При расчетах электрических цепей направление напряжения сравнивается с направлением, условно выбранным за положительное. Если в результате расчетов напряжение на рассматриваемом участке цепи получится со знаком плюс, то на правление напряжения совпадает с направлением, условно принятым за положи тельное, если напряжение получится со знаком минус, то его направление противо положно условно положительному.

Электродвижущая сила

При перемещении сторонними силами носителей электрического заряда внут ри источника энергия процессов, вызывающих эти силы, преобразуется в электри ческую энергию. Источники электрической энергии характеризуются электродви­ жущей силой (ЭДС), которая может быть определена как работа сторонних сил, за трачиваемая на перемещение единичного положительного заряда внутри источника от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом.

Независимо от природы сторонних сил ЭДС источника численно равна напряже­ нию между зажимами источника энергии при отсутствии в нем тока.

Электродвижущая сила — скалярная величина, направление которой совпада ет с направлением перемещения положительных зарядов внутри источника, т. е. с направлением тока. Напряжение на участке цепи и ЭДС являются функциями време ни либо сохраняют постоянные значения. Постоянные напряжения и ЭДС обознача ют соответственно U_ и E_. Переменные напряжения и ЭДС характеризуются своими мгновенными значениями и обозначаются соответственно u = u(t) и e = e(t).

Мощность и энергия

Пусть разность потенциалов точек А и Б электрической цепи равна u. При пе ремещении элементарного электрического заряда dq через участок цепи, лежащий между этими точками, силы электрического поля совершают элементарную работу, которая в соответствии с (1.2) и (1.1)

Элементарная работа характеризует изменение энергии электрического поля и количественно равна энергии, поступившей в рассматриваемый участок цепи за промежуток времени dt. Энергию, поступившую к моменту времени t = t1 , определя ют интегрированием (1.3)

Интегрирование производится начиная с t = — ∞ для того, чтобы учесть все возможные поступления энергии в цепь. При этом считают, что энергия, поступив шая в цепь к моменту времени t = ­ ∞, равна нулю: w(­ ∞) = 0. Если для любого мо мента времени t при любом законе изменения i или иво времени энергия w(t) > 0, то

13

рассматриваемый участок цепи является потребителем энергии и называется пас­ сивным. Если хотя бы для какого то момента времени энергия w(t) < 0, то участок цепи содержит источники энергии и называется активным.

Производная энергии по времени представляет собой мгновенную мощность

Как видно из выражения (1.5), мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений напряжения и тока.

Мгновенную мощность р, характеризующую мгновенную скорость поступле ния энергии в рассматриваемый участок цепи, обычно для краткости называют мгновенной мощностью участка цепи. Если в рассматриваемый момент времени направления тока и напряжения совпадают, то мгновенная мощность исследуемого участка цепи положительна. Это означает, что в данный момент времени участок цепи получает электрическую энергию от остальной части цепи. Если направления напряжения и тока не совпадают, то значение мгновенной мощности р отрицатель но, т. е. в данный момент времени участок цепи отдает электрическую энергию ос тальной части цепи.

Подставив выражение (1.5) в (1.4), выразим энергию, поступившую в участок цепи к моменту времени t = t1 , через мгновенную мощность:

также может быть выражена через мгновенную мощность р:

d .

Всистеме единиц СИ работу и энергию выражают в джоулях (Дж), а мощность

—в ваттах (Вт).

Схема электрической цепи

Схема электрической цепи (схема) представляет собой условное графическое изображение электрической цепи. В электротехнике и радиоэлектронике встреча ются различные типы схем: структурные, принципиальные и схемы замещения.

Структурная схема электрической цепи — это условное графическое изобра жение реальной цепи, отражающее только важнейшие функциональные части цепи и основные связи между ними. Отдельные функциональные части цепи на струк турной схеме могут изображаться в виде прямоугольников или с помощью условных

14

графических обозначений; направление хода процессов указывается стрелками на линиях взаимосвязи (рис. 1.2, а).

Принципиальная схема электрической цепи представляет собой графическое изображение реальной цепи, на котором с помощью условных графических обозна чений показаны все элементы цепи и соединения между ними. Каждому реальному элементу электрической цепи (транзистору, резистору, конденсатору, трансформа тору и т. п.) соответствуют условное изображение и буквенное обозначение, опреде ляемые действующими стандартами ЕСКД (рис. 1.2, б).

Рис. 1.2. Схемы электрических цепей

Схемой замещения или эквивалентной схемой электрической цепи называ ется условное графическое изображение моделирующей цепи, т. е. цепи, составлен ной из идеализированных элементов, замещающей исследуемую реальную цепь в рамках решаемой задачи. Каждому идеализированному элементу цепи присваива ются определенные условные графическое изображение и буквенное обозначение (они не стандартизированы). Схема замещения цепи может быть получена из прин ципиальной схемы путем замены каждого изображенного на ней реального элемен та его схемой замещения.

15

Схема замещения реального элемента представляет собой условное графиче ское изображение идеализированной электрической цепи, моделирующей данный элемент в рамках поставленной задачи.

Следует иметь в виду, что в зависимости от ряда обстоятельств (требуемая точность расчетов, диапазон исследуемых частот, используемый метод расчета и т.п.) каждому элементу электрической цепи и всей цепи в целом могут быть постав лены в соответствие различные моделирующие цепи и различные схемы замеще ния, в частности: схемы замещения цепи по постоянному и переменному токам, для высоких и низких частот, для мгновенных значений токов и напряжений и для пре образованных токов и напряжений. Например, схемы замещения усилительного каскада (рис. 1.2, б) по переменному току для низких и высоких частот изображены на рис. 1.2, в, г, соответственно. Часть схемы замещения каскада, выделенная штри ховой линией, представляет собой схему замещения транзистора VT1 для низких или высоких частот.

Отметим, что в целях компактности изложения в литературе часто не делается различий между моделирующей цепью (которая строится только мысленно) и схе мой замещения цепи, при этом схема замещения непосредственно рассматривается как расчетная модель цепи.

Вопросы для самопроверки

1.Что называется реальной электрической цепью и идеализированной це пью?

2.Чем отличаются первичные источники энергии от вторичных?

3.К какому виду источников относится автомобильный аккумулятор?

4.Может ли аккумулятор служить приемником электрической энергии?

5.Что называется схемой электрической цепи?

6.В физике полупроводников ток проводимости разделяют на дырочный и электронный. Сохраняется ли это деление в теории цепей?

7.Какое минимальное количество полюсов может иметь элемент цепи?

8.Почему направление тока в элементах электрической цепи при расчетах на зывают условным?

9.На каких участках электрической цепи направления напряжения и электри ческого тока совпадают?

10.Всегда ли по схеме электрической цепи можно определить является она принципиальной или эквивалентной (см. рис. 1.2, 5.7, 5.9, 5.12, 5.13) ?

11.Может ли схема замещения цепи быть получена из принципиальной схемы той же цепи?

16

12.Какая из схем одной и той же цепи содержит больше элементов: принципи альная или схема замещения?

17