Федеральное агентство связи

ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

Электротехника и электроника

Методическое пособие по выполнению контрольной работы № 1

по теме «Расчет электрических цепей»

для студентов заочной формы обучения специальности

230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и

автоматизированных систем»

Екатеринбург

2009

ББК 32.881

УДК 621.391

Рецензент: доцент, к.т.н, Муханов В.В.

Паутов В.И., Матвиенко В.А.

Электротехника и электроника: Методическое пособие по выполнению контрольной работы по теме «Расчет электрических цепей» / В.И. Паутов, В.А. Матвиенко.- Екатеринбург : УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2008. 13 с.

Методический материал является учебным пособием и предназначен для закрепления знаний студентов при изучении дисциплины «Электротехника и электроника». В пособие включен теоретический материал, необходимый для проведения электрических расчетов цепей, содержащих элементы с линейными и нелинейными характеристиками.

Приведены варианты заданий и методические указания по выполнению контрольного задания, а также основная и справочная литература.

Библиогр.: 13 назв. Рис. 9. Табл. 3. Прил. 1.

Рекомендовано НМС УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» в качестве методического пособия по выполнению контрольной работы по курсу «Электротехника и электроника» для студентов дневной и заочной формы обучения специальностей 230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

ББК 32.881

УДК 621.391

Кафедра общепрофессиональных дисциплин

©УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2008

Введение

Контрольная работа по дисциплине «Электротехника и электроника» для специальности 230105.65 «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» предназначена для закрепления теоретических знаний и получения практических навыков проведения расчетов электротехнических цепей.

Приведенные в пособии краткие теоретические сведения позволят выполнить контрольную работу не обращаясь к учебникам. Рассмотренные примеры демонстрируют методику проведения расчетов.

Курс «Электротехника и электроника» состоит из двух частей. Поэтому в контрольной работе предлагается рассчитать две цепи: одна относится электротехнике (задача 1), другая – (задача 2) к электронике.

1. Краткие теоретические сведенения

1.1 Основные термины и определения

Электрическая цепь и электрическая схема

Под электрической цепью понимают совокупность соединенных между собой электротехнических устройств и элементов, по которым может проходить электрический ток. Упорядоченное движение носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем, называют электрическим током. Процессы в электрической цепи могут быть охарактеризованы понятием тока и напряжения.

В состав электрической цепи входят источники и приемники электрической энергии. Устройства для генерирования электрической энергии называются источниками, а устройства для преобразования электрической энергии в другие виды энергии – приемниками. Источники преобразуют в электрическую энергию другие виды энергии (механическую, химическую и др.).

Условное графическое обозначение электрической цепи называется электрической схемой. На электрической схеме изображаются ее элементы – идеализированные модели реально существующих электрических устройств – генераторов, резисторов, конденсаторов и т.д.

Источники электрической энергии относятся к активным элементам электрической цепи, а приемники – к пассивным (они могут только потреблять энергию).

Электрическая схема показывает порядок соединения элементов электрической цепи. Основными топологическими элементами электрической схемы являются ветви, узлы и контуры.

Ветвь образуют активные и пассивные элементы. Отличительной особенностью ветви является то, что через все ее элементы проходит один и тот же ток I, т.е. элементы соединены последовательно.

Узел образуется в месте соединения не менее трех ветвей рис.2. Соединение ветвей может быть в одной точке или в нескольких точках вдоль проводника.

Узел

Узел

R1

Е

I C

R2

а) б)

Рис. 1 Ветвь Рис.2 Узел

Замкнутый путь для тока, проходящий по нескольким ветвям, образует контур. Схемы могут иметь один или несколько контуров.

Активные схемные элементы

К активным элементам относятся источники электрической энергии. Они подразделяются на источники ЭДС (электродвижущей силы) и источники тока. В свою очередь каждый из них может быть идеальным источником или источником конечной мощности. На рис. 3 показаны схематические изображения идеального источника ЭДС и источника конечной мощности. Стрелка внутри окружности условного обозначения источника ЭДС указывает положительно направление ЭДС и направлена к положительному потенциалу.

Ri

I I Ri

Е U E U

а) б) в) г)

Рис. 3. Условные графические обозначения источников

У идеального источника ЭДС напряжение на зажимах (выходных клеммах) U равно по величине Е и не зависит от значения тока, протекающего через источник. Это возможно лишь в том случае, если внутреннее сопротивление источника Ri равно нулю.

Источник ЭДС конечной мощности может быть представлен моделью рис.3.б, в которой последовательно с идеальным источником ЭДС включено сопротивление, равное его внутреннему сопротивлению Ri. Напряжение на зажимах такого источника зависит от значения тока, протекающего через источник и отличается от значения ЭДС на величину падения напряжения на сопротивлении Ri (I·Ri).

За идеальный источник тока принимают источник электрической энергии, у которого ток не зависит от напряжения на его зажимах. Теоретически внутреннее сопротивление идеального источника тока равно бесконечности. Только в этом случае сопротивление нагрузки конечной величины не будет влиять на ток источника. Идеальный источник тока рассматривается как источник бесконечной мощности.

Источник тока конечной мощности рис.3.г представляется как сочетание идеального источника тока и подключенного параллельно ему сопротивления, характеризующего внутренние параметры источника. Сопротивление ограничивает мощность, отдаваемую во внешнюю цепь.

Разнородные источники электрической энергии считаются эквивалентными, если при замене одного источника другим токи и напряжения во внешней цепи остаются неизменными.

На рисунке 4 приведены эквивалентные источники ЭДС и тока.

I1

Ri

I0 -- I1

I1

I

Е U Ri U

Рис. 4. Эквивалентные источники ЭДС и тока

Условие эквивалентности источников при их одинаковых внутренних сопротивлениях Ri следует из сравнения уравнений для схемы с источником ЭДС U = E – Ri·I1 и с источником тока U = Ri(I0 – I1) = Ri·I0 – Ri·I0. Уравнения эквивалентны, если выполняется условие Е = Ri·I0. Следовательно, источник тока может быть заменен источником ЭДС, значение которой необходимо принять Е = Ri·I0.