Обобщенная структура и элементы цепи.

Электрические цепи. Основные понятия.

Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов, образующих путь для протекания электрического тока. Выделенная часть цепи – участок цепи.

q - электрический заряд;

q(t) - мгновенное значение заряда;

Q - постоянный электрический заряд;

i - электрический ток – явление упорядоченного движения.

Обобщенная структура и элементы цепи.

отдельные устройства и объекты, входящие в электрическую цепь – элементы цепи.

Обобщенная структура цепи следующими тремя группами элементов:

· источники электрической энергии(генераторы)

· приемники электрической энергии(потребители)

· вспомогательные элементы

В источниках неэлектрическая энергия преобразуется в электрическую.

В приемниках электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Вспомогательные элементы предназначены для соединения источников приемниками, контроля их работы, коммутации(переключения), измерения, усиления электрических сигналов, частотной эксиллекции и выполнения других вспомогательных функций.

В общем случае – каждый отдельный участок цепи можно рассматривать как отдельный функциональный узел, осуществляющий преобразование электрического сигнала.

y(t) - выходной электрический сигнал(отклик цепи).

F[ ] – функция передачи или оператор преобразования

a, b, c, … - параметры данной цепи

Элементы цепи:

· активные – элементы, потребленная энергия которыми в любой момент времени неположительна (W(t) 0). К ним относятся: источники электрической энергии, элементы, способные увеличивать №1 мощность электрического тока (электронные лампы, транзисторы, операционные усилители и др.).

· пассивные - элементы, потребленная энергия которыми в любой момент времени неотрицательна (W(t) 0). К ним относятся: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и др.

Напряжение на пассивном элементе называется падением напряжения.

Цепи, содержащие только пассивные элементы – пассивные цепи.

Цепи, содержащие хотя бы один активный элемент – активные цепи.

Уравнения, описывающие основные физические процессы в элементе – характеристика этого элемента. Уравнения, связывающее напряжения и токи элемента между собой – уравнения элемента. Характеристика и уравнения элемента – его математические модели. Уравнения элемента могут быть алгебраическими, дифференциальными или интегральными. Коэффициенты уравнения элемента – параметры этого элемента.

Резистор – изделие радиоэлектронной промышленности, предназначенное для включения в цепь с целью ограничения тока.

Элементы делятся на:

· линейные – элементы, уравнения которых линейны. Параметры линейных элементов остаются постоянными (R=const).

· нелинейные – элементы, уравнения которых нелинейны. Параметры нелинейных уравнений зависят напряжений и токов этого элемента (R=Var).

· параметрические – элементы, параметры которых изменяются по некоторому закону.

Цепи, содержащие только линейные элементы, - линейные цепи, а содержащие хотя бы один нелинейный элемент – нелинейные цепи.

Участок цепи, содержащий два полюса (зажима) для внешних подключений – двухполюсник. При числе выводов более двух участок цепи – многополюсник (трехполюсник, четырехполюсник и т.д.).

 

№1

двухполусник

 

 

трехполюсник

 

четырехполюсник

 

 

Под топологией цепи понимается геометрическая структура соединений ее элементов.

Сложная цепь и ее схема замещения характеризуется с помощью следующих основных топологических понятий:

Узел цепи – место соединения трех или более элементов(неустранимый узел)

Ветвь – участок цепи из последовательно соединенных элементов, включенной между двумя узлами (один и тот же ток).

Контур цепи – участок цепи из двух или более ветвей, при обходе которого каждый из узлов встречается не более одного раза. Контуры бывают: Зависимые и независимые.

 

 

№ 2 ;

-мгновенное значение тока

 

- постоянное значение тока
Току приписывается условное положительное направление. Положительное направление тока соответствует направлению движения положительных зарядов.

Электрический потенциал () – физическая величина, характеризующая энергетические затраты электрического поля по перемещению заряда. Потенциал в точке численно равен энергии, которую затрачивает электрическое поле на перемещение единичного положительного заряда из данной точки в бесконечно удаленную.

Электрическое напряжение (относительно двух точек в пространстве) характеризует энергию затраты электрического поля на перемещение заряда из одной точки в другую. Численно электрическое напряжение равно энергии, которую затрачивает электрическое поле для перемещения единичного положительного заряда из одной точки в другую. Напряжение между двумя точками равно разности потенциалов в этих точках.

[U] = B

			b

 

ЭДС.

ЭДС – физическая величина, характеризующая способность сторонних сил или индуцированных электрических полей вызывать электрический ток. Числено ЭДС равна энергии, которую затрачивают сторонние силы на перемещение единичного положительного заряда внутри источника, т.е. потенциальной энергии, преображаемой единичным положительным зарядом внутри источника. ЭДС приписывается направление, соответствующее № 2 перемещению положительного заряда внутри источника под действием сторонних сил.

Пусть внутри источника перемещен заряд и затрачена энергия :

E-W – поступившая в электрическую цепь энергия

U-W – затрачиваемая электрической цепью энергия