МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского
«Харьковский авиационный институт»
С.Н. Барсуков
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
Конспект лекций, часть 1
Харьков «ХАИ» 2008
1.Основы теории цепей
Основные понятия и определения электроники
Основная задача электроники заключается в формировании, обработке и передачи информации.
Материальным носителем информации выступает электрический сигнал. Этот сигнал формируется потоками электронов, которые обрабатываются элементами электронной схемы. Интегральными характеристиками такого электронного потока являются: электрический ток и напряжение.
Электрический ток – это упорядоченное направленное движение электрических зарядов (электронов).
Направление электрического тока определяется направлением движения условных положительных зарядов (электроны перемещаются во встречном направлении) (рис. 1).
Ток направлен от высокого потенциала к более низкому (рис. 2).
К
оличественно
ток измеряется силой тока. Сила тока I
– это величина, равная количеству
электричества Δq,
которое переносится за единицу времени
Δt
через поперечное сечение проводника
.
Единицей
измерения тока является Ампер
,
или производные от него более мелкие
единицы измерения: миллиампер
1мА=10-3А, наноампер 1нА=10-9А, микроампер 1мкА=10-6А.
Напряжение (падение напряжения) между двумя точками схемы – это энергия, которая высвобождается при движении единичного положительного заряда от точки с высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом.
Количественно падение напряжения определяется разностью потенциалов между соответствующими точками схемы
.
Единицей
измерения напряжения является Вольт
или милливольт 1мВ=10-3В.
Поддержание электрического тока обеспечивается за счет активных элементов (источников энергии) – сторонних источников (аккумуляторы, гальванические элементы и т.д.).
Мощность, потребляемая элементом схемы, определяется работой электрического тока, совершаемой за единицу времени:
(скорость совершения работы, быстрота выделения энергии).
Мощность измеряется в ваттах – Вт, или милливаттах 1мВт=10-3Вт.
Напряжение, ток и мощность при гармоническом сигнале
При
гармоническом сигнале ток и напряжение
изменяются во времени по закону синуса
или косинуса:
, 
,
где
– циклическая частота,
– период
сигнала.
Мощность,
выделяющаяся на сопротивлении
,
также зависит от времени
и
изменяется с удвоенной частотой
(рис. 3).
Для оценки выделяемой мощности мгновенную мощность усредняют за период и используют понятие средней мощности
Гармоническая составляющая мгновенной мощности при усреднении обращается в нуль
.
При измерениях оперируют с понятием действующего (эффективного, среднеквадратичного) значения гармонического напряжения или тока.
Пусть
на сопротивлении
действует гармоническое напряжение
,
в результате которого выделяется средняя
мощность
.
О
пределим
такое эквивалентное постоянное напряжение
,
под действием которого на сопротивлении
выделится такая же мощность, как и под
действием переменного напряжения (рис.
4).
, 
?.
Средняя мощность
,
эквивалентная мощность
,
приравнивая мощности, имеем
, т.е. 
,
откуда 
, или 
.
Следовательно, действующее или эффективное значение гармонического напряжения – это такое эквивалентное постоянное напряжение, под действием которого на данном сопротивлении выделяется такая же мощность, что и при действии гармонического напряжения.
1.
Для гармонического напряжения значение
эффективного напряжения в
раз меньше его амплитудного значения.
2. Действующее значение напряжения имеет смысл также среднеквадратичного напряжения:
,
,
, откуда
.
3. Искажение формы гармонического напряжения приводит к изменению коэффициента пересчета относительно амплитудного значения напряжения.