Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Курс электрических цепей Законы Ома и Кирхгофа Энергетический баланс Применение векторных диаграмм при расчете Активная, реактивная и полная мощности Электрические фильтры


Физикотеоетические основны электрических цепей.

Классификация электрических цепей.

Основные свойства линейных и нелинейных элементов и цепей

  В процессе передачи и приема сигналы преобразуются с помощью различных устройств, составляющих в совокупности канал связи, систему автоматического управления, измерительный прибор и другие радиотехнические системы. Для преобразований применяют разнообразные схемы: усилители и ослабители, фильтры, преобразователи, умножители и детали частоты, модуляторы, детекторы, вспомогательные генераторы и т. д. При практической реализации схем – различные типы узлов и деталей: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, электронные лампы, транзисторы и другие элементы.

 В дальнейшем будем называть термином «цепи» технические устройства, предназначенные для преобразования (обработки) сигналов с целью придания им свойств, необходимых для наилучшей передачи информации.

Простейшим элементом электрической цепи может быть двухполюсный элемент (двухполюсник), то есть часть цепи, ограниченная двумя зажимами. В качестве переменных здесь принимаются ток  и напряжение . Связь между переменными описывается математическую моделью

  или . (1.8)

Это означает, что двухполюсник может быть задан волть амперной характеристикой, которая может проходить или не проходить через начало координат. Двухполюсники подразделяются на два: активный и пассивный.

Активный двухполюсник (рис. 1.2а) обязательно обладает свойством генерировать электрическую энергию. К активным элементом электрической цепй относятся источники электромагнитной энергии.

 


 

  (при (при

 (при  (при

 а) б)

 Рис.1.2

Пассивный двухполюсник (рис. 1.2б) если он содержит источники энергии, то они так соединены и имеют такие параметры, что это не проявляется на внешних зажимах. К пассивным элементом электрической цепй относятся устройства, которое могут запасать и расходовать электромагнитную энергию.

 Все применяемые в радиотехнике цепи можно разбить на два класса:

ленейными и нелинейными. Элемент называется линейными, если его вольтамперная характеристика выражается прямой линей. Из них состоят линейные электрические цепи. Электрическая цепь называется линейная если напряжение и ток в каждом элементе данной цепи связаны линейным уравнениемалгебрическим или дифференциальным первого порядка.

Нелинейной называется цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент. Нелинейный элемент это элемент (), параметры которого на плоскости ,  выражаются некоторой кривой, которая, как правило, определяется экспериментально и называется вольтамперной характеристикой. Электрическая цепь считается нелинейной если электрическое сопротивление, индуктивность или емкость хотя бы одного из ее участков зависит от значений или от направлении токов и напряжении на этом участке цепи.

Линейные электрические цепи подразделяются на два: цепи с сосредоточенными и цепи с распределенными параметрами. Цепь с сосредоточенными параметрами состоит из разделенных емкостей, индуктивностей и сопротивлении. Электрическое поле такой цепи сосредоточено в конденсаторах, а магнитное поле в катушках. В цепи с распределенными параметрами электрические и магнитные поля пространственно не разделены. Математические модели существенно упрощается, если различные свойства элементов можна разделит в пространстве, то есть пользоваться элементами с сосредоточенными параметрами.

Линейные и нелинейные цепи существенно различаются по своим  свойствам, описывающих их характеристик и параметров.

Линейные цепи

  Линейные цепи состоят из элементов (например, сопротивлений R, индуктивностей L, емкостей С), значения параметров которых не зависят от тока, протекающего через них. Действительно, обозначив через UR, UL, UC, напряжения соответственно на сопротивлении R, индуктивности L, емкости C, имеем

   (2.1)

 Как видно из этих выражений, изменение тока в n раз изменяет напряжение на этих элементах во столько же раз.

 Другим важным свойством линейных цепей является справедливость принципа наложения (суперпозиции). Суть этого принципа можно пояснить следующим образом. Допустим, что в результате воздействия входного сигнала  на выходе цепи появляется сигнал , а в результате воздействия сигнала  – сигнал . Тогда, если оба сигнала воздействуют одновременно, т. е.

 =+, (2.2)

а при этом на выходе появляется сигнал

  =+, (2.3)

принцип суперпозиции соблюдается.

  Линейные цепи применяют чрезвычайно широко. К числу таких цепей относятся простейшие элементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности без железа, схемы составленные из этих элементов, подавляющее большинство усилителей, линии передачи, а также цепи, составленные из параллельно, последовательно и смешанно включенных этих же устройств и т. д.

 Линейные цепи принято подразделять на цепи с сосредоточенными постоянными (R, L, C) и цепи с распределенными постоянными.

ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ Рассмотренные выше источники энергии могут быть как постоянными, так и переменными, причем закон их изменения во времени может носить как периодический, так и непериодический характер. Наибольшее практическое распространение получили источники, а следовательно, и цепи, электромагнитные процессы в которых подчиняются периодическому закону.
Основные методы и понятия электрических цепей