Топологические элементы схем

Электрическое напряжение u(t) (1.2) (в дальнейшем просто напряжение) между двумя точками цепи определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемещение единичного заряда из одной точки в другую.

(1.2)

где W – энергия электрического поля

Напряжение между точками а и б (рис. 1.1) совпадает по значению с разностью потенциалов между этими точками

u_аб = φ_а – φ_б, (1.3)

где φ_а и φ_б – потенциалы точек а и б (рис. 1.1.

Значение напряжения в любой заданный момент времени t называется мгновенным и обозначается u = u(t). Являясь скалярной величиной, u(t) может принимать как положительное так и отрицательное значения. Для однозначного определения знака напряжения положительное направление выбирают в сторону от точки с более высоким потенциалом, т.е. «+», к точке с меньшим потенциалом, т.е. «–» (рис. 1.1). При этом положительные направления отсчета напряжения и тока будут между собой согласованы (совпадать). Применительно к напряжению на участке, по которому протекает ток, часто используют термин «падение напряжения».

Электродвижущая сила. Источники электрической энергии характеризуются электродвижущей силой (ЭДС), которая может быть определена как работа сторонних сил, затрачиваемая 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 напряжению между зажимами источника энергии при отсутствии в нем тока.

Электрическая энергия W (1.4), затраченная на перемещение единичного положительного заряда между двумя точками участка цепи с напряжением u к моменту времени t согласно (1.1) и (1.2) определится уравнением

(1.4)

где принято W = 0 при t = – ∞.

Если для любого момента времени t при любом законе изменения u или i во времени энергия W(t) > 0, то данный участок цепи является потребителем энергии и называется пассивным. Если для какого-то момента времени энергия W(t)< 0, то данный участок цепи содержит источники энергии и называется активным. По этим признакам цепи делятся на два класса – пассивные и активные цепи.

Производная энергии по времени определяет мгновенную мощность p(t) (1.5), потребляемую элементами, входящими в участок цепи:

(1.5)

Если p> 0, то в данный момент времени участок цепи получает (заряжается) электрическую энергию от внешней цепи. При p < 0 участок цепи отдает (разряжается) электрическую энергию во внешнюю цепь.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ, СХЕМА

Электрическая цепь – это совокупность устройств, элементов, приборов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью ЭДС, тока, напряжения, магнитного и электрического полей.Электрическую цепь можно разделить на две части (рис. 1.2, а): источники электрической энергии и приемники. Источники – это устройства, создающие (генерирующие) токи и напряжения, которые называют воздействиями. Приемниками – нагрузкой называют устройства, потребляющие или преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и др.). Нагрузкой может служить группа элементов, соединенных между собой электрическим способом.

Как воздействия, так и нагрузки имеют внешние зажимы, называемые также полюсами (рис1.2, а).Различают двухполюсники и многополюсники (трехполюсники, четырехполюсники, N-полюсники) (рис. 1.2, б).

Электрическаяцепь может быть представлена электрической схемой.

Схема электрической цепи (схема)– это условное графическое изображение электрической цепи. В радиотехнике встречаются различные типы схем: структурные, принципиальные и схемы замещения.

а) Структурные (функциональные) схемы – это условное изображение реальной цепи, в которой показаны ее важнейшие функциональные части. Отдельные функциональные части цепи на структурной схеме могут изображаться в виде прямоугольников или с помощью других графических обозначений (рис.1.3.).

б) Принципиальная схема цепи– это условное изображение реальной цепи, на котором с помощью условных обозначений показаны все элементы цепи и соединения между ними. Каждому реальному элементу цепи (резистору, конденсатору, транзистору и др.) соответствует условное изображение и буквенное обозначение (рис. 1.4).

в) Схема замещения или эквивалентная схема – это графическое изображение моделирующей цепи, т.е. цепи, составленной из идеализированных элементов, замещающей исследуемую реальную цепь. Схема замещения может быть получена из принципиальной схемы путем замены каждого реального элемента его схемой замещения.

Например, схема замещения биполярного транзистора (рис. 1.5).

Принципиальная схема или схема замещения содержит обязательные элементы, определяющие топологию (строение) схемы. К ним относятся узлы, ветви, контуры.

Узел – это точки цепи (схемы), в которых полюсы двух или более элементов соединяются вместе. На рис. 1.6 узлы помечены номерами от 0 до 2.

Ветвь – это неразветвленный путь между двумя узлами, проходящий по тому или иному элементу. В схеме на рис. 1.6 можно выделить три ветви (E, R), C, L.

В структуре цепи отдельные ветви принято объединять в контуры.

Контур – это участок цепи, в котором ряд узлов мысленно обходятся в одном выбранном произвольно направлении. Контур начинается и заканчивается в одном и том же узле. На рис. 1.6 выделены два контура – 1, 2, стрелками показано направление обхода контуров.

Дата добавления: 2014-01-07