Лекция 1
Курс ОТЦ является базовым для таких областей знания как электротехника и радиоэлектроника.
Электромагнитные явления и устройства на их основе описываются строго методами теории электромагнитного поля. Они сложны, но описывают процессы в каждой точке электромагнитного поля.
Методы теории цепей – это упрощённые методы, основанные на замене реального устройства некоторой упрощённой моделью, процессы в которой описываются токами и напряжениями.
Разработка методов исследования процессов в электронных устройствах, основанных на замене этих устройств упрощенными моделями, процессы в которых описываются в терминах токов и напряжений –предмет теории цепей.
1.1. Основные определения Электрическая цепь
Электрическая цепь – это совокупность устройств, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы которые могут быть описаны с помощью напряжений и токов. Составные части (элементы) цепи делятся на источники электрической энергии и приёмники (нагрузки). Первичные источники электрической энергии преобразуют световую, химическую, тепловую, механическую и другие виды энергии в электрическую. Вторичные источники преобразуют вид электрических токов и напряжений за счёт преобразования постоянного тока в переменный, выпрямления переменного тока, изменения напряжения и т. п. Приемники электрической энергии преобразуют эту энергию в другие виды энергии или запасают ее. Каждый элемент цепи имеет зажимы – полюсы. Каждый элемент цепи характеризуется зависимостью между токами и напряжениями на полюсах.
В теории цепей каждый элемент цепи заменяют его упрощенной моделью, построенной из идеализированных элементов. Используют пять основных типов идеализированных двухполюсных элементов: идеальный резистор, идеальный конденсатор, идеальная индуктивная катушка, идеальный источник напряжения и идеальный источник тока. Также четыре четырехполюсных идеализированных элемента: управляемые источники тока и напряжения - источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН), источник напряжения, управляемый током (ИНУТ), источник тока, управляемый напряжением (ИТУН), источник тока, управляемый током (ИТУТ). Электрическая цепь, составленная из идеализированных элементов, называется моделирующей идеализированной схемой замещения или эквивалентной схемой.
Электрический ток
Электрический ток – это упорядоченное движение свободных носителей заряда в соединительных проводниках и внешних выводах элементов электрической цепи и внешних выводах элементов электрической цепи.За положительное направление тока принимают направление перемещения положительного заряда. Условно, положительное направление тока при расчетах электрических цепей может быть выбрано и произвольно. Если в результате расчетов, выполненных с учетом выбранного направления, ток получится со знаком плюс, то его направление, т. е. направление перемещения положительных зарядов, совпадает с направлением, условно выбранным положительным; если ток будет иметь знак минус, то его направление противоположно условно положительному. Количественно ток оценивают зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени. Пусть q = q(t1) — это заряд, прошедший через произвольное поперечное сечение проводника к моменту времени t1 (рис. 1.1, а). Тогда ток в момент времени t1:
Т
аким
образом, ток
численно равен скорости изменения
электрического заряда во времени.
i(t)
t
i
i(t) – переменный ток
(t)=dq/dt=q/t=I – =constПостоянный ток
Рис. 1.1. Зависимость заряда, протекающего через поперечное сечение проводника от времени: а — нелинейная; б — линейная
В Международной системе единиц (СИ) заряд выражают в кулонах (Кл), время — в секундах (с), ток — в амперах (А). При постоянном токе в 1 А через поперечное сечение проводника за промежуток времени, равный 1 с, переносится заряд в 1 Кл.