1.7. Контрольные вопросы

1. Дайте определение электрическому току, напряжению, мощности.

2. Как обозначается напряжение на схемах?

3. Как измерить напряжение? Что имеется в виду, когда говорят "напряжение в точке".

4. Какая зависимость тока от напряжения резистора, емкости и индуктивности?

5. Сформулируйте закон Ома.

6. Чему равно общее сопротивление при последовательном и параллельном включении резисторов?

7. Чему равна общая емкость при последовательном и параллельном включении конденсаторов?

8. Приведите основные параметры резистора, конденсатора.

9. Как определить мощность, рассеиваемую на пезисторе?

10. Что такое динамичекое сопротивление. Чем оно отличается от обычного?

11. Дайте определение идеальным источникам тока и напряжения.

12. Приведите схемы реальных источников тока и напряжений. Чему равны значения тока и напряжения на выходе реальных источников тока и напряжений?

13. Как перейти от реального источника напряжения к реальнеому источнику тока?

14. Нарисуйте схему делителя напряжений. Чему равно напряжения на выходе делителя напряжений?

15. Сформулируйте теорему об эквивалентном генераторе. Как преобразовать схему на основе теоремы об эквивалентном преобразователе?

2. Сигналы. Пассивные фильтры

2.1 Сигналы

В электронике под сигналом понимают зависимость напряжения или тока от времени. Таким образом, сигнал это функция от времени. При анализе электронных устройств рассматривают прохождения тестовых сигналов с входа на выход. При этом могут использоваться различные типы тестовых сигналов: скачек напряжения, импульсный сигнал, последовательность импульсов, экспоненциальный, синусоидальный и др. Для исследования линейных устройств, к которым относятся усилители электрических сигналов, удобно использовать синусоидальный входной тестовый сигнал. Синусоидальный сигнал в отличие от остальных сигналов обладает тем свойством, что при прохождении через линейную цепь не изменяет свой вид, остается синусоидой. Изменяется только амплитуда и начальная фаза сигнала.

Рассмотрим более подробно синусоидальный сигнал и прохождение его через линейную электрическую цепь. Математическое выражение синусоидального сигнала имеет вид

u=Asin(2πft+φ),

где A– амплитуда сигнала, в данном случае измеряется в вольтах,f– частота сигнала, измеряется в герцах и φ – начальная фаза, измеряется в радианах. На рис.2.1 показан синусоидальное напряжение. Параметры этого сигнала следующие. Амплитуда А = 2 В, частота – это величина обратная периоду колебаний и равнаf= 1 /T= 1 / 1,003 мС ≈ 1 кГц.

Частота показывает, какое количество периодов колебаний содержится в 1 секунде. Можно также использовать понятие круговой частоты, которая равна ω = 2πf. Выражение для синусоидального сигнала запишется в более компактной форме

u=Asin(ωt+φ).

Круговая частота показывает, какое количество периодов колебаний содержится в числе 2π и измеряется в радианах в 1 секунду. В нашем случае круговая частота равна

ω = 2πf= 6,28·10^-3 радиан в секунду. Начальная фазаφ=ωt_ф= 2πft_ф, гдеt_физмеряется от 0 до точки пересечения синусоиды значения 0. Величинаt_ф= 0,123 мС и показана на слайдере левого вертикального курсора. Начальная фаза или просто фаза будет равна

φ=ωt_ф= 2πft_ф= 6,28·1000 Гц·0,123 мС = 0,77 рад/с.

Иногда используют понятиеразмах сигналаилидвойная амплитуда (значение от пика до пика сигнала), которая равна удвоенной амплитуде. Употребляют также понятие эффективное значение. Именно эффективное значение синусоидального напряжения или тока измеряются соответственно вольтметром и амперметром.

Цепи синусоидального тока и напряжения удобно рассчитывать с помощью комплексных величин. Для этого напряжение Ucos(ωt+φ) заменяется величинойUe^jφ, которая называется комплексной амплитудой. Комплексная амплитуда содержит полную информацию о синусоидальном сигнале: значения амплитуды и фазы. При прохождении синусоидального сигнала через линейную цепь частота сигнала не меняется и считается известной.

В комплексной области можно ввести понятие комплексного сопротивления

,

где . Благодаря комплексному сопротивлению конденсатор и индуктивность можно рассматривать как комплексные сопротивления. Для конденсатора комплексное сопротивление равноZ_c= 1 / jωC= -j1 / ωC= -jX_c(Х_с– емкостное сопротивление ). Для индуктивности комплексное сопротивление равноZ_L= jωL=jX_L (Х_L– индуктивное сопротивление). Емкостное и индуктивное сопротивления зависят от частоты сигнала. Это объясняет зависимость параметров электронных устройств от частоты входного сигнала.

Введение понятия комплексного сопротивления позволяет использовать законы и методы расчета электрических цепей постоянного тока для анализа цепей синусоидального тока, содержащие реактивные элементы: индуктивности и емкости. При расчете используются комплексные величины.