WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

Министерство образования российской Федерации

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

Кафедра теоретической радиотехники и электроники

Д.В. ПОГОДИН

Электротехника и электроника

Учебное пособие по дисциплине

“Электротехника и электроника”.

Часть 1 Электротехника Для студентов заочного и дневного отделения Казань 2003 УДК 621.38/39(075) Составитель: Погодин Д.В.

Электротехника и электроника. Учебное пособие по дисциплине “Электротехника и электроника”. Часть 1 Электротехника. / авт. сост. Д.В. Погодин, Казань; КГТУ им. Туполева, 2003 39с.

Учебное пособие написано в соответствие с типовой программой дисциплины “Электротехника и электроника”, которая принята для студентов обучающихся по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА специальности: 2201, 2202, 0719.

Табл. 4. Ил.6. Библиогр: 2 назв.

Рецензенты: кафедра Электротехники и электропривода Казанского государственного технологического университета.

Зав. кафедрой д.т.н., профессор Миляшов Н.Ф.;

к.т.н., доцент Кропачев Г.Ф. (Казанский государственный технологический университет).

Введение Процессы, протекающие в электротехнических устройствах, в общем случае подчиняются общим законам электромагнитного поля. Электромагнитные процессы, протекающие в электротехнических устройствах, сопровождаются взаимным преобразованием электромагнитной энергии в другие виды, и аналитически описываются уравнениями в частных производных (уравнениями Максвелла). Их общее решение затруднительно даже в простейших случаях. В теории электромагнитного поля оперируют с векторными величинами, такими, как плотности токов, напряженности электрического и магнитного полей.

Для исследования широкого круга устройств можно применять упрощенные методы. Их используют в электротехнике и теории электрических цепей. Они основаны на замене реального устройства некоторой упрощенной моделью, процессы в которой описываются скалярными величинами – токами, напряжениями. Отдельные элементы устройства также, заменяются моделями приближенно отражающими свойства реального элемента. Таким образом, электротехника занимается упрощенными методами исследования и расчета электромагнитных явлений и устройств на их основе, процессы в которых описываются электрическими токами и напряжениями.

Электротехника имеет два направления. Они имеют общую физическую основу, но направлены на решение различных технических задач. Силовая электротехника – это производство и передача электрической энергии и преобразование ее в другие виды: механическую, тепловую, световую. Информационная электротехника направлена на использование электрических явлений для передачи и обработки информации. Второе направление называют радиоэлектроникой, информационной электроникой, оно изучается в курсе теория электрических цепей и рассмотрено в настоящем пособие.

ГЛАВА Основные понятия, определения и законы в теории электрических цепей 1.1 Схема обобщенной электрической цепи Любое электронное устройство состоит из простых, заранее изготовленных элементов. Совокупность таких элементов, соединенных определенным образом и предназначенных для протекания по ним электрического тока называется электрической цепью.

Все элементы электрической цепи можно разбить на две группы:

1) Источники электрической энергии или электрических сигналов создают электрический сигнал. Их называют активными элементами.

2) Приёмники электрической энергии (нагрузка) – поглощают электрическую энергию, совершая полезную работу. Их называют пассивными элементами.

Обобщённая электрическая цепь представлена на рис. 1.1. в виде схемы. В ее состав входят:

Источники электрической энергии или электрических сигналов – служит для создания электрических сигналов.

2) Приёмники электрической энергии (нагрузка) – это какоелибо исполнительное устройство.

Линия связи служит средством передачи сигнала источника сигнала в нагрузку. Она состоит, как из активных и пассивных элементов.

Каждый из элементов этой схемы можно рассматривать как электрическую цепь. Чаще всего под электрической цепью в информационной технике понимают линию связи. Сигнал x(t) на входе линии связи называют входным сигналом или воздействием, а сигнал y(t) на выходе называют выходным, откликом или реакцией цепи.



Схема (модель) электрической цепи – представляет собой условное графическое изображение электрической цепи. Различают различные типы схем:

Структурная схема – это условное графическое изображение реальной цепи в виде прямоугольников или условно графических обозначений (УГО), отражающих только важнейшие функциональные части цепи и основные связи между ними.

Принципиальная схема – показывает в виде УГО все элементы цепи и порядок соединения между ними.

Схема замещения или эквивалентная схема составляется из УГО идеализированных элементов, которые заменяют исследуемую реальную цепь в рамках решаемой задачи.

1.2. Основные понятия электрической цепи Электрические процессы, протекающие в электрической цепи, характеризуются следующими понятиями.

Электрический ток есть упорядоченное, направленное движение свободных носителей зарядов. Ток характеризуется величиной и направлением. За положительное направление тока принято движение положительных зарядов. Ток неизменный во времени обозначается I, а переменный i(t). Единица измерения Ампер [A]. Также применяют следующие единицы измерения:

мА = 103 А, где м – милли; мкА = 106 А, мк – микро;

нА = 109 А, н – нано; рА = 1012 А, р – пико.

Электрический заряд. При протекании электрического тока через поперечное сечение проводника S за время t переносится определенное количество электричества, то есть электрического заряда. Заряд обозначается q, или Q = It,. Единица измерения заряда – Кулон [Кл]. Т.о. электрический ток, есть заряд прошедший через заданное сечение проводника за единицу времени:

I=Q/t,.

Электрический потенциал – энергия, которая затрачивается на перемещение единичного положительного электрического заряда из бесконечности в заданную точку электрической цепи. Обозначается ц, единица измерения Вольт [В].

Напряжение на участке цепи есть разность потенциалов, на выводах этого участка: U12 = ц1 ц2. Напряжение рассматривается как физическая причина, обуславливающая возникновение тока в цепи. При протекании по участку цепи (рис. 1.2.) электрического тока, на нем возникает падение напряжения. За положительное направление напряжения принято направление в сторону уменьшения потенциала (ц1> ц2), т.е. оно совпадает с направлением тока. Напряжение указывают стрелкой или знаками + и. Если ц1 < ц2, то напряжение имеет отрицательный знак U21 = U12. Напряжению можно дать и другое определение. Напряжение – это энергия, которое необходимо затратить на перемещение единичного положительного заряда из одной точки цепи в другую, т.е. оно определяется как отношение энергии W (dW), необходимой для перемещения положительного заряда q (dq) из одной точки цепи в другую, к величине этого заряда т. е.

U =, или u =.

ЭДС (электродвижущая сила)– это напряжение, которое создается между двумя точками электрической цепи за счет действия некоторых сторонних сил. Эти силы обычно имеют неэлектрическую природу. За положительное направление ЭДС принимают направление в сторону возрастания потенциалов. Элементы создающие ЭДС называют источниками ЭДС. Условное обозначение показано на рис. 1.3. Стрелка в окружности показывает направление возрастание потенциала; напряжение на источнике ЭДС направлено встречно направлению ЭДС, но учитывая его положительное направление имеем U = E.

Это позволят задавать величину ЭДС через напряжение.

Энергия, выделяемая или поглощаемая, на участке электрической цепи обычно выражают через основные электрические характеристики –напряжение и ток. Учитывая, что dw=u dq и dq=i dt после интегрирования имеем w(t) =.

Единица измерения энергии джоуль [Дж].

Мощность – есть скорость изменения энергии. Единица измерения мощности Ватт [Bт].

р(t) = = ui.

Если р(t) = ui > 0, то на данном участке происходит поглощение мощности, его энергии увеличивается. Данный участок является потребителем энергии и называется пассивным.

Если ui < 0, то происходит выделение мощности, энергии на данном участке уменьшается. Данный участок содержит источники энергии и называется активным.





Информация – это сведения о поведении интересующего нас события, объекта или явления. Информация не материальна.

Сигнал – это физический процесс, который предназначен для передачи информации на расстояние. Это физический процесс способный распространяться в пространстве.

1.3. Основные законы электрических цепей Электрические процессы, протекающие в электрических цепях, подчиняются следующим законам.

Закон Ома. Он устанавливает связь между напряжением u= ц1ц2 и током i на участке цепи (рис. 1.4.) i=F(u), например, для цепи постоянного тока (i=I), он записывается так:

где G проводимость участка цепи, единица измерения проводимости Сименс [См]. R =1/G сопротивление участка цепи, единица измерения Ом [Ом].

Так как простейший участок цепи состоит из одного элемента, то закон Ома является уравнением элемента.

Первый закон Кирхгофа. Устанавливает связь между токами ветвей в узле электрической цепи. Узел – это точка соединения двух или более элементов. Ветвь это участок цепи, который включен между двумя узлами, по которому протекает общий для всех элементов ток.

Для узла выполняется закон сохранения заряда – сколько заряда переносится к узлу втекающими токами, столько же заряда выходит из узла, т.е. в узле заряды не накапливаются и не исчезают.

Первый закон Кирхгофа звучит так: алгебраическая сумма токов ветвей в узле электрической цепи, в любой момент времени, равна нулю.

, где n – номер ветви в узле.

Слагаемые суммы берут: со знаком «+» если токи втекают в узел, и со знаком « » если токи вытекают.

Для схемы на рис.1.5 первый закон Кирхгофа записывается так:

I1+I2+I3 I4=0.

Второй закон Кирхгофа. Устанавливает связь между напряжениями на элементах контура (рис. 1.6). Контур состоит из ветвей, образующих замкнутый путь для протекания электрического тока. Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма напряжений на элементах контура, в любой момент времени равна нулю.

, где k – номер элемента контура.

Второй закон Кирхгофа является следствием закона сохранения энергии, т. е. энергия создаваемая источниками и теряемая на пассивных элементах контура одинакова.

Для записи 2го закона Кирхгофа необходимо:

1. Выбрать условно положительное направление обходов элементов контура (обычно, почасовой стрелке).

2. Указать положительное направление напряжения на элементах контура.

3. Записать алгебраическую сумму напряжений, в которой со знаком «+» берут те напряжения, которые совпадают с направлением обхода контура, и со знаком «», те напряжения которые не совпадают.

Для схемы на рис. 1.6 второй закон Кирхгофа записывается так:

UR1 + UR2 – E1+Е2 = Часто используют другую формулировку второго закона Кирхгофа. Алгебраическая сумма падений напряжений (u) на элементах контура равна алгебраической сумме источников ЭДС, входящих в контур.

где n – номер пассивного элемента контура, k номер активного элемента контура. Для схемы на рис. 1.6 второй закон Кирхгофа по второй форме записи записывается так:

.

Для записи 2го закона Кирхгофа необходимо:

1. Выбрать условно положительное направление обходов элементов контура (обычно, почасовой стрелке).

2. Записать алгебраическую сумму падений напряжений, в которой со знаком «+» берутся те падения напряжения, которые совпадают с направлением обхода контура, и со знаком « », те падения напряжений которые не совпадают.

3. Записать алгебраическую сумму источников эдс, в которой со знаком «+» берутся те эдс, которые совпадают с направлением обхода контура, и со знаком « », те эдс которые не совпадают.

Так как законы Кирхгофа устанавливают взаимосвязи токов и напряжении при различных способах соединения элементов, то уравнения составленные по законам Кирхгофа называют уравнениями соединений.

ГЛАВА Математические модели сигналов Сигнал характеризует поведение интересующего нас объекта, а потому он может быть описан некоторой функцией:

временная функция.

пространственновременная функция.

В дальнейшем будем рассматривать лишь временные сигналы.

2.1. Классификация электрических сигналов По характеру их изменения во времени и по величине.

Сигналы разделяются на непрерывные (аналоговые) и импульсные.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.