1.3.Классификация электрических цепей и режимов работы

Можно уточнить понятие электрическая цепь по п. 1.1. Электрической цепью (ЭЦ) называют совокупность устройств, объектов, и соединяющих их проводов, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны при помощи понятий об источнике электрической энергии, (например, ЭДС, ток), напряжении, тока и элементов , и (потребители электрической энергии).

В источниках электрической энергии различные виды энергии, например, химическая (гальванические элементы), механическая (электрические генераторы), тепловая (термопары), световая (солнечные батареи), преобразуются в электромагнитную или в электрическую.

Рис.1.14. Схемы ЭЦ

В потребителях электрической энергии происходит обратное преобразование — электромагнитная энергия преобразуется в иные виды энергии, например, химическую (гальванические ванны), механическую (электрические двигатели), тепловую (нагревательные элементы), световую (люминесцентные лампы). Электрическая цепь содержит, кроме того, вспомогательные элементы: резисторы (например, реостаты для регулирования тока), выключатели, предохранители, разъемы, измерительные приборы и др. Условные графические обозначения элементов и проводников на схеме электрической цепи постоянного тока показаны в табл. 1.4.

Электрически цепи принято изображать в виде различного рода схем, на которых показываются основные и вспомогательные элементы и их соединения. Чаще всего пользуются тремя видами схем: монтажными, принципиальными и замещения.

Монтажная схема (рис. 1.14, а) показывает соединение реальных объектов в виде их физического образа (рисунка-эскиза). В большинстве случаев монтажными схемами пользуются при изготовлении, монтаже и ремонте

электрических устройств и цепей.

Таблица 1.4

Наименование элемента	Условное обозначение	Наименование элемента	Условное обозначение
Источники электрической энергии:		Конденсатор:
источник (идеальный) напряжения или ЭДС		постоянной емкости
источник тока		электролитический
гальванический элемент или аккумулятор		переменной емкости
		саморегулирующийся нелинейно, например, в зависимости от параметра П
Резисторы:		Проводники электрической цепи:
нерегулируемый линейный		одиночный
регулируемый линейный		пересекающиеся, несоединенные
нерегулируемый нелинейный		пересекающиеся, соединенные
Ротор (якорь) генератора или двигателя постоянного тока
Лампы накаливания:		Выключатели:
осветительная		однополюсные
сигнальная		двухполюсные
		предохранитель плавкий
Катушка индуктивности (реактор):		Измерительные приборы:
без магнитопровода		амперметр
с магнитопровода		вольтметр
саморегулирующийся нелинейно, например, в зависимости от параметра П		ваттметр

Принципиальная схема (рис. 1.14, б) показывает соединение реальных объектов в виде их изображения по ГОСТу. Ими пользуется при изучении, монтаже и ремонте электрических цепей и устройств.

Схема замещения (рис. 1.14, в) показывает соединение реальных объектов в вид их физического эквивалента. На ней реальные элементы замещаются расчетными моделями (идеализированными элементами) и из схем исключаются все вспомогательные элементы, не влияющие на результаты расчета. Так, аккумуляторная батарея представляется в виде источника ЭДС с последовательно включенным внутренним сопротивлением . Вольтметр и амперметр из схемы исключаются, если они принимаются «идеальными» (если нет дополнительных указаний, то сопротивление вольтметра считается бесконечно большим, а амперметра равным нулю). Как следует из определения схем замещения, они применяются при расчете электрических цепей.

Электрические цепи классифицируются:

1. По виду тока. По виду тока цепи разделяются на цепи постоянного, изменяющегося и переменного тока. Под постоянным током понимают электрический ток, не изменяющийся во времени . Все остальные токи — изменяющиеся во времени или переменные. В узком смысле слова цепью переменного тока часто называют цепь с током, изменяющимся по синусоидальному (или косинусоидальному) закону. Постоянный ток изображен на рис. 1.15, а, синусоидальный (переменный) — на рис. 1.15, б, периодически изменяющиеся токи — на рис. 1.15, в–д: на рис. 1.15, в — пилообразный ток, на рис. 1.15, г — прямоугольные импульсы тока, на рис. 1.15, д — пульсирующий ток.

Рис. 1.15. Виды токов электрической цепи

Рис. 1.16. Непериодические воздействия: (а) — одиночный импульс сложной формы; (б) — непрерывное во времени воздействие; (в) — случайная последовательность импульсов

Примерами непериодического воздействия могут служить (рис. 1.16): одиночный импульс сложной формы (a); напряжение или ток, никогда не повторяющие своей формы (б); случайная во времени последовательность импульсов (в).

С непериодическими воздействиями нам приходится сталкиваться постоянно. Микрофон преобразует звук в непериодический сигнал сложной формы. Факсимильный аппарат анализирует изображение на бумаге и вырабатывает сложный непериодический сигнал. Подобным образом действует телевизионная камера. Телеграфный аппарат отправляет телеграммы с помощью сигнала, состоящего из случайно чередующихся прямоугольных импульсов. Следует заметить, что нести в себе информацию может только непериодический сигнал. Периодический сигнал известен заранее в любой момент времени и может служить лишь в качестве испытательного или измерительного сигнала.

Рис. 1.17. Дискретизация и квантование непрерывного сигнала

Особый статус имеют дискретные сигналы, которые можно получить из непрерывных путем их стробирования (дискретизации) электронным ключом. Так поступают, например, в цифровой телефонии или в цифровом телевидении, когда хотят перевести непрерывный (аналоговый) сигнал в цифровую форму, (рис. 1.17, а; рис. 1.17, б). Цифровые сигналы можно получить из дискретного сигнала путем его квантования по уровню (рис. 1.17, в) с последующим кодированием двоичными числами.