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

Бакалов В.П. Основы теории цепей_2007

.pdf
Скачиваний:
475
Добавлен:
05.05.2015
Размер:
6.33 Mб
Скачать

Â.Ï. Áàêàëîâ, В.Ф. Дмитрикоâ, Á.È. Êðóê

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

3-åèçäàние, перерàáîòàííîå èäополненное

Ïîä ðåäàкцией профессорà Â.Ï. Áàêàëîâà

Допущено Министерстâом информàционных технолоãèé è ñâÿçè ÐÔâ êà÷åñòâе учебникà äëÿ ïîäãîòîâêè

áàêàëàâðîâ,äипломироâàнных специàлистоâ è ìàãистроâ ïî íàïðàâлению «Телекоммуникàöèè» (210400)

Ìîñêâà Горячàя линия Телеком

УДК 621.373(075)ББК 32.88

Б 19

Федеральная программа поддержки книгоиздания России

Рецензенты: проф. Ю.Ф. Урядников, проф. А.Е. Дубинин

Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И.

Б 19 Основы теории цепей: Учебник для вузов; Под ред. В.П. Бакалова. – 3-еизд., пере- раб. и доп. – М.: Горячая линияТелеком, 2007. – с.: ил.

ISBN 5-256-01472-2.

Излагается теория электрических цепей, на основе которой дается представление об анализе и синтезе схем усилителей, генераторов, фильтров, корректоров и других уст- ройств. По сравнению с предыдущим изданием расширена глава, посвященная дискрет- ным цепям и цифровым фильтрам, в конце глав приводятся тесты для самоконтроля.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению«Телекоммуникации».

ББК 32.88

ISBN 5-256-01472-2

© Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф.,

 

Крук Б.И., 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ к 3-ìóизданию

Âîñíîâå3-ãîèçäàния учебникà «Îñíîâы теории цепей» лежит учебник, изäàííûéàâòîðàìèâ èçäàтельстâå «Ðàäèî è ñâÿçü»â 2000ã. [1].

Принятие ноâой концепцииâûñøåãî îáðàçîâàíèÿ,â îñíîâу которой положенà 2-õóðîâíåâàя системà àêàëàâðèàò, ìàãèñòðàòó- ðà), изменение номенклàтуры специàльностей, потребоâàëîâнесениеâ учебник некоторых изменений, ориентироâàííûõ íà íîâые специàльности сâÿçè è íàïðàâление «Телекоммуникàöèè».

Учитыâàÿâсе большее применение цифроâûõ ìåòîäîâ îáðàботки сиãíàëîâ, ðàсширенà ãëàâà, ïîñâященнàÿäискретным цепям и цифроâым фильтрàì.  ÷àстностиäîáàâëåí ðàçäåë, ïîñâященный метоäу переменных состоянияâ äискретных цепях и эффектàì êâàíòîâàíèÿâ цифроâых фильтрàõ.

Âïîäãîòîâêå3-ãîèçäàния учебникà большую помощь окàçàëèàâòîðàм сотруäíèêè êàôåäры ТЭЦ Сибирскоãîãîñóäàðñòâåííîãî óíèâерситетà телекоммуникàций и информàтики (СибГУТИ) иâ ÷àстности ст. пр. Гусельникоâà Н.М., которымàâòîðûâûðàæàþòãлубокую блàãîäàрность.

Îòâ. ðåäàêòîð,äòí., ïðîô. Â.Ï. Áàêàëîâ

3

ПРЕДИСЛОВИЕ ко 2-ìóизданию

Дисциплинà «Îñíîâы теории цепей» (ОТЦ) яâляется бàçîâым курсом при поäãîòîâêå áàêàëàâðîâ, ìàãистроâ ïî íàïðàâлениям «Телекоммуникàöèè», «Ðàäиотехникà»,à òàкже инженероâ по специàльностям сâÿçè.

Несмотря нà то, что курс ОТЦ имеет сложиâшуюся структуру и уже знàчительную историю, бурное рàçâитие телекоммуникàций и информàтики потребоâàëîâнестиâ åãî ñîäåðæàíèå è ìåòîäику изложения целый ряä изменений, которые нàøëè îòðàжениеâîâтором изäàíèè íàстоящеãо учебникà. Ýòî êàñàåòñÿâ ïåðâую очереäü ðàсширения рàçäåëîâ, ïîñâященных теорииàêòèâных цепей и цепей с обрàòíîé ñâязью. Дополнены и перерàáîòàíû ðàçäåëû, ïî- ñâященные мàшинным метоäàìàíàëèçà и синтезà электрических цепей. Сущестâенно перерàáîòàíû èäополненыãëàâû,â которых изучàются нелинейные иàâтоколебàтельные цепи,â ÷àстности,âключен мàòåðèàë, ïîñâященныйàíàëèçóàâòîãåíåðàòîðîâ ìåòî-äîì ìåäленно меняющихсяàмплитуä.

Учитыâàÿâсе большее применение цифроâûõ ìåòîäîâ îáðàботки сиãíàëîâ, полностью перерàáîòàíà è ðàсширенà ãëàâà, ïîñâÿ- ùåííàÿäискретным цепям и цифроâым фильтрàì.

С целью лучшеãî óñâоения мàòåðèàëà большинстâо теоретиче- ских положений проиллюстрироâàно примерàми. В отличие от пре-äûäóùåãî èçäàíèÿ êàæäàÿãëàâà äополненà перечнем контрольныхâопросоâ è çàäà÷ ñ îòâåòàìè, ïîçâоляющих зàкрепить изученный мàòåðèàë. Äëÿ óäîáñòâà пользоâàния учебник снàáæåí ïðåäметным укàçàтелем.

Âконце учебникà ïðèâåäен список осноâíîé èäополнительной литерàтуры, которàя может быть использоâàíà при изучении курсà теории электрических цепей. Кроме тоãо, по тексту изложения мà- òåðèàëà ñäåëàíûäополнительные ссылки нà литерàòóðó,ãäе более поäробно осâещены некоторые специàльныеâопросы.

Âïîäãîòîâêåâòîðîãî èçäàния учебникà большую помощь окà- çàëèàâòîðàм сотруäíèêè êàôåäр ТЭЦ Сибирскоãîãîñóäàðñòâåííî-ãî óíèâерситетà телекоммуникàций и информàтики (СибГУТИ) иÑàнкт-Петербурãñêîãîãîñóäàðñòâåííîãî óíèâерситетà телекоммуникàöèé èì. Ì.À.Áîí÷-Áðóåâè÷à (СпГУТ), которымàâòîðûâû- ðàæàþòãлубокую блàãîäàрность.

Ìû òàкже признàтельны сâоим коллеãàм из Москоâñêîãо техническоãî óíèâерситетà ñâязи и информàòèêè (çàâ. êàôåäðîé ÒÝÖ ïðîô. Óðÿäíèêîâ Þ.Ô.), Ïîâолжскойàêàäемии телекоммуникà- ций и информàòèêè (çàâ. êàôåäрой ТЭЦ проф. Дубинин А.Е.) зà èõ çàìå÷àния, способстâующие улучшению соäåðæàния учебникà.

Îòâ. ðåäàêòîð,äòí., ïðîô. Â.Ï. Áàêàëîâ

4

Введение

Îäíîé èçãëàâíûõ òåíäенций рàçâèòèÿ ÷åëîâеческоãо общестâà â XXIâåêå ÿâился стремительный рост потокоâ ðàзнообрàзной информàции, обеспечиâàþùåé åãо жизнеäеятельность. Мироâое сообщестâîâступилоâ íîâую эру эру информàòèçàöèè,â котором знàния и информàöèÿ ñòàíîâÿòñÿãëàâíûì ôàктором еãо поступà- тельноãî ðàçâития.. Эффектиâíîå óïðàâлениеãîñóäàðñòâом, экономикой, уäîâëåòâорение потребностей нàселения, рàçâèòèå íàуки, культуры, зäðàâîîõðàнения требует постоянноãî ðàçâèòèÿ è ñî-âершенстâîâàния системы информàционноãо обеспечения.

Техническую бàзу информàòèçàöèè ñîñòàâëÿåò ñâÿçü èâычислительнàя техникà,ãðàíü ìåæäу которымиâсе больше стирàåòñÿ. Ñåòè ñâÿçè ÿâляются трàнспортной среäîéäля информàционных систем. В осноâå ðàçâития систем сâÿçè ëåæàò ñîâременныеäо- стижения мноãèõ íàóê èâ ïåðâую очереäь электротехники, рàäиотехники и электроники. Общимäëÿ ýòèõ íàóê ÿâляется изучение электромàãнитных процессоâ â ïàññèâíûõ èàêòèâных электрических цепях с целью созäàíèÿ ðàзличных устройстâ äля преобрàçî-âàíèÿ, ïåðåäà÷è, îáðàботки и хрàнения информàöèè. Íà îñíîâåäостиженийâ îáëàñòè ðàäиотехники и электроники рàçâèâàþòñÿ ñðåäñòâà ñâÿçè,àâòîìàòèêà èâычислительнàя техникà, телеметрия, рàäиолокàöèÿ è íàâèãàция, системы упрàâления технолоãическими процессàìè èäð.

Îñíîâíûìè çàäà÷àми электротехники яâляютсяãенерироâàíèå, ïåðåäà÷à и преобрàçîâàние электрической энерãèèâ äðóãèåâèäû ýíåðãèè (ìåõàническую, теплоâóþ, ñâåòîâую, химическую и т.ä.).

Îäíà èçãëàâíûõ çàäà÷ ðàäиотехники переäà÷à, преобрàçîâà- ние информàции и осущестâление сâÿçè íà ðàсстоянии с использоâàнием электромàãнитныхâîëí.

Çàðîæäåíèå íàуки об электричестâе относится к XVIâ., êîãäà àíãлийский ученый У. Гильберт (1544 1603) нàïèñàë ñâîé çíà- менитый трàêòàò «Î ìàãíèòå, ìàãнитных телàх и большом мàã- ните «Земле». В XVII XVIIIââ. áûëè ïðîâåäåíû ìíîãочисленные опыты, позâîëèâøèå óñòàíîâить сущестâîâàние электрических зàðÿäîâ äâóõ òèïîâ положительных и отрицàтельных, изобрести перâûé êîíäåíñàтор (Ж. Нолпе, 1745), рàçðàáîòàòü ïåðâую после-äîâàтельную теорию электрических яâлений (Б. Фрàнклин).

Âî âторой полоâèíå XVIIIâ. íà÷àлось «количестâенное изуче- ние» электрических и мàãнитных яâлений, пояâились перâые измерительные приборы электроскопы. В 1756ã. петербурãñêèé

5

физик Ф. Эпинус (1724 1802) изобрел âîçäушный конäåíñàтор, с помощью котороãî ïîêàçàл, что стеклоâ «ëåéäенской» бàíêå îáëà-äàåò ñâîéñòâîì íàêàïëèâàть электричестâо, открыл яâление электризàции некоторых тел (турмàëèí) ïðè íàãðåâàнии (пироэлектричестâî).  ðàботе Ф. Эпинусà âïåðâûå ïðåäпринятà системàтическàя попыткà ïîäойти к изучению электрических яâлений не только с кà÷åñòâенной, но и с количестâенной стороны. В чàстности, им было устàíîâëåíî, ÷òî ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó çà- ðÿäàми пропорционàëüíà âеличине этих зàðÿäîâ. È õîòÿ îí íå óñ- òàíîâèë, êàê ýòà ñèëà çàâèñèò îò ðàсстояния, оäíàêî çíàчение еãî ðàботы оченьâелико, тàê êàê îíà äàëà îïðåäеленное нàïðàâлениеäàльнейшим исслеäîâàíèÿì. Íàконец,â 1784ã. ôðàнцузский 48летнийâоенный инженер Ш. Кулон (1736 1806) открыâàåò çàêîí, ñîãëàсно котороãî ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäу электрическими зà- ðÿäàìè îáðàтно пропорционàëüíà êâàäðàòó ðàсстояния межäу ними. С помощью созäàнных им крутильныхâåñîâ,à òàêæå ðÿäà îðèãèíàльных метоäîâ (ìåòîäы колебàíèé) ýòîò ÷åëîâåê, íèêîãäà специàëüíî íå çàíèìàâшийся электричестâîì è ìàãнетизмом, про-âîäÿâ êà÷åñòâе побочноãî çàнятия сâои исслеäîâàíèÿ, çàложил осноâы количестâенной электростàòèêè.

21èþëÿ 1820 ã. ïîÿâèëàсь небольшàÿ çàìåòêà äàòñêîãо физикà

Ã.Эрстеäà (1777 1851),â которой онäîêàçàë, ÷òî òîêâ прямолинейном проâîäíèêå, èäóùåìâäîëü ìåðèäèàíà, отклоняет от неãî ìàãнитную иãлу. Это сообщение произâело большоеâïå÷àт- ление нà ученый мир, тàê êàê èç îïûòà Эрстеäà ÿâñòâîâàëî, ÷òî ñèëà,äåéñòâîâàâøàÿ ìåæäу элементом токà è ìàãнитным полюсом, нàïðàâëåíà íå ïî ñîåäиняющей их прямой,à ïî íîðìàëè ê íåé. Ýòà ðàáîòà âûçâàëà ïåðâую трещинуâ ньютоноâñêîé ìîäåëè ìèðà.

Особое знàчениеâ ðàçâитии теории электрических яâлений сыã- ðàли открытия зàêîíîâ Îìà (1826) è Êèðõãîôà (1847),à òàкже открытие М. Фàðàäååì (1831) ÿâления электромàãнитной инäукции. В 1833ã. русский ученый Э. Ленц (1804 1865) открыл зàêîí, óñ- òàíàâëèâàþùèé ñâÿçü ìåæäó íàïðàâлением инäукционных токоâ и их электромàãнитнымиâçàèìîäåéñòâèÿìè. Òàêèì îáðàзом, к концу XIXâ. áûëî óñòàíîâëåíî åäèíñòâо электромàãнитных яâлений, получиâøèõ ñâîå ëîãическое зàâершениеâ ðàáîòàõ Äæ. Ìàêñâåëëà, сформулироâàâøåãîâ 1873ã. ôóíäàìåíòàльные урàâнения клàсси- ческой электроäèíàìèêè.

В конце XIX нà÷àëå XXâåêîâ с открытийäискретноãî õà- ðàêòåðà çàðÿäîâ (Дж. Томсон, 1897ã.) íà÷àëñÿ íîâûé ýòàïâ ðàç-âèòèè íàуки об электричестâе. В этот периоä áûëè çàложены осно-âы электронной теории строенияâещестâà êàê ñîâокупности электрически зàряженных чàñòèö, ñîçäàíà êâàíòîâàя теория электромàãнитных процессоâ, ÷òî ïðèâåëî ê ðîæäению электроники кàê íàóêè îâçàèìîäåéñòâии электроноâ с электромàãнитными полями и о метоäàõ ñîçäàния электронных прибороâ и устройстâ.

6

Ñî âторой полоâèíû XIXâ. íà÷àлось широкое использоâàние электрических и мàãнитных яâленийâ технике: построены электроäâèãàòåëè èãåíåðàòîðû òîêà, ïîÿâились перâые электромàãíèòû, ìàññîâîå ðàспрострàнение получило электрическое осâещение, нà- ÷àло которому положило изобретение электрической сâечи русским ученым П.П. Яблочкоâûì. Íà÷àло применения электрической энерãèèäля технолоãических целей положили рàботы Б.С. Якоби (1838ã.), ïðåäëîæèâøåãо использоâàть электрический токäëÿ íà- несения рàзличных метàллических покрытий. Электроэнерãèþ ñòà- ли использоâàть при полученииàлюминия, меäè, öèíêà,äля резки

èñâàðêè ìåòàëëîâ, упроченияäåòàëåé èâ äðóãих технолоãических процессàõ; íà÷èíàется применение электроэнерãèè íà òðàнспорте. Большое знàчениеäëÿ ðàçâития электротехники имели изобретения русскоãо инженерà Ì.Î.Äîëèâо-Доброâольскоãî,ðàçðàáîòàâøåãо к концу90-õãã. ðÿä промышленных конструкций трехфàçíûõàсинхронныхäâèãàтелей, трàнсформàòîðîâ и построиâøåãо трехфàзную линию электропереäà÷è Ëàóôåí Ôðàнкфуртäлиной 175 км, положиâøåé íà÷àëî ñîâременному рàçâитию электротехники.

Ïîäлинную реâолюциюâ электросâязи произâел П.Л. Шиллинã (1786 1837)â 1832ã.â России, который построил перâûéâ мире электромàãнитный телеãðàф и осущестâèë ñâÿçü ìåæäу Зимнимäâорцом и Министерстâом путей сообщений. Дàльнейшее рàçâèòèå ýòà èäея получилà â 1835ã., êîãäà àмерикàнцем С. Морзе (1791 1872) был рàçðàáîòàн специàльныйàëôàâèò è ñîçäàíà ìîäåëü òåëå-ãðàôà â Нью-Йоркскомóíèâерситете. Это были перâûå ïðàктиче- ские применения нàуки об электричестâåâ электросâÿçè. À óæåâ 1866ã.âступилоâ строй перâîåâåëè÷àйшее сооружение тоãîâремени линия трàíñàòëàнтической кàбельной сâÿçè ìåæäó Åâропой

èАмерикой. К 1870 ã.â России было созäàíî ñâûøå 700 òåëå-ãðàôíûõ ñòàíöèé èââåäåíà â эксплуàòàöèþ 91 òûñ. êì òåëåãðàф- ных линий,â том числе линия Москâà Âëàäèâосток протяженностью 12 тыс. км.

Êà÷åñòâåííî íîâûé ýòàïâ ðàçâитии электросâÿçèâозник после изобретенияâ 1876ã. А. Беллом телефонà. Сущестâенныйâêëàä â ðàçâитие телефонной сâÿçèâнес русский физик Л.М. Голубицкий,â 1882 1883ã. были построены перâые телефонные стàíöèèâ Ìîñêâå èС.-Петербурãå.

Особенно âàæíîå çíàчение имело изобретение А.С. Попоâûì (1895) ðàäио, открыâøåå íîâóþ ñòðàíèöóâ ðàçâèòèèíàó÷íî-òåõ-ническоãî ïðîãðåññà. Çíàчительную рольâ ïðàктической реàëè- çàöèè ðàäèîâ òåëåãðàôèè ñûãðàë èòàльянский рàäиотехник и преäпринимàòåëü Ã. Ìàркони (1874 1937).

Открытие рàäèî ïðèâåëî ê ðîæäåíèþ ðàäиотехники кàê îáëàñòè íàуки и техники, зàíèìàющейсяâопросàми изучения и применения электромàãнитных колебàíèé èâîëí ðàäèîäèàïàçîíîâ äëÿ ïåðåäà-

7

чи информàöèèâ ðàäèîñâÿçè, ðàäèîâåùàíèè è òåëåâèäåíèèâ ðàäиолокàöèè è ðàäèîíàâèãàöèè,â ðàäиотелеметрии и рàäиоупрàâлении, при контроле зà ðàзличными технолоãическими процессàìè è ìåõàíèçìàìè,â íàучных исслеäîâàíèÿõ èäð.

 XX â. íà÷èíàется бурное рàçâитие электроники обширной облàñòè íàуки, техники и произâîäñòâà, îõâàòûâàющей исслеäî-âàíèå è ðàçðàботку электронных прибороâ и принципоâ их использоâàíèÿ,â ÷àстности,â электросâязи. В истории рàçâития электроники можноâûäелить четыре осноâíûõ ýòàïà: электронных лàìï, òðàнзистороâ, èíòåãðàльных схем и функционàльных устройстâ.

Ïåðâûé ýòàï íà÷àëñÿâ 1904ã., êîãäà àíãлийским ученым Д.А. Флеминãîì áûëà èçãîòîâëåíà ïåðâàя электроннàÿ ëàìïà äèîä. Прототипом электронной лàìïû ÿâèëàñü ëàìïà íàêàëèâàíèÿ, ñîçäàííàя русским электротехником А. Н. Лоäûãèíûìâ 1872ã.  1907ã. áûëà ïðåäложенà электроннàÿ ëàìïà ñ óïðàâляющим электроäîì òðèîä, способнàя усилиâàòü èãенерироâàть электрические сиãíàлы. В послеäующиеãîäû, íàðÿäó ñ ñîâершенстâîâàнием электронных лàìï, ðàçðàáàòûâàëèñü èäðóãие электронные приборы:электронно-лучеâûå,ионные, фотоэлектронные.

Íà÷àëîâòîðîãî ýòàïà ðàçâития электроники сâÿçàно с открытиемâ конце 1947ã.àмерикàнскими учеными У. Брàттейном, Дж. Бàðäиным и У. Шотки трàнзисторноãо эффектà.  1948ã. áûëè èçãîòîâëåíû ïåðâые промышленные обрàзцы биполярных трàнзистороâ,à â 1952ã. ïîëåâûå òðàнзисторы. В трàнзисторàõ áûëè ðåàëèçîâàíû èäеи, которыеâïåðâые были сформулироâàны русским ученым О.В. Лосеâûìâ 1922ã.

Непрерыâíîå ðàсширение функций электроннойàïïàðàтуры и ее усложнение приâåëèâ 1958ã. ê íà÷àлу третьеãî ýòàïà âозникноâению микроэлектроники. В нàстоящееâðåìÿ ðàçðàáîòàíû ñâерхбольшие интеãðàльные схемы (БИС), соäåðæàщие более 105 элементоâ. Îäíàêî ñåé÷àñ óæå ñòàíîâится ясным, что уâеличение степени интеãðàции не может быть беспреäельным.

Íàучно-техническоеíàïðàâление, сâÿçàííîå ñ îòêàзом от компонентной структуры микроэлектронных изäåëèé è îñíîâàííîå íà использоâàнии объемных эффектоâ â òâåðäîì òåëå, ÿâляется нà- ÷àëîì ÷åòâåðòîãî ýòàïà ðàçâития электроники, получиâøåãî íà- çâàние функционàльной микроэлектроники.

Крупный âêëàä â ðàçâитие электротехники, рàäиотехники и электроникиâнесли русские ученые. Фунäàìåíòàльные исслеäîâà- íèÿâ îáëàсти физики и технолоãии электронных и полупроâîäíèêîâых прибороâ âыполнили М.А.Áîí÷-Áðóåâè÷,Ë.È. Ìàíäельштàм, А.Ф. Иоффе, С.И. Вàâèëîâ, А.А. Чернышеâ; по проблемàìâозбужäения и преобрàçîâàния электрических колебàíèé, ðàспрострàнения и приемà ðàäèîâîëí Á.À. Ââåäенский, В.О. Кàлмыкоâ, М.В. Шулейкин, А.А. Рàсплетин иäð.

Ñîâременные системы и сети сâÿçè ÿâляются сложнейшими техническими сооружениями, сконцентрироâàâøèìèâñå ñàìûå ïî-

8

ñëåäíèåäостиженияíàучно-техническойðåâолюцииâ îáëàñòè ðà-äиотехники, электроники иâычислительной техники. В послеäíååâðåìÿ ðàçðàáîòàны и эксплуàтируютсяâ ðÿäå ñòðàí ìèðà ðàзнооб- рàçíûå ôåäåðàльные и межäóíàðîäные телекоммуникàционные сети, оснàщенные цифроâûìèàâòîìàтическими коммутàционными стàнциями, цифроâыми системàìè ïåðåäà÷è,âолоконно-оптичес-кими линиями сâязи, спутникоâыми системàìè ñâÿçè èäð.

В России рàçðàáîòàíà ãîñóäàðñòâåííàя концепцияâ îáëàñòè ñâÿ- çè, ïðåäóñìàòðèâàþùàя построение поäобной телекоммуникàционной сети общеãо пользоâàíèÿ (TCP). Íà áàçå TCP áóäóò ñîçäàны интеллектуàльные сети России (ИСР), которыеäолжны преäîñòàâëÿòüàбонентàм широкий круã ðàзличных услуã; российскàÿ ñåòü ïåðåäà÷èäàнных (РСПД); цифроâàÿ ñåòü ñâÿçè ñ èíòåãðàцией служб (ЦСИС) (мноãофункционàльный телефон, фàкс, телекс,âèäеотекс иäð.); ñîòîâые мобильные и персонàльные сети сâязи (СМПС), широкополосные цифроâûå ñåòè ñ èíòåãðàöèåé óñëóã èäð.

Ñîçäàние и эксплуàòàöèÿ ïîäобных сетей потребует поäãîòîâêè êà÷åñòâåííî íîâых специàлистоâ. Ñðåäèäисциплин, состàâляющих осноâó áàçîâîé ïîäãîòîâки специàлистоâ â îáëàñòè ñâÿçè,âàжнейшее место отâîäится курсу «Осноâы теории цепей» (ОТЦ). Оäíèì èç îñíîâоположникоâ êóðñà áûëäоктор технических нàук, профессор А.Ф. Белецкий,âнесший большойâêëàä â åå ñòàíîâление кàê ñàмостоятельнойäисциплины.

Ñîäåðæàíèå ýòîéäисциплины состàâëÿþò çàäà÷èàíàëèçà и синтезà линейных и нелинейных электрических цепей, изучение кàê ñ êà÷åñòâенной, тàк и количестâенной стороны устàíîâèâшихся и перехоäных процессоâ, протекàþùèõâ ðàзличных электронных приборàх и устройстâàõ. ÎÒÖ áàзируется нà êóðñàõ ìàòåìàтики, физики, технической электроники,âычислительной техники и яâляется бàçîâûìäля изучения послеäующих общетехнических и специ-àльныхäисциплин.

Äàнный учебник соотâåòñòâóåò ïðîãðàììå êóðñà «Îñíîâы теории цепей» по специàльностям «Сети сâязи и системы коммутàöèè» (210406); «Ìíîãîêàíàльные телекоммуникàционные системы» (210404); «Рàäèîñâÿçü, ðàäèîâåùàíèå è òåëåâèäåíèå» (210405) è ïî íàïðàâлению бàêàëàâðèàòà è ìàãèñòðàòóðû ïî íàïðàâлению «Телекоммуникàции» (210400). Он может тàкже использоâàòüñÿäля специàльностей «Среäñòâà ñâÿçè ñ ïîäâижными объектàìè» (210402); «Àóäèîâèçóàëüíàя техникà» (210312); «Физикà и техникà оптиче- ской сâÿçè» (210401),à òàêæåäðóãèõ ðîäñòâенных специàльностей.

Ïðîô. Â.Ï. Áàêàëîâûì íàïèñàíîââåäåíèå,ãл. 1 9, 14; проф. В.Ф. Дмитрикоâûìãл. 10, 11; проф. Круком Б.И.ãë. 12 13, 16 18;ãë. 15 íàïèñàíà ñîâместно В.Ф. Дмитрикоâым и Б.И. Круком;ãë. 19 íàïèñàíà ñîâместно Бàêàëîâым В.П. и Круком Б.И. Общее реäàктироâàние учебникà âыполнил проф. В.П. Бàêàëîâ.

9

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1.1. Ток, напряжение, мощность

Понятия электрическоãî òîêà è íàпряжения яâляются оäíèìè èç îñíîâíûõâ теории электрических цепей.Электрический ток â ïðîâîäÿùåé ñðåäе есть упоряäоченноеäâижение электрических зà- ðÿäîâ ïîä âîçäåéñòâием электрическоãî ïîëÿ (òîê ïðîâîäимостиâ ìåòàëëàх, электролитàõ,ãàçàх; ток переносà â электроâàкуумных приборàõ èäð.).

Количестâенно электрический токâ êàæäый моментâремени хàðàктеризуется скàлярнойâеличинойi =i (t)ìãíîâенным знà- чением токà, õàðàктеризующим скорость изменения зàðÿäà q âîâремени:

i = lim

q

= dq

,

(1.1)

t0

t

dt

 

 

ãäåq электрический зàðÿä, прошеäøèé çà âðåìÿt через поперечное сечение проâîäíèêà. В системе СИ зàðÿä измеряетсяâ кулонàõ (Êë),âðåìÿâ секунäàõ (ñ), òîêâ àìïåðàõ (À). Âäàльнейшемäëÿ êðàткости электрические токи и нàпряжения бу-äем просто нàçûâàòü òîêàìè è íàпряжениями.

 ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèâåäеннымâûøå îïðåäелением понятие «ток» может использоâàòüñÿâ äâух смыслàõ: òîê êàк физический процесс и ток кàк количестâåííàÿ õàðàктеристикà (âместо «силы токà»).

Êàк функцияâремени токi(t) может принимàть положительные и отрицàтельные знàчения. Принято считàòü çíàчение токà i(t) положительным, еслиäâижение положительно зàряженных чàñòèö ñîâïàäàåò ñ çàðàíååâûáðàííûì íàïðàâлением отсчетà òîêà è îòðè- öàтельнымâ протиâíîì ñëó÷àе. Выбор нàïðàâления отсчетà òîêà

i

à

i

+

 

 

 

 

 

 

Электрическая

uab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

öåïü

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

à)

b

 

á)

 

 

 

 

 

 

 

Ðèñ. 1.1

10