств, предназначенных для про-

хождения токов и работающих по законам тока и напряжения.

Источники энергии – тепловые, химические индукционные технические средства, генерирующие токи или напряжения.

Приёмник – устройство потребляющее энергию и преобразующее её в

иную форму.

Идеализированные модели – применяются для аппроксимации (прибли-

жения) реальных моделей.

Элементы эл. цепи бывают активные и пассивные, управляемые и управ-

ляющие.

Система уравнений, составляющая схему процессов в цепи, называют мате-

матической моделью.

5

1.4.1.Пассивные элементы.

Резистивное сопротивление (резистор) – идеализированный элемент, об-

ладающий только свойством необратимого рассеяния энергии. Математическая модель, описывающая резистивное сопротивление, определяется законом Ома:

; G – проводимость, измеряется в сименсах [См]. ВАХ резистора ли-

нейна. Мощность на резисторе определяется из соотношения (1.5).

Индуктивный элемент – идеализированный элемент, обладающий только свойством накопления энергии магнитного поля.

Связь между током и напряжением определяется согласно закону электро-

магнитной индукции:

Напряжение на индуктивном элементе пропорционально скорости измене-

ния протекающего через него тока. Индуктивные свойства проявляются только при воздействии переменным током.

6

Емкостной элемент идеализированный элемент электрической цепи, об-

ладающий только свойством накапливать энергию электрического поля.

Связь между током и напряжением:

Ток на ёмкостном элементе пропорционален скорости изменения прило-

женного к нему напряжения. При постоянном токе ёмкостной элемент имеет бес-

конечно большое сопротивление и эквивалентен разрыву цепи.

Мощность электрических колебаний в ёмкостном элементе:

7

Энергия, запасенная в ёмкостном элементе к моменту времени t:

Всегда положительна.

Влияние частоты на свойства элементов

С увеличение частоты элементы уже нельзя считать идеальными из-за влияния «паразитных» емкостей и индуктивностей. На высоких и сверхвысоких частотах начинает проявляться скин-эффект (поверхностный эффект) - вытесне-

ние тока на поверхность проводника.

8

1.4.2.Активные элементы.

Активными элементами электрической цепи являются зависимые и незави-

симые источники электрической энергии. К зависимым источникам относятся электронные лампы, транзисторы, операционные усилители и т. д. К независимым источникам – аккумуляторы, электрогенераторы, термоэлементы, пьезодатчики и другие преобразователи. Независимые источники могут быть представлены в ви-

де двух моделей: источника напряжения (ИН) и источника тока (ИТ).

Независимым источником напряжения называют идеализированный двух-

полюсный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока. (Рис. 1.5 а, б, в).

ВАХ идеального источника напряжения представляет собой прямую линию, па-

раллельную оси токов (Рис. 1.6 а).

Источник напряжения полностью ха-

рактеризуется своим задающим напря-

жением uг, или электродвижущей силой

(ЭДС). Внутреннее сопротивление ИН равно нулю. Такой идеализированный источник способен отдать во внешнюю

цепь бесконечно большую мощность. Физически реализовать такой источник нельзя.

Независимым источником тока называют идеализированный двухполюс-

ный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. (Рис. 1.5 г).

9

Источник тока полностью характеризуется своим задающим током iг. Внутренняя проводимость источника тока равна нулю (внутреннее сопротивление бесконечно велико). ВАХ представляет собой прямую, параллельную оси напряжений (Рис.

1.6 б). Такой источник также способен отдать во внешнюю цепь бесконечно большую мощность и также физически невозможно его реализация.

Свойства реальных источников с конечным внутренним сопротивлением Rг

можно моделировать с помощью независимых источников напряжения и тока с дополнительно включенными сопротивлениями Rг или проводимостью Gг (Рис.

1.5 д, е). Напряжение u и отдаваемый ток i этих источников зависят от параметров подключаемой к ним цепи, а их ВАХ имеет тангенс угла наклона пропорциональ-

ный Rг и Gг соответственно (Рис. 1.6. а, б, штриховые линии).

10