Электроника

Конспект лекций

(уровень 2)

Глава 1. Элементы электрических цепей. Элементы электронных схем.

Уровень 2

1.1. О линейных и нелинейных цепях

Всякая электрическая цепь состоит из элементов активных и пассивных.

Активные – источники энергии (параметры: – внутреннее сопротивление, – ток короткого замыкания).

Реальный источник напряжения

– напряжение холостого хода ( ),

– внутреннее сопротивление источника,

– напряжение на нагрузке (на клеммах источника при ),

– идеальный источник.

Источник тока

Выходной ток тем меньше зависит от , чем больше . – идеальный источник.

В зависимости от величины выбирают тот или иной источник.

Пассивные – расходуют энергию (сопротивления ) или накапливают (индуктивность и емкость ).

Резистор

Резистор – элемент цепи, выполненной из проводника таким образом, чтобы электрическая энергия максимально преобразовывалась в тепловую

Экспериментально установлено (закон Ома) .

в статическом режиме (линейная цепь на постоянном токе).

– дифференциальное сопротивление.

В СИ единицей измерения сопротивления является Ом, единицей проводимости – сименс (См).

2-ой закон Кирхгоффа

1-ый закон Кирхгоффа

;

Конденсатор

Конденсатор – элемент цепи, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию электрического поля

Заряд на обкладках конденсатора

где – абсолютная диэлектрическая проницаемость, – площадь электрода, – расстояние между электродами.

В проводах возникает ток (при соединении с источником), равный

или

Если , то тока нет.

Индуктивная катушка

Индуктивная катушка – элемент цепи, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля

Из физики известно, что

где  индуктивность (коэффициент, связывающий ток с потокосцеплением ).

где – число витков катушки, – поток через площадку, образованную витком катушки.

Для длинной катушки поток, сцепленный с одним витком, пропорционален

где – абсолютная магнитная проницаемость сердечника катушки, – площадь витка катушки, – напряженность поля.

где – длина средней линии сердечника.

Переменный ток вызывает самоиндукции. По закону электромагнитной индукции самоиндукции равна

а напряжение

Для цепи, содержащей , имеем

; ;

Частный случай

;

;

;

.

; ; .

– не зависит от частоты.

; ; .

Зависимости от частоты приведены на рисунке

Результирующее напряжение получаем при векторном сложении составляющих .

Мощность элементов при синусоидальном токе

– мгновенная мощность;

;

;

.

– с удвоенной частотой.

Энергия в теплоту за время берут равным – средняя за период.

;

.

Для постоянного тока

.

Действующее значение переменного тока (выделение энергии на сопротивлении)

– действующее значение тока,

– действующее значение напряжения.

Электрическая энергия от источника к .

Емкость

.

заряд (положительная полусфера).

разряд (отрицательная полусфера).

То же с .

Амплитуда реактивной мощности

;

.

Электрические цепи

1. с постоянными параметрами (параметры неизменны во времени);

2. с переменными параметрами (параметры изменяются по какому-либо закону);

3. с распределенными параметрами и сосредоточенными.

Линейная цепь – это цепь, параметры которой не зависят от режима работы цепи.

Свойства линейных электрических цепей:

1. физические процессы описываются линейными дифференциальными уравнениями;

2. ВАХ (вольт-амперная характеристика) такой цепи прямолинейна;

3. к линейным цепям применим принцип суперпозиции;

4. каждая практическая линейная цепь искажает форму сигнала;

5. линейная цепь не изменяет спектра сигнала в смысле добавления частот;

Нелинейная цепь содержит хотя бы один нелинейный элемент, параметры которого зависят от приложенного напряжения (тока). (Лампы, транзисторы, диоды…)