Билет №15
Пассивные и активные элементы электрической цепи. Условное графическое обозначение элементов. Признак активного элемента. Базовые пассивные компоненты. Параллельное и последовательное соединение элементов. Согласование сопротивлений, импеданс.
Элементом электрической цепи называют идеализированное устройство, отображающее какое-либо из свойств реальной электрической цепи.
Электрические цепи, в которых параметры всех элементов не зависят от величины и направлений токов и напряжений, т.е. графики вольт-амперных характеристик (ВАХ) элементов являются прямыми линиями, называются линейными. Соответственно такие элементы называются линейными. Когда параметры элементов электрической цепи существенно зависят от тока или напряжения, т.е. графики ВАХ этих элементов имеют криволинейный характер, то такие элементы называют нелинейными. Если электрическая цепь содержит хотя бы один нелинейный элемент, то она является нелинейной электрической цепью.
В теории электрических цепей различают активные и пассивные элементы. Первые вносят энергию в электрическую цепь, а вторые ее потребляют.
Пассивные элементы электрических цепей
Резистивным сопротивлением называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством необратимого рассеивания энергии. Графическое изображение этого элемента и его вольт-амперная характеристика показана на рисунке (а - нелинейное сопротивление, б -линейное сопротивление).
Напряжение и ток на резистивном сопротивлении связаны между собой зависимостями: u = iR, i = Gu. Коэффициенты пропорциональности R и G в этих формулах называются соответственно сопротивлением и проводимостью и измеряются в омах [Ом] и сименсах [См]. R = 1/G.
Индуктивным элементом называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством накопления им энергии магнитного поля. Графическое изображение этого элемента показано на рисунке (а - нелинейного, б - линейного).
Линейная индуктивность характеризуется линейной зависимостью между потокосцеплением ψ и током i, называемой вебер-амперной характеристикой ψ = Li. Напряжение и ток связаны соотношением u = dψ/dt = L(di/dt).
Коэффициент пропорциональности L в формуле и называется индуктивностью и измеряется в генри (Гн).
Емкостным элементом (емкостью) называется идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством накапливания энергии электрического поля. Графическое изображение этого элемента показано на рисунке. (а - нелинейного, б - линейного).
Линейная емкость характеризуется линейной зависимостью между зарядом и напряжением, называемой кулон-вольтовой характеристикой q = Cu. Напряжение и ток емкости связаны соотношениями i = dq/dt =C(du/dt).
Активные элементы электрических цепей
Активными называются элементы цепи, которые отдают энергию в цепь, т.е. источники энергии. Существуют независимые и зависимые источники. Независимые источники: источник напряжения и источник тока.
Источник напряжения - идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не зависит от протекающего через него тока.
Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю.
Источник тока – это идеализированный элемент электрической цепи, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности.
Источники напряжения (тока) называются зависимыми (управляемыми), если величина напряжения (тока) источника зависит от напряжения или тока другого участка цепи. Зависимыми источниками моделируются электронные лампы, транзисторы, усилители, работающие в линейном режиме.
Основной признак активного элемента - это его способность отдавать электрическую энергию. К пассивным элементам относятся потребители и накопители электрической энергии.
Базовые пассивные компоненты:
Резистор (Варистор, Термистор, Мемристор, Потенциометр)
Конденсатор (Вариконд, Ионистор)
Индуктивность (дроссель, катушка)
Трансформатор
Кварцевый резонатор
Линия задержки
Предохранитель
Параллельное и последовательное соединение элементов:
Последовательное
соединение резисторов
Последовательное соединение резисторов показано на рисунке а.
Общее сопротивление двух и более резисторов равно сумме всех сопротивлений. Для данной схемы рассчитается по формуле R=R1+R2.
Параллельное
соединение резисторов
Параллельное соединение резисторов показано на рисунке б.
Применяется параллельное соединение реже, но всеже находит свое место в радиолюбительской практике. В основном параллельное соединение применяют для увеличения мощности, к примеру два резистора по 1 Вт, соединенные по данной схеме будут иметь мощность 2 Вт. Рассчитывается сопротивление параллельных резисторов по формуле: R = R1 х R2 / (R1 + R2). При соединении двух одинаковых резисторов сопротивление одного из них нужно просто разделить на два. К примеру 2х100 Ом, сопротивление будет 50 Ом.