Глава 1. Электрические цепи

вольты: 1мВ = 10 В, 1мкВ = 10 b В и 1кВ = 1000 В. Например, для

работы цветного кинескопа монитора компьютера требуется напря-

жение питания не менее 20 киловольт, а для питания современных

микропроцессоров требуется напряжение менее 3 вольт. Причем если

первое напряжение является опасным для жизни человека, то второе

напряжение считается неопасным (в лабораторных условиях безопас-

ным считается напряжение 36 вольт и менее).

Ток и напряжение в радиоэлектронных устройствах и компьюте-

рах, в основном, используются для передачи информации. В этом

случае их называют сигналами (или колебаниями).

Кроме основных характеристик состояния цепи — тока и напря-

жения, на практике часто требуется знать энергию и мощность элек-

трического тока. Энергия и мощность используются в радиоэлектро-

нике для оценки не основных (но важных) энергетических параметров

цепи. С их помощью определяются требования к источникам питания

радиоэлектронной аппаратуры и компьютеров, рассчитывается кпд

устройства, выясняется необходимость в системе охлаждения и т. п.

В радиоэлектронике мощность определяется через основные элек-

трические характеристики — напряжение и ток. Так как u = dW Idq,

то энергия dW = udq и, с учетом того, что dq = idt, после интегри-

рования получим формулу для расчета электрической энергии, по-

требляемой данным участком цепи к моменту времени t

Дифференцируя полученное выражение по времени t, получим

формулу для расчета мгновенной мощности, потребляемой цепью

При p(t) > 0 энергия, потребляемая участком цепи, увеличивается,

а при p(t) < 0 — уменьшается. Мощность измеряется в ваттах (Вт).

При постоянном напряжении и постоянном токе в цепи мгновен-

ная мощность постоянна. Например, мощность постоянного тока, по-

требляемая от источника питания персонального компьютера, являет-

ся положительной величиной, не превышающей, как правило, 150 Вт.

1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения

1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения

Если снять крышку (корпус) с компьютера и с других радиоэлек-

тронных устройств, то внутри обнаружим большое число разнообраз-

ных радиоэлементов, имеющих различные размеры, разную форму,

большое или малое число выводов. Оказывается, что с использовани-

ем идеализации, обобщения и абстрагирования все многообразие ре-

альных радиоэлементов компьютера или любого другого радиоэлек-

тронного устройства можно описать с помощью только лишь п я т и

базовых элементов.

Идеальный резистор — это элемент, в котором электрическая

энергия превращается в тепло. В идеальном резисторе даже частично

энергия тока не превращается в энергию электрического поля, как в

конденсаторе, или в энергию магнитного поля, как в катушке индук-

тивности. Для обозначения резистора используются буквы R или г. В

дальнейшем для краткости прилагательное "идеальный" будем часто

опускать, когда из контекста ясно, о каком элементе идет речь. В об-

ласти низких частот к идеальному резистору по своим свойствам

близки: лампочка накаливания (если пренебречь превращением части

энергии в свет), радиотехнический резистор, электронагревательные

приборы и т. п.

Идеальный конденсатор — это элемент, в котором энергия элек-

трического тока превращается только в энергию электрического поля.

Для обозначения конденсатора используется буква С. В области низ-

ких частот к идеальному конденсатору близок радиотехнический кон-

денсатор.

Идеальная катушка индуктивности — это элемент, где энергия

электрического тока превращается в энергию магнитного поля. Для

обозначения катушки используется буква L. В области низких частот

к идеальной катушке близки обмотки трансформаторов источников

питания, обмотки электрических двигателей (например, электродвига-

телей вентиляторов в ЭВМ) и радиотехнические катушки.

Идеальный источник напряжения — это устройство, на зажимах

которого поддерживается заданное напряжение при любом конечном

токе через него. Случай подключения к источнику нагрузки с н у л е -

в ы м сопротивлением считается невозможным. Для обозначения ис-

точника напряжения используются буквы Е и е. К идеальному источ-