lek_ee_ruch_01 (Лекции (Ручьев М.К.))

ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»Для групп 221-223 часть 1. Лектор: Ручьев М.К.Литература:[1] Кузнецов Ю.В. – «Основы анализа линейных цепей. Временной анализ»МАИ 1998 г.[2] Кузнецов Ю.В. – “Основы анализа линейных цепей. Частотный анализ”МАИ 1998 г.[3] Кузнецов Ю.В. – “Линейные радиотехнические цепи и сигналы. Сборник упражнений и задач.”МАИ 1994 г.[4] Попов В.П. – “Основы теории цепей”Любое издание[5] Латышев В.В. – “Переходные процессы в линейных цепях”МАИ 1992 г.[6] Гоноровский И.С.

– “Радиотехнические цепи и сигналы”М.: Радио и связь,1986.[7] Гоноровский И.С., Демин М.П. – “Радиотехнические цепи и сигналы”М.: Радио и связь,1994.ЛЕКЦИЯ №1••••Основные элементы электрических цепей ([1] - стр. 3-9).1. Цели курса:Изучение методов анализа сигналов и цепей;Изучение методов синтеза сигналов и цепей;Изучение принципов неискаженной передачи информации и уменьшения ее потерь;Изучение методов описания свойств сигналов и цепей2. Основные понятия.♦ Электрическая цепь – совокупность взаимосвязанных элементов, предназначенных дляобработки сигналов, физическими носителями которых являются ток и напряжение.Источником энергии для передачи сигналов является электрическая энергия.♦ Сигнал – физический процесс или явление, несущее информацию о каком-либо событии илипередающее команду управления.3. Принципиальная схема электрической цепи.♦ Принципиальная схема – условно-графическое изображение соединения реальных элементовв электрическую цепь.

(Рис. 1)Рис.1.1. Пример принципиальной схемы.♦ Пассивные элементы – элементы, преобразующие энергию, но не являющиеся ееисточником. К пассивным элементам относятся:ƒ R – резистор [R1]ƒ L – катушка индуктивности [L1]ƒ C – конденсатор (емкость) [C1;C2]♦ƒƒ♦♦♦Активные элементы – элементы, являющиеся источниками энергии:Е – источник напряжения [E] Стрелкапоказывает направление напряженияI – источник тока [I] Стрелка (>>) показывает направление токаУзлы – точки соединения элементов [1;2;3]Ветви – соединения между узлами [1-2;2-3;…]Контур – несколько ветвей, обеспечивающих замкнутый обход [ER1C2;ER1L1I;EC1C2;…]Разность потенциалов9φ1I1R1φ2Для каждой ветви вводят ток ветви и напряжениена ее концах (разность потенциалов см. Рис.

1.2)φ1 >φ2; U1= φ1 -φ2U1Рис 1.29 Если ток и напряжение – постоянны, то занаправление тока принимается направление движения положительных зарядов от “+” к ”-”,а за направление напряжения – направление от большего потенциала к меньшему.9 Если ток и напряжение – переменны, то направление стрелки тока и напряжения условны.Условные положительные направления от времени не зависят.4. Пассивные элементы.♦ Резистор – Поглощает электрическуюэнергию, преобразует ее в тепло. Для резисторавыполняется закон ОмаR1Рис 1.3 Условное обозначениерезистора.9U ( t ) = R ⋅ i( t ) ⇒ R =U( t )I( t )⎡B⎤⎢⎣ A ⎥⎦ = [Oм]При любой форме тока форма напряжения повторяет форму тока с точностью постоянногокоэффициента (см. рис.

1.4.).U(t)i(t)tОсновной параметр резистора – сопротивление R, единицаизмерения Ом [Ом] или проводимость G =1, единицаRизменения Сименс.tРис.1.4. Связь между током и напряжением на резисторе.C1Рис. 1.5 Условное обозначениеконденсатора.♦Конденсатор – элемент, накапливающий энергиюэлектрического поля. Заряд, накапливаясь на этомэлементе, вызывает появление на нем напряжения.Q(t ) = C ⋅ U (t )dU c (t )dQ(t )=C⋅I c (t ) =dtdtQ( t ) ⎡ K ⎤C== [Ф ]U ( t ) ⎢⎣ B ⎥⎦t1U c ( t ) = ∫ i c ( х )dxC −∞Uс(t)iс(t)Основной параметр конденсатора – емкость С,единица измерения - Фарада [Ф].tНа рисункеI1 S1S2-I2S1 + S2 = 0.tРис.1.6.

Связь между током и напряжением на конденсаторе.9В отличие от резистора напряжение на конденсаторе в данный момент времени tопределяется не только величиной тока в этот же момент времени, а всем током, которыйпротекал через этот конденсатор раньше, заряжая или разряжая его.

Ток в свою очередьзависит от скорости изменения напряжения, т.е. конденсатор – реактивный элемент.♦L1Рис 1.7 Условное обозначениеиндуктивности.Катушка индуктивности – накапливает энергиюмагнитного поля. Ток, протекая по виткам катушки,создает магнитное поле. Характеристикойиндуктивности является связь междупотокосцеплением ϕ ( t ) и током i (t ) , протекающимчерез этот элемент.ϕ (t ) = L ⋅ i (t )L=ϕ ( t ) ⎡ Вебер ⎤I ( t ) ⎢⎣А⎥⎦ = [Гн]При изменении тока в катушке индуктивности линейно изменяется потокосцепление и позакону Ленца возникает ЭДС самоиндукции, направленная против изменения тока:ЭДС = −dϕ (t )di (t )= −LdtdtДля прохождения тока через индуктивность на ее концах должно быть напряжение равное помодулю и противоположное по знаку ЭДС самоиндукции.di (t )U (t ) = − ЭДС = Ldt9ti (t ) =1U ( x)dxL −∫∞Индуктивность так же как конденсатор является реактивным элементом, т.е. мгновенноеизменение напряжения, не приводит к мгновенному изменению тока.9 Ток, протекающий через индуктивность, зависит от напряжения, которое действовалораньше.

Если сравнить формулы, связывающие напряжение и ток катушки индуктивности иконденсатора, то они обладают дуальностью, то есть, если С заменить на L, а U на I, тополучим формулы для индуктивности и наоборот.iL(t)Основной параметр катушки индуктивности –индуктивность L, единица измерения – Генри [Гн].UL(t)tНа рисункеU1U2S1S2S1 + S2 + S3 = 0S3tРис.1.8 Связь между током и напряжением на катушке индуктивности.5. Проводник как реактивный элементМежду двумя параллельными проводами образуется паразитная ёмкость, а изогнутый проводобразует паразитную индуктивность.

По изменению электрического поля в ёмкости имагнитного в индуктивности можно судить об информации, передаваемой по цепи. Поэтому дляпредотвращения потери информации необходима защита – экранирование этих элементов.Контрольные вопросы к лекции №11.

Дайте определение электрической цепи.2. Дайте определение сигналу3. Перечислите известные вам пассивные и активные элементы цепи4. Сколько контуров, узлов и ветвей может содержать электрическая цепь,состоящая из четырех элементов?5. Запишите формулы, устанавливающие связь между током и напряжением нарезисторе. Дайте физическую интерпретацию этим формулам.6. Запишите формулы, устанавливающие связь между током и напряжением наконденсаторе.

Дайте физическую интерпретацию этим формулам.7. Запишите формулы, устанавливающие связь между током и напряжением накатушке индуктивности. Дайте физическую интерпретацию этим формулам.8. Какие элементы называются реактивными? Назовите эти элементы.9. Какие величины называются дуальными? Поясните смысл этого термина.10. Почему проводник можно считать реактивным элементом и как этоучитывать при проектировании электрических цепей?Типовые задачи к экзамену1. Определите ток, протекающий через емкость С, если напряжение на нейменяется по закону u(t)=U. Sinω0t.1(t).2. Определите напряжение на индуктивности L, если ток, протекающийчерез нее, меняется по закону i(t)=I.

Cosω0t.1(t)..