МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.В. ФИЛИНОВ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по курсу "Электрические цепи и сигналы"

для студентов, обучающихся:

по специальности 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»

по специальности 10.05.03 «Информационная безопасность автоматизированных систем»

по направлению 10.03.01 «Информационная безопасность», по профилю «Безопасность автоматизированных систем»

МОСКВА МИРЭА‑МГУПИ 2016

УДК 621.38

ББК К95

Б19

Утверждено редакционно-издательским советом МГТУ МИРЭА в качестве учебного пособия для студентов

Подготовлено на кафедре "Электротехника и электроника" (ОП–4) – МГУПИ

Рецензент:

д.т.н., профессор кафедры «Электротехника и интроскопия» МЭИ (Национальный исследовательский университет) А.Д. Покровский

Филинов В.В.

Б19 Основы теории электрических цепей: учебное пособие / В.В. Филинов — М.: МТУ (МГУПИ), 2016.—180с.

ISBN 978-5-7339-

Учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения основных разделов теории цепей. В данном учебном пособии рассматриваются вопросы анализа линейных, нелинейных и магнитных цепей, находящихся под воздействием гармонических, периодических негармонических, непериодических колебаний. Учебное пособие полезно для студентов (бакалавров и специалистов) специальностей и направлений информационной безопасности, слушающих курс лекций «Электротехника», «Теория электрических цепей». Может использоваться для изучения лекционных материалов по разделам «Радиотехнические цепи сигналы», «Цифровая обработка сигналов», выполнения практиеских, расчётно-графических и лабораторных работ.

Компьютерная верстка: Головченко Д.А., Карамышева Е.О., Третяк Е.В.

ISBN 978-5-7339-

© Филинов В.В, 2016

© МГТУ МИРЭА, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Электрические цепи 6

1.1. Ток, напряжение, мощность и энергия 6

1.2. Элементы электрических цепей и их уравнения 10

1.3. Классификация электрических цепей и режимов работы 17

1.4. Четырехполюсники 25

1.5. Законы и методы анализа цепей 30

1.5.1. Законы электротехники 30

1.5.2. Методы анализа цепей 34

1.6. Вопросы и задания для самопроверки 38

Глава 2. Электрические цепи постоянного тока 39

2.1. Электрическая цепь и элементы цепи 39

2.2. Методы преобразования цепи 41

2.2.1. Источник, нагруженный на резистор (рис. 2.3) 41

2.2.2. Закон Кирхгофа 42

2.2.3. Последовательное соединение сопротивлений (рис. 2.6) 43

2.2.4. Параллельное соединение сопротивлений (рис. 2.7) 43

2.2.5. Преобразование схемы «звезда» в «треугольник» и обратно (рис. 2.8) 45

2.3. Методы расчета электрических цепей 46

2.3.1. Метод непосредственного применения закона Ома 46

2.3.2. Метод эквивалентных сопротивлений 47

2.3.3. Метод суперпозиции (наложения) токов 49

2.3.4. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа 50

2.3.5. Метод контурных токов 53

2.3.6. Метод узловых напряжений 55

2.3.7. Метод двух узлов (частный случай метода узловых напряжений) 58

2.3.8. Метод эквивалентного генератора (активного двухполюсника) 60

2.4. Коэффициент передачи резистивной цепи 62

2.5. Методы анализа нелинейных электрических цепей 67

2.5.1. Виды, характеристики и параметры нелинейных элементов 67

2.5.2. Графические методы анализа нелинейных электрических цепей 68

2.5.3. Аналитические методы анализа нелинейных электрических цепей 73

2.6. Вопросы и задания для самопроверки 78

Глава 3. Электрические цепи при гармоническом токе 80

3.1. Гармонические колебания 80

3.1.1. Получение синусоидальной ЭДС 80

3.1.2. Основные величины, характеризующие синусоидальные функции времени 82

3.2. Формы представления гармонических колебаний 86

3.3. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме 92

3.3.1. Цепь синусоидального тока с резистивным элементом 94

3.3.2. Цепь синусоидального тока с индуктивным элементом 96

3.3.3. Цепь синусоидального тока с емкостным элементом 99

3.3.4. Цепь синусоидального тока с последовательно соединенными активным и реактивным сопротивлениями 101

3.3.5. Цепь переменного синусоидального тока с последовательно соединенными элементами R, L, C 105

3.3.6. Электрическая цепь переменного синусоидального тока с параллельно соединёнными элементами R, L, C 110

3.4. Мощность в цепях гармонических колебаний 114

3.5. Расчёт разветвленных цепей гармонического тока 117

3.5.1. Расчёт цепей синусоидального тока 117

3.5.2. Расчёт цепей с несколькими источниками 120

3.6. Комплексные передаточные функции 125

3.7. Вопросы и задания для самопроверки 127

Глава 4. Электрические цепи несинусоидального тока 129

4.1. Цепи с несинусоидальным током 129

4.1.1. Расчет линейных цепей при несинусоидальных напряжениях и токах 130

4.1.2. Электрические фильтры 135

4.2. Цепи с нелинейными элементами 141

4.2.1. Резистивные нелинейные элементы 141

4.2.2. Расчет спектрального состава тока в резистивном нелинейном элементе при гармоническом воздействии 145

4.3. Вопросы и задания для самопроверки 155