Определение электрической цепи, электрической схемы. Классификация электрических цепей. Схемы электрических цепей.
Совокупность устройств, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий тока и напряжения называется электрической цепью.
Отдельные устройства, входящие в электрическую цепь, называют элементами электрической цепи. Часть электрической цепи, содержащую выделенные в ней элементы, называют участком цепи.
Элементы цепи, предназначенные для генерирования электрической энергии, называются источниками питания, а элементы, использующие электрическую энергию, - приемниками электрической энергии.
Условное графическое изображение электрической цепи называется схемой электрической цепи. В радиоэлектронике встречаются различные типы схем: структурные, принципиальные и схемы замещения.
Структурная схема электрической цепи – условное графическое изображение реальной цепи, отражающее только важнейшие функциональные части цепи и основные связи между ними.
Принципиальная схема электрической цепи представляет собой графическое изображение реальной цепи, на котором с помощью условных графических обозначений показаны два элемента цепи и соединения между ними. Каждому реальному элементу электрической цепи соответствуют условное изображение и буквенное обозначение, определенные действующими стандартами ЕСКД.
Рис 1.6
Схемой замещения или эквивалентной схемой электрической цепи называется условное графическое изображение моделирующей цепи, т.е. цепи, составленной из идеализированных элементов, замещающей исследуемую реальную цепь в рамках решаемой задачи. Схема замещения цепи может быть получена из принципиальной схемы путем замены каждого изображенного на ней реального элемента его схемой замещения. В зависимости от требуемой точности расчета, диапазона исследуемых частот и т.п., каждому элементу электрической цепи могут быть поставлены в соответствие различные моделирующие цепи и различные схемы замещения, в частности: схемы замещения цепи по постоянному и переменному токам, для высоких и низких частот и т.п.
-
а
б
Рис 1.7. Схема замещения транзистора для низких (а) и высоких (б) частот
Электрические цепи, составленные из идеализированных элементов, могут быть классифицированы по ряду признаков:
1) по топологическим особенностям: разветвленные и неразветвленные, простые (одноконтурные, двухузловые) и сложные (многоконтурные, многоузловые);
2) по энергетическим свойствам: активные (содержащие активные элементы) и пассивные (не содержащие активных элементов)
3) по числу внешних выводов: двухполюсники и многополюсники.
Фундаментальный характер имеет классификация цепей в зависимости от вида дифференциального уравнения цепи.
Идеализированные электрические цепи, процессы в которых описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями, называются цепями сосредоточенными параметрами. Цепи такого типа используют в качестве упрощенных моделей реальных электрических цепей и их элементов на сравнительно низких частотах, когда длина волны электромагнитных колебаний существенно больше размеров исследуемого устройства.
Идеализированные электрические цепи, процессы в которых описываются дифференциальными уравнениям в частных производных, называются цепями с распределенными параметрами. В этом случае длина волны электромагнитных колебаний измерима с размерами исследуемого устройства или его элементов.
Цепь составленная только из линейных элементов называется линейной. Дифференциальное уравнение такой цепи - линейное.
Если в состав цепи входит хотя бы один нелинейный элемент, то она называется нелинейной, а процессы в ней описываются нелинейными дифференциальными уравнениями.
Параметры линейных элементов могут иметь постоянные значения либо изменяться во времени под действием некоторых факторов. Элементы первого типа называют линейными элементами с постоянными параметрами, элементы второго типа - линейными элементами с переменными параметрами или параметрическими элементами.
Наибольшее значение порядка дифференциального уравнения цепи характеризует порядок сложности цепи и равно числу реактивных элементов (емкостей и индуктивностей).