Содержание лекцииФормальности
Обзор курса
Введение в теоретическую электротехнику:
ТОЭ – это не сложно!
Основные определения
Законы Ома и Кирхгофа
Классификация электрических цепей
Краткие выводы
2

Формальности

Лектор:
Дегтярев Сергей Андреевич
Итоговая аттестация:
Экзамен
Занятия:
Лекции
Практика (по результатам составляется рейтинг)
Отчетность в течение семестра:
Рейтинг сдается в деканат 3 раза за семестр
(в октябре, в ноябре, в конце семестра)
Пропуск двух и более занятий подряд – служебная записка в деканат
Домашние задания сдаются на следующем практическом занятии
3

Формальности (продолжение)

Виды промежуточного контроля:
Самостоятельные работы – обычно можно
пользоваться конспектом, учебными пособиями и т. п.
Контрольные работы – 3 работы за семестр; нельзя
пользоваться никакими справочными материалами;
ненаписанные контрольные выносятся на экзамен
Домашние задания – задаются на каждом
практическом занятии, обязательно сдать на
следующем практическом занятии
4

Рейтинг

Основные показатели для расчета рейтинга
Средний балл
Процент выполнения учебного плана (процент
выполненных работ – домашних, самостоятельных,
контрольных)
Рейтинг = (средний балл) х (процент выполнения)
Посещаемость
Рейтинг может влиять на экзаменационную
оценку в спорных случаях
5

Список литературы

Основная литература:
Дополнительная
литература:
6
Основы теоретической электротехники: Учебное пособие / Ю. А.
Бычков, В. М. Золотницкий, Э. П. Чернышев, А. Н. Белянин – СПб.:
Издательство «Лань», 2009.
Сборник задач по основам теоретической электротехники:
Учебное пособие / Под. ред. Ю. А. Бычкова, В. М. Золотницкого,
Э. П. Чернышева, А. Н. Белянина, Е. Б. Соловьевой. – СПб.:
Издательство «Лань», 2011.
Основы теории цепей: Лабораторный практикум по
теоретической электротехнике / Под ред. Ю. А. Бычкова, Е. Б.
Соловьевой, Э. П. Чернышева. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,
2012.
Справочник по основам теоретической электротехники: Учебное
пособие / Под. ред. Ю. А. Бычкова, В. М. Золотницкого, Е. Б.
Соловьевой, Э. П. Чернышева. – СПб.: Издательство «Лань», 2012.
Савельев И. В. Курс общей физики. Книга 2. Электричество и
магнетизм
Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей
К. Титце, У. Шенк Полупроводниковая схемотехника
Хоровиц П., Хилл У. - Искусство схемотехники
Открытый курс 6.002 OCW MIT – http://ocw.mit.edu

Обзор курса

Основные темы курса теоретических основ электротехники (1
семестр):
Расчет резистивных электрических цепей (схемотехника)
Расчет линейных динамических цепей (схемотехника, теория
управления)
Численные методы расчета (компьютерная обработка
сигналов)
Расчет линейных динамических цепей при синусоидальных
воздействиях (схемотехника, схемы электропитания)
Операторный метод расчета цепей – преобразование Лапласа
(теория управления)
Частотные характеристики (радиотехника, аудиотехника, ТВ)
Расчет трехфазных цепей (схемы электропитания)
Индуктивно связанные цепи (трансформаторная техника,
схемы электропитания)
7

Обзор курса

Основные темы курса теоретических основ электротехники
(2 семестр):
Спектральные методы расчета цепей (радиотехника,
телевидение, аудиовизуальная техника)
Активные цепи и операционные усилители
(схемотехника, цифровая техника)
Длинные линии – цепи с распределенными параметрами
(устройства СВЧ и антенны)
Дискретные системы (цифровая обработка сигналов,
компьютерное зрение, цифровые устройства и
микропроцессоры, системы на кристалле, медицинская
техника)
Нелинейные системы (схемотехника, аудиовизуальная
техника, радиотехника)
8

Пример

Лампа накаливания
Задача: моделировать поведение лампы накаливания в
электрической цепи
*источник изображения: http://jeromeabel.net
9

Пример (продолжение)

Подключим лампу к источнику напряжения
*источники изображений: http://jeromeabel.net, https://openclipart.org
10

Пример (продолжение)

Цель
Построить модель объекта, пригодную для
предсказания его поведения с достаточной точностью
Средства достижения цели:
Рассматривать только интересные нам свойства и
параметры объектов (абстракция)
Пользоваться наиболее простыми методами, точности
которых еще хватает для решения задачи (упрощение
и идеализация)
Применять известные математические методы для
построения и использования модели
11

Пример (продолжение)

Какой ток будет протекать через лампочку?
Как долго лампочка будет работать от одной батарейки?
Какого сечения нужно выбрать провода для соединения? Коренева Д. А.

Электроте́хника (от Электро... и Техника)
- отрасль науки и техники, связанная с
применением электрических и магнитных
явлений для преобразования энергии,
получения и изменения химического
состава веществ, производства и обработки
материалов, передачи информации,
охватывающая вопросы получения,
преобразования и использования
электрической энергии в практической
деятельности человека.

Историческая справка.

Возникновению электричества
предшествовал длительный период
накопления знаний об электричестве. Всего
200 лет назад начались первые опыты по
практическому применению электричества, а
сейчас трудно представить себе хотя бы одну
отрасль, в которой не используется
электрическая энергия.
Мы гордимся тем, что в развитие
электротехники неоценимый вклад внесли
русские ученые. Их работы всегда были
оригинальны, тесно увязывались с практикой
и имели мировое значение.

Историческая справка.
1711-1765
Еще в 1753 г. наш
гениальный соотечественник академик Михаил
Васильевич Ломоносов
в речи «Слово о явлениях
воздушных, от электрической силы происходящих»,
произнесенной в
Петербурге на акте
Академии наук, изложил
свои наблюдения над
атмосферным электричеством и сделал ряд
теоретических и
практических выводов.

Историческая справка.
В своих исследованиях
М. В. Ломоносов вскрыл
физическую природу атмосферного электричества, указал возможность
защиты от поражений
молнией при помощи молниеотвода, первым высказал мысль об электромагнитной природе северного
сияния и т.д.

Историческая справка.
1711-1753
Совместно с М. В. Ломоносовым работал русский академик
Георг Вильгельм Рихман. Он
начал свои исследования в
области электричества в 1745
г. Ему принадлежит заслуга
создания первого электрического прибора – «электрического указателя», позволившего
производить количественные
измерения электричества. Это
прибор использовался при
изучении
атмосферных
электрических
явлений.

Историческая справка.
Русский ученый академик
Ф. У. Эпинус в 1759 г.
высказал идею о связи
электрических и магнитных
явлений. К числу его
изобретений относятся
электрофор (простейший
прибор для получения
электричества) и
конденсатор.
1724-1802

Историческая справка.
1761-1834
Опираясь на научные исследования М. В. Ломоносова,
Г. В. Рихмана, Ф. У. Эпинуса и
других ученых, академик
Василий Владимирович
Петров сделал важнейшие
открытия в области практического применения электричества. Он построил одну из
самых больших гальванических батарей своего времени и с
ее помощью осуществил ряд
выдающихся исследований.

Историческая справка.
В 1802 г. В. В. Петров
получил впервые в мире
электрическую дугу.
В. В. Петрову принадлежит идея использования
электрической дуги для
освещения. Он писал,
что при помощи
открытой им
электрической дуги
«темный покой довольно
ясно освещен быть
может».

Историческая справка.
В. В. Петров первый в
пламени дуги плавил
металлы, сваривал
куски металла. Это
широко используется
во всем мире и в
наши дни.

Историческая справка.
В. В. Петров впервые
применил изоляцию
металлических
проводников. Он
исследовал особое
свечение тел, так
называемую
люминесценцию.

Историческая справка.
Широкую известность получили его работы по
получению электричества за счет трения, по
исследованию
электрических
явлений в газах
и многие другие.
В лаборатории ТОЭ

Историческая справка.
Современником В. В.
Петрова был знаменитый
русский ученый Павел
Львович Шиллинг. В 1812 г.
П. Л. Шиллинг применил
электричество для взрыва
подводных мин. Наша
Родина была первой
страной, в которой стал
практически использоваться
электромагнитный телеграф,
изобретенный
П. Л. Шиллингом в 1832 г.
1786-1837

Историческая справка.
1804-1865
1801-1874
Особо следует отметить русских академиков Бориса
Семеновича Якоби и Эмилия Христиановича
Ленца. Их открытия до сих пор широко используются
в различных отраслях электротехники.

Историческая справка.
Б. С. Якоби создал в 1834 г. первый электрический
двигатель. Более 170 лет назад (в сентябре 1838 г.) по
Неве против течения прошла лодка с 14 пассажирами. На этой
лодке был установлен электродвигатель, сконструированный
Б. С. Якоби
совместно с
Э. Х. Ленцем.

Историческая справка.
Гальваника
Б. С. Якоби открыл в 1838 г.
гальванопластику и гальваностегию – начало практичес
кого применения химического
действия электрического тока; создал первые буквопечатающие телеграфные
аппараты (1850), предложил
способ изоляции подземных
проводов, изобрел реостат и
многое
другое.

Историческая справка.
Наиболее широкой
известностью пользуются
работы Э. Х. Ленца по
электромагнетизму. Он
сформулировал правило,
позволяющее определить
направление
индуктированного тока в
проводнике (правило Ленца).
Э. Х. Ленц независимо от
английского физика Джоуля
открыл тепловое действие
тока (закон Джоуля-Ленца).

Историческая справка.
Б. С. Якоби и Э. Х. Ленц считаются основоположниками теории электрических машин. Им принадлежит
часть такого замечательного открытия, как явления
«обратимости
машин», т. е.
способность
генератора
работать в
качестве
электродвигателя,
и наоборот.

Историческая справка.
(1847-1894)
Талантливый изобретатель
Павел Николаевич
Яблочков, используя дугу
Петрова, дал миру первый
электрический свет – «свечу
Яблочкова». Он первый
понял преимущества
переменного тока, и смело
ввел его в практику. П. Н.
Яблочков сконструировал и
практически использовал
трансформаторы.

Историческая справка.
Талантливый изобретатель
Павел Николаевич Яблочков
используя дугу Петрова, дал
миру первый электрический
свет – «свечу Яблочкова».
Он первый понял
преимущества переменного
тока, и смело ввел его в
практику. П. Н. Яблочков
сконструировал и
практически использовал
трансформаторы.

Историческая справка.
(1847-1923)
Работы П. Н. Яблочкова продолжил изобретатель-соотечественник Александр Николаевич
Лодыгин. В 1873 г. он создает
электрическую лампу накаливания с угольной нитью, а в 1890 г –
лампу с металлической нитью.
А. Н. Лодыгин «первый
вынес лампу накаливания из физического кабинетана улицу».

Историческая справка.
(1839-1896)
Крупнейший русский ученый
Александр Григорьевич
Столетов подробно
исследовал магнитные
явления и открыл ряд
законов, используемые при
расчете электрических
машин. При исследовании
фотоэлектрического
эффекта создал
фотоэлементы.

Историческая справка.
Почти одновременно с П. Н.
Яблочковым оригинальную
конструкцию трансформатора
предложил русский физиксамоучка Иван Филиппович
Усагин. Демонстрация
трансформаторов Усагина на
промышленной выставке в 1882
г. в Москве вызвала «громкое и
единодушное одобрение».
(1855-1919)

Историческая справка.
Физик Николай
Алексеевич Умов решил
(в 1874 г.) труднейшую
проблему теории
электричества – проблему
движения электрической
энергии.
(1846-1915)

Историческая справка.
Военный инженер-электротехник Федор Аполлонович
Пироцкий предложил использовать течение воды для
получения электроэнергии,
(1845-1898)
а также произвел
многочисленные опыты по
передаче электрической
энергии на большие
расстояния.

Историческая справка.
В 1874 г. он практически осуществил
передачу электрической мощности
около 6 лошадиных сил на расстояние
до 1 км. Ф. А.
Пироцкий
создал первый в мире
электрический трамвай и
осуществил успешные
опыты по использованию
этого трамвая для
передвижения.
22 августа 1880 года в II часов дня на Песках в Петербурге.

Историческая справка.
Исследованием вопросов
передачи электроэнергии на
большие расстояния занимался
Дмитрий Александрович
Лачинов. Он же глубоко исследовал вопросы параллельного
включения ламп в цепь одного
генератора.
Д. А. Лачинов изобрел прибор
для измерения мощности
электродвигателей, внес ряд
существенных изменений в
конструкцию прожекторов и т.д.
(1842-1902)

Историческая справка.
(1862-1919).
Творцом первого трехфазного гене
ратора, двигателя и трансформато
ра был инженер-новатор Михаил
Осипович Доливо-Добровольский. Благодаря изобретениям
М. О. Доливо-Добровольского
стали возможными передача
электрической энергии на большие
расстояния с малыми потерями и,
следовательно, электрификация
огромных территорий. Он же
создал такие приборы как
ваттметр, фазометр, частотомер.

Историческая справка.
Величайшим открытием современности было открытие
Александра Степановича
Попова. Это открытие
положило начало новой
отрасли электротехники –
радиотехнике.
Радиовещание, радиосвязь,
телевидение, телеуправление,
радиолокация, радионавигация были бы
невозможны без гениального открытия
А. С. Попова.
(1859-1906).

Историческая справка.
Величайшим открытием сов-ременности
было открытие Александра Степановича
Попова. Это открытие положило начало
новой отрасли электротехники –
радиотехнике.
Радиовещание, радиосвязь,
телевидение,
телеуправление,
радиолокация,
радионавигация были бы
невозможны без гениального
открытия А. С. Попова.

Историческая справка.
Русские изобретатели
Николай Николаевич Бенардос и
Николай Гаврилович Славянов
применили электрическую дугу для сварки и
резания металлов.
(1842-1905)
(1854-1897)

Историческая справка.
Росту электропромышленности способствовал невиданный расцвет отечественной и зарубежной науки. Вместо ученых-одиночек, проводивших во времена царизма свои научные работы в полукустарных лабораториях, появилась ученые, работающие
в многочисленных научноисследовательских
институтах и академиях.

Историческая справка.
Величайшим триумфом
отечественной науки явился пуск
в1954 г. первой в мире
промышленной электростанции
.
на атомной
.
энергии полезной
.
мощностью
.
5000 кВт.

Электричество прочно вошло
в нашу жизнь. Сегодня нет
такой области промышленного и сельского хозяйства,
.
где не использова.
лась бы электро.
энергия. Не сможем
.
мы благополучно
.
существовать без
.
электроэнергии и
.
дома.

Все электроприборы требуют
грамотного обращения. Их
ремонт, обслуживание и
эксплуатация невозможны
без знания основ электротехники. Изучение
электротехники невозможно
без таких фундаментальных
наук как математика и
физика. Успешное
освоение теоретических
основ электротехники
облегчит изучение
специальных дисциплин на
старших курсах.

Спасибо за внимание

комплексные системы и сети»:
Микропроцессоры и
микропроцессорные
системы;
Конструирование
средств вычислительной техники
Преподаватель-Иванов Павел
Витальевич

Электротехника помогает освоить дисциплины.
Для специальности 230101 «Вычислительные машины,
комплексные системы и сети»:
Периферийные
устройства
Преподаватель - Сизова Ольга
Александровна

Электротехника помогает освоить дисциплины.
Для специальности 230101 «Вычислительные машины,
комплексные системы и сети»:
Автоматическое
проектирование
цифровых устройств;
Проектирование
автоматизированных
систем управления;
Разработка
инструментальных
средств
Преподаватель-Федоров Алексей
Александрович

оборудования»:
Бесконтактные
электрические
аппараты
Преподаватель - Буторин Александр
Григорьевич

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Электрические
машины;
Электрическое
оборудование;
Электрический
привод.
Преподаватель - Андреева Леонелла
Германовна

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Электроснабжение
Автоматика
Преподаватель - Мясникова Татьяна
Вячеславовна

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Техническая
эксплуатация
электрического и
электромеханического оборудования;
Испытание
надежности,
Наладка электрического и электромеханического
оборудования;
Преподаватель - Захаров Андрей
Михайлович

Электротехника помогает освоить дисциплины. Для специальности 140613 «Техническая эксплуатация и
обслуживание электрического и электромеханического
оборудования»:
Технология обработки конструкционных
аппаратов;
Приборы контроля
Преподаватель - Григорьева Светлана
Валерьевна

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Электрическая (электромагнитная) энергия является одним из видов энергий в распоряжении человека. Энергия – это мера различных форм движения материи и перехода движения материи из одного вида в другой. К преимуществам электрической энергии можно отнести: - относительную простоту производства, - возможность практически мгновенной передачи на огромные расстояния, - простые методы для преобразования в другие виды энергии (механическая, химическая), - простота управления электроустановками, - высокий КПД электротехнических устройств.

3 слайд

Описание слайда:

Предысторией электротехники следует считать период до 17 века. В эти времена были обнаружены некоторые электрические (притягивание к янтарю пылинок) и магнитные явления (компас в мореплавании), но природа этих явлений оставалась неизвестной. Первым этапом истории электротехники следует считать 17 век, когда появились первые исследования в области электрических и магнитных явлений. На основе этих исследований в 1799 г. был создан первый источник электрического тока Алессандром Вольтом (Алесса́ндро Джузе́ппе Анто́нио Анаста́сио Во́льта) (итал.) - «вольтов столб» Этот источник называют теперь гальваническим элементом в честь Луи́джи Гальва́ни (итал.), который один год не дожил до этого открытия, но будучи врачом, много сделал для свершения этого открытия

4 слайд

Описание слайда:

Второй этап развития электротехники. 1820 г. – Открыто магнитное действие тока (Ханс Кристиан Э́рстед) (датч.) – датский физик. 1821 г. – Открыт закон взаимодействия электрических токов (Андре-Мари Ампер) (фран.) – французский физик. 1827 г. – Открыт основной закон электрической цепи (Георг Симон Ом) (нем.) – немецкий физик. 1831 г. – Открыт закон электромагнитной индукции (Майкл Фарадей) (англ.) – английский физик. 1832 г. – Открыто явление самоиндукции (Джозеф Генри) (амер.) – американский физик. 1832 г. – Изготовление электрогенератора постоянного тока (Ипполит Пикси) (фран.) – французский инструментальщик (по заказу Андре-Мари Ампера (фран.) – французский физик.

5 слайд

Описание слайда:

Второй этап развития электротехники. 1833 г. – Сформулировано правило, определяющее направление индукционного тока (Эмилий Христианович (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц) (нем.) – русский физик. 1838 г. – Изобретение первого электродвигателя, пригодного для практических целей (Бори́с Семёнович (Мориц Герман фон) Я́коби) (нем.) – русский физик. 1841 – 1842 г. – Определение теплового действия тока (Джеймс Прескотт Джоуль) (англ.) – английский физик, (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц) (нем.) – русский физик. 1845 г. – Сформулированы правила для расчета цепей (Густав Роберт Кирхгоф) (нем.) – немецкий физик.

6 слайд

Описание слайда:

Третий этап развития электротехники. 1860-1865 г. – Создана теория электромагнитного поля (Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл) (англ.) – английский физик. 1870 г. – Создание первого электрогенератора, получившего практическое применение (Зеноб (Зиновий) Теофил Грамм) (бельгиец) –французский физик. 1873 г. – Изобретение электрической лампы накаливания (получение патента) (Алекса́ндр Никола́евич Лоды́гин) (рус.) – русский электротехник. 1876 г. – Изобретение телефона (получение патента) (Александр Грэм Белл) (англ.) – американский физик.

7 слайд

Описание слайда:

Третий этап развития электротехники. 1876 г. – Создание трансформатора для питания током источников освещения (получение патента) (Па́вел Никола́евич Я́блочков) (рус.) – русский электротехник. 1881 г. – Сооружение первой линии электропередачи (Марсель Депре) (фран.) – французский физик. 1885 г. – Изобретение радиоприемника (Алекса́ндр Степа́нович Попо́в) (рус.) – русский электротехник. 1886 г. – Изобретение радиотелеграфа (Гульельмо Марко́ни) (итал.) итальянский радиотехник. 1897 г. – Открыт электрон (Сэр Джозеф Джон Томсон) (англ.) – английский физик.

8 слайд

Описание слайда:

Четвертый этап развития электротехники. 1904 г. – Изобретение лампового диода (Сэр Джо́н Амбро́з Фле́минг) (англ.) – английский физик. 1906 г. – Изобретение лампового триода (Ли де Фо́рест) (англ.) – американский физик. 1928 г. – Изобретение полевого транзистора (получение патента) (Юлий Эдгар Лилиенфельд) австро-венгерский физик. 1947 г. – Изобретение биполярного транзистора (Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs) американские физики. 1958 г. – Изобретение интегральной схемы. (Джек Килби (Texas Instruments) на основе германия, Роберт Нойс (основатель Fairchild Semiconductor) на основе кремния) американские изобретатели.

9 слайд

Описание слайда:

Электротехника – наука о практическом применении электрических и магнитных явлений. Электрон от греч. electron – смола, янтарь. Все основные определения связанные с электротехникой описаны в ГОСТ Р 52002-2003. Постоянные величины обозначают прописными буквами: I, U, E, изменяющиеся в времени значения величин записывают строчными буквами: i, u, e. Элементарный электрический заряд – свойство электрона или протона, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и взаимодействие с внешним электрическим полем, определяемое для электрона и протона равными числовыми значениями с противоположными знаками. Условно отрицательный знак приписывают заряду электрона, а положительный заряду протона. (-1,6*10-19 Кл)

10 слайд

Описание слайда:

Электромагнитное поле – вид материи, определяемый во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны, называемые «электрическое поле» и «магнитное поле», оказывающий силовое воздействие на электрически заряженные частицы, зависящее от их скорости и электрического заряда. Электрическое поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости. Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и ее скорости.

11 слайд

Описание слайда:

Носитель электрических зарядов – частица, содержащая неодинаковое число элементарных электрических зарядов разного знака. Электрический ток – явление направленного движения носителей электрических зарядов и (или) явление изменения электрического поля во времени, сопровождаемые магнитным полем. В металлах носителями заряда являются электроны, в электролите и плазме – ионы. Значение электрического тока сквозь некоторую поверхность S в данный момент времени равно пределу отношения электрического заряда ∆q перенесенного заряженными частицами сквозь поверхность в течение промежутка времени ∆t, к длительности этого промежутка, когда последний стремится к нулю, т.е. где i - электрический ток, (А); q – заряд, (Кл); t – время (с).

12 слайд

Описание слайда:

Постоянный ток – ток при котором в течении каждого одинакового промежутка времени переносится одинаковый заряд, т.е: где I - электрический ток, (А); q – заряд, (Кл); t – время (с). Напряженность электрического тока – векторная величина, характеризующая электрическое поле и определяющая силу, действующую на электрически заряженную частицу со стороны электрического поля. Равна отношению силы, действующей на заряженную частицу, к ее заряду и имеет направление силы, действующей на частицу с положительным зарядом. Измеряется в Н/Кл или В/м. Сторонняя сила – сила, действующая на электрически заряженную частицу, обусловленная неэлектромагнитными при макроскопическом рассмотрении процессами. Примерами таких процессов служат химические реакции, тепловые процессы, воздействие механических сил, контактные явления.

13 слайд

Описание слайда:

Электродвижущая сила; ЭДС – скалярная величина, характеризующая способность стороннего поля и индуктированного электрического поля вызывать электрический ток. Численно ЭДС равна работе A (Дж), совершаемой этими полями при переносе единицы заряда q (Кл) равной 1 Кл. где E - (ЭДС) электродвижущая сила, В; A – работа сторонних сил при перемещении заряда (Дж); q – заряд, (Кл). Электрическое напряжение – скалярная величина, равная линейному интегралу напряженности электрического поля вдоль рассматриваемого пути. Определяется для электрического напряжения U12 вдоль рассматриваемого пути от точки 1 к точке 2 Где ε - напряженность электрического поля, dl – бесконечно малый элемент пути, r1 и r2 – радиусы-векторы точек 1 и 2, т.е. напряжение – это работа сил поля с напряженностью ε, затрачиваемая на перенос единицы заряда (1 Кл) вдоль пути l. Разность потенциалов – электрическое напряжение в безвихревом электрическом поле, характеризующее независимость выбора пути интегрирования.

14 слайд

Описание слайда:

Электрическая цепь – совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении. Простейшая электрическая цепь (монтажная схема).

15 слайд

Описание слайда:

Элемент электрической цепи – отдельное устройство, входящее в состав электрической цепи, выполняющее в ней определенную функцию. Основными элементами простейшей электрической цепи являются источники и приемники электрической энергии Простейшая электрическая цепь (монтажная схема).

16 слайд

Описание слайда:

В источниках электрической энергии различные виды энергии, например химическая, механическая преобразуются в электрическую (электромагнитную). В приемниках электрической энергии происходит обратное преобразование – электромагнитная энергия преобразуется в иные виды энергии, например химическую (гальванические ванны выплавки алюминию или нанесения защитного покрытия), механическую (электродвигатели), тепловую (нагревательные элементы), световую (лампы дневного света).

17 слайд

Описание слайда:

Схема электрической цепи – графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединение этих элементов. Для сбора схем используют принципиальные схемы, где каждому элементу соответствует условное графическое и буквенное обозначение, а для расчетов цепей используют схемы замещения, в которых реальные элементы замещаются расчетными моделями, а все вспомогательные элементы исключаются. Принципиальные схемы составляются согласно ГОСТ, например: ГОСТ 2.723-68 “Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители” ГОСТ 2.728-74 “Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы”

18 слайд

Описание слайда:

19 слайд

Описание слайда:

Схема замещения – схема электрической цепи, отображающая свойства цепи при определенных условиях. Идеальный элемент (электрической цепи) – абстрактное представление элемента электрической цепи, характеризуемое одним параметром. Вывод электрической цепи – точка электрической цепи, предназначенная для выполнения соединения с другой электрической цепью. Двухполюсник – часть электрической цепи с двумя выделенными выводами. Цепи бывают простые и сложные. В простых цепях все элементы соединены последовательно. В сложных цепях имеются с разветвлениями для тока.

20 слайд

Описание слайда:

21 слайд

Описание слайда:

22 слайд

Описание слайда:

23 слайд

Описание слайда:

24 слайд

Описание слайда:

По виду тока цепи разделяются на цепи постоянного, изменяющегося и переменного тока. Постоянный ток – электрический ток, не изменяющийся во времени t (рис. 1.3.а). Все остальные токи – изменяющиеся во времени (рис. 1.3.б.) или переменные (рис. 1.3.в.). Цепью с переменным током называют цепь с током, изменяющимся по синусоидальному закону. а) б) в) Рис. 1.3. Виды токов в цепях.

25 слайд

Описание слайда:

К линейным цепям относятся цепи, в которых электрическое сопротивление каждого участка не зависит от значения и направления тока и напряжения. Т.е. вольт-амперная характеристика (ВАХ) участков цепи представлена в виде прямой (линейная зависимость) (рис. 1.3. а). а) б) Рис. 1.3. Вольт – амперные характеристики (ВАХ) цепей. где U - напряжение, (В); I – сила тока, (А). Остальные цепи называются нелинейными (рис. 1.3.б).

26 слайд

Описание слайда:

Электрическое сопротивление постоянному току – скалярная величина, равная отношению постоянного электрического напряжения между выводами пассивного двухполюсника к постоянному электрическому току в нем. где R – электрическое сопротивление постоянному току, (Ом); ρ - удельное сопротивление, (Ом*м); ℓ - длина проводника, (м); S – площадь поперечного сечения, (м2), где R – электрическое сопротивление постоянному току, (Ом); U - напряжение, (В); I – сила тока, (А). Резистор – элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления. Для проводов сопротивление находится по формуле:

27 слайд

Описание слайда:

Сопротивление проводов, резисторов и других проводников электрического тока зависит от температуры T окружающей среды Электрическая проводимость (для постоянного тока) - скалярная величина, равная отношению постоянного электрического тока через пассивный двухполюсник к постоянному электрическому напряжению между выводами этого двухполюсника. Т.е. величина обратная сопротивлению где R – электрическое сопротивление постоянному току, (Ом); R20 – электрическое сопротивление постоянному току при температуре 20ºС, (Ом); α - температурный коэффициент сопротивления, зависящий от материала; T – температура окружающей среды, (ºС). где G - электрическая проводимость, (См) (Сименс) или Ом-1; U - напряжение, (В); I – сила тока, (А); R – электрическое сопротивление, (Ом).

28 слайд

Описание слайда:

Потокосцепление – сумма магнитных потоков, сцепленных с элементами контура электрической цепи. Потокосцепление самоиндукции – потокосцепление элемента электрической цепи, обусловленное электрическим током в этом элементе. Собственная индуктивность – скалярная величина, равная отношению потокосцепления самоиндукции элемента электрической цепи к электрическому току в нем. где Ψ – потокосцепление, (Вб); m - число витков; Ф – магнитный поток (Вб). где L - индуктивность, (Гн); Ψ – потокосцепление, (Вб); I – сила тока, (А).

29 слайд

Электрический ток План лекции 1. Понятие о токе проводимости. Вектор тока и сила тока. 2. Дифференциальная форма закона Ома. 3. Последовательное и параллельное соединение проводников. 4. Причина появления электрического поля в проводнике, физический смысл понятия сторонних сил. 5. Вывод закона Ома для всей цепи. 6. Первое и второе правила Кирхгофа. 7. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. 8. Электрический ток в различных средах. 9. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея.

1. Понятие о токе проводимости. Вектор тока и сила тока Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Носителями тока могут быть электроны, ионы, заряженные частицы.  Если в проводнике создать электрическое поле, то в нем свободные электрические заряды придут в движение – возникает ток, называемый током проводимости.  Если в пространстве перемещается заряженное тело, то ток называется конвекционным.

 За направление тока принято принимать направление движения положительных зарядов. Для возникновения и существования тока необходимо: 1.наличие свободных заряженных частиц; 2.наличие электрического поля в проводнике.  Основной характеристикой тока является сила тока, которая равна величине заряда, прошедшего за 1 секунду через поперечное сечение проводника. Где q – величина заряда; t – время прохождения заряда; Сила тока величина скалярная. I   q  t I  [  ] А Кл с

Электрический ток по поверхности проводника может быть распределен неравномерно, поэтому в некоторых случаях пользуются понятием плотность тока j. Средняя плотность тока равна отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.  I  S   I  S dI dS j j  lim  S 0      А м 2     Где j – изменение тока; S – изменение площади.

Плотность тока

2. Дифференциальная форма закона Ома В 1826 г. немецкий физик Ом опытным путем установил, что сила тока J в проводнике прямо пропорциональна напряжению U между его концами Где k – коэффициент пропорциональности, называемый электропроводностью или I  Uk [k] = [См] (сименс). проводимостью; Величина проводника. R  Ом 1 k называется электрическим сопротивлением закон Ома для участка электрической цепи, не I  содержащей источника тока U R

Выражаем из этой формулы R  В   R  U I   А Ом Электрическое сопротивление зависит от формы, размеров и вещества проводника. Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сечения S R  l S Где  – характеризует материал, из которого изготовлен проводник и называется удельным сопротивлением проводника.

Выразим :  SR  l     мОм 2  м    мОм   Сопротивление проводника зависит от температуры. С увеличением температуры сопротивление увеличивается Где R0 – сопротивление проводника при 0С;  t – температура;  – температурный коэффициент сопротивления RR  1(0 t) (для металла   0,04 град­1). Формула справедлива и для удельного сопротивления Где 0 – удельное сопротивление проводника при 0С.  1(0 t)

При низких температурах (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится абсолютным проводником. Это явление называется сверхпроводимостью. Подставим  US  l I  U l  S

Перегруппируем члены выражения I S U 1   l Где I/S=j– плотность тока; 1/= – удельная проводимость вещества проводника; U/l=Е – напряженность электрического поля в проводнике. i  E закон Ома в дифференциальной форме.

Закон Ома для однородного участка цепи. Дифференциальная форма закона Ома.   1   E  r    E j r j   j dS d  j dS l    I E d  E dS  

3. Последовательное и параллельное соединение проводников Последовательное соединение проводников R1 R2 R3 I=const (по закону сохранения заряда); U=U1+U2 Rобщ=R1+R2+R3 Rобщ=Ri R=N*R1 (Для N одинаковых проводников)

Параллельное соединение проводников R1 R2 R3 U=const I=I1+I2+I3 U1=U2=U 1 R  2 1 R 1 R 1 R R 1 N Для N одинаковых проводников

4. Причина появления электрического тока в проводнике. Физический смысл понятия сторонних сил Для поддержания постоянного тока в цепи, необходимо разделять положительные и отрицательные заряды в источнике тока, для этого на свободные заряды должны действовать силы неэлектрического происхождения, называемые сторонними силами. За счет создаваемого сторонними силами поля электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля.

Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи идет постоянный электрический ток. Сторонние силы вызывают разделение разноименных зарядов и поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Добавочное электрическое поле сторонних сил в проводнике создается источниками тока (гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами).

ЭДС источника тока Физическая величина равная работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда между полюсами источника называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС). q   1 E А ст q E A ст  

Закон Ома для неоднородного участка цепи A 12 A 12   A A  q  1      q E 12 1  2 2 1   A q   A E I t E q     1    2 12 2 12 U  A 12 q U      1 2 E

5. Вывод закона Ома для замкнутой электрической цепи Пусть замкнутая электрическая цепь состоит из источника тока с , с внутренним сопротивлением r и внешней части, имеющей сопротивление R. R – внешнее сопротивление; r – внутреннее сопротивление.  U ` A q U   1 где – напряжение на внешнем 2 сопротивлении; А – работа по перемещению заряда q внутри источника тока, т. е. работа на внутреннем сопротивлении.

Тогда так как A  U  IUR , то Ir rt перепишем выражение для : A `  I 2 IR  Ir q  It ,  IR I 2 rt It Так как согласно закона Ома для замкнутой электрической цепи (=IR) IR и Ir – падение напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи,

То I    rR ­ закон Ома для замкнутой электрической цепи В замкнутой электрической цепи электродвижущая сила источника тока равна сумме падений напряжения на всех участках цепи.

6. Первое и второе правила Кирхгофа Первое правило Кирхгофа является условием постоянства тока в цепи. Алгебраическая сумма сил тока в узле разветвления равна нулю n  0 iI где n – число проводников; i  1 Ii – токи в проводниках. Токи, подходящие к узлу, считаются положительными, выходящие из узла – отрицательными. Для узла А первое правило Кирхгофа запишется:  I 1 I 2 I  03

Первое правило Кирхгофа Узлом электрической цепи называется точка в которой сходится не менее трех проводников. Сумма токов сходящихся в узле равна нулю – первое правило Кирхгофа. I 4  0 0 Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда – в узле электрический заряд накапливаться не может. I 1  I 2   I 3  I i N  i 1

Второе правило Кирхгофа Второе правило Кирхгофа является следствием закона сохранения энергии. В любом замкнутом контуре разветвленной электрической цепи алгебраическая сумма Ii на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна сумме приложенных в нем ЭДС i n  i  1  i RI i  i n i  1

Второе правило Кирхгофа

Для составления уравнения необходимо выбрать направление обхода (по часовой стрелке или против нее). Все токи, совпадающие по направлению с обходом контура, считаются положительными. ЭДС источников тока считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура. Так, например, правило Кирхгофа для I, II, III к. I I1r1 + I1R1 + I2r2 + I2R2 = – 1 – 2 II –I2r2 – I2R2 + I3r3 + I3R3 = 2 + 3 III I1r1 + I1R1 + I3r3 + I3R3 = – 1 + 3 На основании этих уравнений производится расчет цепей.

7. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления  Электроны, обладающие наибольшей кинетической энергией, могут вылететь из металла в окружающее пространство. В результате вылета электронов образуется “электронное облако”. Между электронным газом в металле и “электронным облаком” существует динамическое равновесие.  Работа выхода электрона – это работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в безвоздушное пространство.  Поверхность металла представляет собой двойной электрический слой, подобный очень тонкому конденсатору.

 Разность потенциалов между обкладками конденсатора зависит от работы выхода электрона. А е Где е – заряд электрона;  – контактная разность потенциалов между металлом и окружающей средой; А – работа выхода (электрон­вольт – Э­В).  Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности (загрязнение, влага).

Законы Вольта:  1. При соединении двух проводников, изготовленных из различных металлов, между ними возникает контактная разность потенциалов, которая зависит только от химического состава и температуры.  2. Разность потенциалов между концами цепи, состоящей из последовательно соединенных металлических проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников. Она равна контактной разности потенциалов, возникающих при непосредственном соединении крайних проводников.

 Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из двух металлических проводников 1 и 2. ЭДС, приложенная к этой цепи равна алгебраической сумме всех скачков потенциала.   (Если температуры слоев равны, то =0.  Если температуры слоев различны, например,   (TTT     1 a 2 b 2 a) 1 b) тогда a b a  Где  – постоянная, характеризующая свойства TT контакта двух металлов. T  (a T b ) b В этом случае в замкнутой цепи появляется термоэлектродвижущая сила, прямо пропорциональная разности температур обоих слоев.

 Термоэлектрические явления в металлах широко используются для измерения температуры. Для этого используются термоэлементы или термопары, представляющие собой две проволоки, изготовленные из различных металлов и сплавов. Концы этих проволок спаяны. Один спай помещается в среду, температуру Т1 которой нужно измерить, а второй – в среду с постоянной известной температурой.  Термопары имеют ряд преимуществ перед обычными термометрами: позволяют измерять температуры в широком диапазоне от десятков до тысяч градусов абсолютной шкалы.

Газы в нормальных условиях являются диэлектриками R=>∞, состоят их электрически нейтральных атомов и молекул. При ионизации газов возникают носители электрического тока (положительные заряды). Электрический ток в газах называется газовым разрядом. Для осуществления газового разряда к трубке с ионизированным газом должно быть электрическое или магнитное поле.

Ионизация газа ­ это распад нейтрального атома на положительный ион и электрон под действием ионизатора (внешних воздействий – сильного нагревания, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, при бомбардировке атомов (молекул) газов быстрыми электронами или ионами). электрон Ион атом нейтральны й

 Мерой процесса ионизации является интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположно заряженных частиц, возникающих в единичном объеме газа за единичный промежуток времени.  Ударной ионизацией называется отрыв от атома (молекулы) одного или нескольких электронов, вызванный соударением с атомами или молекулами газа электронов или ионов, разогнанных электрическим полем в разряде.

Рекомбинация ­ это соединение электрона с ионом в нейтральный атом. Если действия ионизатора прекращается, газ снова становится диалектиком. электро н ион

 1.Несамостоятельный газовый разряд – это разряд, существующий только под действием внешних ионизаторов. Вольтамперная характеристика газового разряда: по мере увеличения U растет число заряженных частиц, достигающих электрода и возрастает ток до I=Iк, при котором все заряженные частицы достигают электродов. При этом U=Uк I н Ne  0 ток насыщения Где е – элементарный заряд; N0 – максимальное число пар одновалентных ионов, образующихся в объеме газа за 1 с.

2.Самостоятельный газовый разряд – разряд в газе, который сохраняется после прекращения действия внешнего ионизатора. Поддерживается и развивается за счет ударной ионизации. Несамостоятельный газовый разряд переходит в самостоятельный при Uз – напряжении зажигания. Процесс такого перехода называется электрическим пробоем газа. Различают:

 Коронный разряд – возникает при высоком давлении и в резко неоднородном поле с большой кривизной поверхности, применяется при обеззараживании семян сельскохозяйственных культур.  Тлеющий разряд – возникает при низких давлениях, используется в газосветных трубках, газовых лазерах.  Искровой разряд – при Р=Ратм и при больших электрического поля ­ молния (токи до нескольких  тысяч Ампер, длина – несколько километров). E  Дуговой разряд – возникает между близко сдвинутыми электродами,(Т=3000 °С – при атмосферном давлении. Используется как источник света в мощных прожекторах, в проекционной аппаратуре.

Плазма – особое агрегатное состояние вещества, характеризующееся высокой степенью ионизации его частиц. Плазма подразделяется на: – слабо ионизированную ( – доли процента – верхние слои атмосферы, ионосфера); – частично ионизированную (несколько %); – полностью ионизированную (солнце, горячие звезды, некоторые межзвездные облака). Искусственно созданная плазма используется в газоразрядных лампах, плазменных источниках электрической энергии, магнитодинамических генераторах.

 В твердых телах электрон взаимодействует не только со своим атомом, но и с другими атомами кристаллической решетки, происходит расщепление энергетических уровней атомов с образованием энергетической полосы.  Энергия этих электронов может находиться в пределах заштрихованных областей, называемых разрешенными энергетическими зонами. Дискретные уровни разделены областями недозволенных значений энергии – запрещенными зонами (ширина их соизмерима с шириной запретных зон). Различия в электрических свойствах различных типов твердых тел объясняется: 1) шириной запрещенных энергетических зон; 2) различным заполнением электронами разрешенных энергетических зон

Многие жидкости очень плохо проводят электрический ток (дистиллированная вода, глицерин, керосин и т.д.). Водные растворы солей, кислот и щелочей хорошо проводят электрический ток.  Электролиз – прохождение тока через жидкость, вызывающее выделение на электродах веществ, входящих в состав электролита. Электролиты – вещества, обладающие ионной проводимостью. Ионная проводимость – упорядоченное движение ионов под действием электрического поля. Ионы – атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов. Положительные ионы – катионы, отрицательные – анионы.

 Электрическое поле создается в жидкости электродами (“+” – анод, “–” – катод). Положительные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательные – к аноду.  Возникновение ионов в электролитах объясняется электрической диссоциацией – распадом молекул растворимого вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем (Na+Cl­; H+Cl­; K+I­…).  Степенью диссоциации α называется число молекул n0, диссоциировавших на ионы, к общему числу молекул n0  При тепловом движении ионов происходит и ` обратный процесс воссоединения ионов, называемый рекомбинацией. n 0 n 0

Слайд 2

Содержание курса ТОЭ ФИБС весенний семестр 2013-14

7. Передаточная функция цепи и основные характеристики цепи 7.1. Нормирование параметров цепи 7.2. ПФ цепи и ее свойства 7.3. Виды частотных характеристик 7.4. Связь полосы пропускания RLC-контура с его добротностью 7.5. Понятие о фильтрах 8. Анализ УПР в цепи 8.1. Периодические сигналы и их спектры 2

Слайд 3

8.1.1. Формы записи РФ 8.1.2. Дискретные спектры периодических сигналов 8.1.3. Использование преобразования Лапласа для анализа УПР в цепи 8.2. Мощность и действующее значение РФ 8.2.1. Мощность 8.2.2. Действующее значение 8.3. Методы анализа УПР 8.3.1. Анализ УПР в цепи с использованием РФ 8.3.2. РФ в замкнутой форме 9. Анализ цепей спектральным методом 3

Слайд 4

9.1. Апериодические сигналы и их спектры 9.1.1. Переход от периодического сигнала к апериодическому 9.1.2. Спектральные характеристики апериодических сигналов 9.1.3. Примеры спектров основных сигналов 9.2. Критерии ширины спектра сигнала 9.2.1. Энергия сигнала и критерии ширины спектра сигнала 9.2.2. Связь ширины спектра с длительностью сигнала 9.2.3. Связь ширины спектра с крутизной сигнала 9.3. Приближённый расчёт сигнала по спектру 9.3.1. Расчет сигнала по его амплитудному и фазовому спектру 9.3.2. Связь сигнала с его мнимым и вещественным спектром 4

Слайд 5

9.4. Спектральный метод расчёта цепей 9.4.1. Общая характеристика спектрального метода расчёта цепей 9.4.2. Свойства идеальных цепей 9.4.3. Характеристики реальных цепей 9.5. Спектры амплитудно-модулированных сигналов 10. Анализ четырёхполюсников и активных цепей 10.1. Общая характеристика пассивных четырёхполюсников 10.1.1. Уравнения ЧП 10.1.2. Расчет ПФ и соединения ЧП 10.1.3. Симметричный четырёхполюсник в согласованном режиме 5

Слайд 6

10.2. Расчет цепей с зависимыми источниками 10.2.1. Общая характеристика активных элементов и цепей 10.2.2. Схемы замещения необратимых ЧП 10.2.3. Особенности методов расчета цепей с ЗИ 10.3. Расчет цепей с ОУ 10.3.1. ОУ и его свойства 10.3.2. Использование операционных усилителей для реализации основных математических операций 10.3.3. Особенности расчета цепей с ОУ 11. Анализ нелинейных цепей 6

Слайд 7

11.1. Общая характеристика нелинейных цепей 11.1.1. Исходные понятия 11.1.2. Классификация НЦ 11.2. Методы расчета НЦ 11.2.1. Графический метод расчета R-цепей 11.2.2. Аналитический расчет R-цепей 11.2.3. Расчет R-цепей с диодами 11.2.4. Общая характеристика расчёта нелинейных динамических цепей 7

Слайд 8

Курсовая работа ФИБС 2013-14

В методичке (Курсовое проектирование по теории электрических цепей / Уч.пос. для самост.раб.ст. СПб, 1996. («№9222» З 21/К 93)) тема № 4, в электронной версии методички тема № 2 (номер варианта сообщается преподавателем, ведущим практические занятия) с возможными изменениями схемы и вида входного сигнала на усмотрение преподавателя. Курсовая работа оформляется в соответствии с правилами, изложенными во введении к учебному пособию. Защита курсовой работы принимается преподавателем, ведущим практические занятия до начала экзаменационной сессии. Студент, не защитивший курсовую работу до экзамена не допускается. 8

Слайд 9

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИлекция №9

Глава 7. Передаточная функция цепи и основные характеристики цепи 7.1. Нормирование параметров цепи Цели нормировки(масштабирования): Перейти к безразмерным параметрам: ,близким к 1, т.е. уменьшить разброс параметров цепи. Получить максимально однотипные формулы для одинаковых классов цепей. Типы нормировки: Нормирование по времени (по частоте). нормированное, безразмерное время, где какой-либо характерный интервал, например, постоянная времени для цепи 1-го порядка или время импульса входного сигнала. 9

Слайд 10

Нормированная частота, т.е. , т.е. , т.е. нормирование по времени обратно нормированию по частоте. 2) Нормирование по уровню сопротивления, базисная величина характерное сопротивление цепи, например, в цепи 1-го порядка или сопротивление нагрузки. 3) Нормирование по уровню сигнала, базисная величина максимальное значение входного сигнала. Этот тип нормировки основан на свойстве пропорциональности линейных цепей. Каждая нормировка уменьшает число параметров цепи на 1. Параметры цепи: , т.е. , аналогично дуально. 10

Слайд 11

В курсовом за базисные величины принять, . Нормировать все -элементы, нормировать уровень сигнала не надо. Следует учесть: (килоОмы) кОм = Ом; (миллиГенри) мГн = Гн; (пикоФарады) пФ = Ф. См. пример в электронном варианте курсовой. 11

Слайд 12

7.1. Передаточная функция цепи и ее свойства По теореме свертки преобразования Лапласа имеем: здесь введено обозначение. Найдем изображение переходной характеристики Определение:Передаточной функцией цепи (ПФ) называется отношение изображения реакции к изображению единственного в цепи воздействия при нулевых ННУ. 12

Слайд 13

Свойства: ПФ является изображением ИХ цепи Свойство 1 называют вторым определением ПФ ПХ находят как интеграл ИХ. По ПФ находят частотные характеристики цепи Для перехода к МКА от операторного метода достаточно провести формальные замены 4. ПФ полностью определяет ДУ цепи, знаменатель ПФ – характеристический полином. Вывод: ПФ связывает все основные характеристики цепи. Замечание: ИН подключен к пассивному ДП, найдем входной ток. 13

Слайд 14

7.3. Виды частотных характеристик Определение:Обобщенной ЧХ или просто ЧХ цепи называется отношение комплексной амплитуды реакции к комплексной амплитуде единственного в цепи воздействия в УСР. Т.к. ЧХ – комплексная функция, ее можно представить в алгебраической и показательной форме: АЧХ ФЧХ ВЧХ МЧХ 14

Слайд 15

Очевидны соотношения между ними =arg=фаза =Re 5) АФХ Замечание: АФХ содержит полную информацию о всех видах характеристик, ее строят или по АЧХ и ФЧХ или по ВЧХ и МЧХ и проставляют необходимые частоты. Выводы по ЧХ: АЧХ содержит полную информацию об отношении амплитуд синусоид на выходе и входе в УСР. 15

Слайд 16

2) ФЧХ содержит полную информацию о сдвиге фаз синусоид реакции и воздействия в УСР. Замечание: на практике АЧХ снимают с помощью двух приборов (на входе и выходе), а ФЧХ с помощью двухлучевого осциллографа. Пример: АЧХ ФЧХ 16

Слайд 17

Построим качественно графики характеристик: Замечание: графики АЧХ и ФЧХ построены качественно по 3-м точкам. График АФХ построен на комплексной плоскости по АЧХ и ФЧХ. 17

Слайд 18

Замечание: необходимо уметь контролировать ЧХ цепи по эквивалентным схемам цепи на характерных частотах. 18

Слайд 19

7.4.Связь полосы пропускания RLC-контура с его добротностью Определение:Полосой пропускания (ПП) обычно называют диапазон частот в районе максимума АЧХ, в котором. Замечание: граничные частоты полосы пропускания часто называют частотами среза 19

Слайд 20

Дадим трактовку граничным частотам: при резонансной частоте: , . На границе ПП, . Уменьшается на границе ПП в раз. падает в 2 раза. Найдем ПП, т.е. 1) () , т.е. , т.е. , т.е. «+» 20

Слайд 21

2) () , т.е. , т.е. + = Q= Выводы: чем больше добротность резонансного контура, тем меньше его полоса пропускания. Замечание:1) , т.е. от C не зависит, следовательно, при настройке в резонанс при изменении емкости полоса пропускания не изменяется. 21

Слайд 22

2) Зная график АЧХ можно найти все параметры контура. 7.5. Понятие о фильтрах Рассмотрим ЧП Определение:Четырехполюсником (ЧП) называется часть цепи, имеющая 2 пары внешних выводов (полюсов). Определение:Фильтром называется ЧП, у которого в некоторой полосе частот, называемой ПП, АЧХ обычно изменяется от 1 до 0,707 или от до а в остальной полосе частот, называемой полосой задерживания (ПЗ) АЧХ быстро затухает. Определение:Фильтр называется идеальным, если у него в ПП АЧХ=1, а в ПЗ АЧХ=0. Замечание: идеальный фильтр реализовать невозможно хотя бы потому, что его ЧХ не является дробно-рациональной функцией от обобщенной частоты как это должно быть у реальных цепей. 22

Слайд 23

Классификация фильтров: рассмотрим классические симметричные фильтры типа «к» ФНЧ – фильтр нижних частот, пропускает на низких частотах Трактовка поведения цепи на характерных частотах: , т.е. КЗ; , т.е. ХХ 23

Слайд 24

2) , т.е. ХХ; , т.е. КЗ 2. ФВЧ – фильтр верхних частот, пропускает на высоких частотах Трактовка дуальна 24

Слайд 25

3. ППФ – полосовой пропускающий фильтр, пропускает сигнал в некотором диапазоне частот 4. ПЗФ – полосовой заграждающий фильтр, не пропускает сигнал в некотором диапазоне частот 25

Слайд 26

Рассматривают и другие типы фильтров. Например, полиномиальные (фильтры Баттерворта и Чебышева различного порядка), фильтры типа m и другие. 8. Анализ УПР в цепи 8.1. Периодические сигналы и их спектры 8.1.1.Формы записи РФ Условно считаем, что периодическое воздействие приложено к цепи при Тогда к любому моменту времени свободная составляющая затухла и в цепи установившийся (вынужденный) периодический режим. 26

Слайд 27

Реальные периодические сигналы удовлетворяют условиям Дирихле: 1) в пределах периода они ограничены по уровню, 2) в пределах периода они непрерывны, имеют конечное число максимумов и минимумов, если имеют разрывы, то это разрывы 1 рода и их число конечно. Определение: Периодический сигнал удовлетворяющий условиям Дирихле при всех tможно разложить в сходящийся гармонический ряд Фурье причем частоты гармоник кратны частоте первой (основной) гармоники, т.е. , период сигнала ()при этом сумма ряда Фурье в точках непрерывности равна, а в т. разрыва 1 рода равна полусумме пределов слева и справа, т.е. РФ плохо сходится в точках разрыва. Формы записи РФ: 1. 27

Слайд 28

Нулевая гармоника, т.е. постоянная составляющая 2. Можно преобразовать РФ к другой форме Свойства РФ симметричных сигналов: 1) Четные сигналы не содержат синусоид, т.е. 28

Слайд 29

2) Нечетные сигналы не содержат косинусоид, т.е. . 3) РФ сигналов, симметричных относительно оси t при сдвиге на полпериода не содержат гармоник четных номеров 3. Комплексная форма записи РФ 8.1.2.Дискретные спектры периодических сигналов Определение: Множество комплексных амплитуд гармоник РФ называется дискретным спектром периодического сигнала, соответственно множество амплитуд, называют дискретным амплитудным спектром, а множество фаз, называют дискретным фазовым спектром. 29

Слайд 30

Амплитудный спектр четная функция; фазовый спектрнечетная функция. Замечание 1: Спектр называется дискретным, т.к. он существует только при дискретных значениях частоты, расстояние между гармониками по оси частот 2: Спектр часто называют линейчатым, т.к. его обозначают отрезками прямых линий. 3: Особенность спектра в том, что. 4: Синусоида тоже периодический сигнал. Его спектры 30

Слайд 31

Выводы: амплитудный спектр полностью характеризует амплитуды гармоник, т.е. синусоид, которыми РФ заменяет периодический сигнал, а фазовый спектр полностью характеризует начальные фазы, каждая гармоника существует в временном интервале и число гармоник тоже бесконечно. Замечание 1: Попутно доказали, что гармоника отрицательной частоты имеет такое же право на существование как и гармоника положительной частоты 2: Все формы записи РФ эквивалентны. 8.1.3.Использование преобразования Лапласа для анализа УПР в цепи 31

Слайд 32

Условным первым импульсом назовем описание периодического сигнала внутри условного первого периода, переходим к преобразованию Лапласа, расширив верхний предел и подставив его в интеграл. Вывод: коэффициенты РФ можно найти используя изображение по Лапласу условного 1-го импульса периодического сигнала. 8.2.Мощность и действующее значение РФ 8.2.1.Мощность Рассмотрим пассивный ДП в УПР, ток и напряжение которого разложены в РФ Средняя мощность за период (активная мощность ДП) 32

Слайд 33

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИлекция № 9

Подставим РФ тока и напряжения с учетом того, что (суммарная площадь синусоиды за период), и интеграл от произведения гармоник с разными номерами тоже равен 0. 8.2.2.Действующее значение РФ Среднеквадратичное значение, имеющее энергетическую трактовку Заменяя на в формуле мощности 33

Слайд 34

Аналогично для напряжения Замечание: У сигнала постоянной величины мгновенное, амплитудное, среднее и действующее значение одно и тоже. 8.3. Методы анализа УПР 8.3.1. Анализ УПР в цепи с использованием РФ Основная идея: РФ воздействия считаем суммой элементарных воздействий и методом наложения находим РФ реакции. Последовательность действий: 1. Периодическое воздействие раскладываем в РФ. На практике обычно ограничиваются несколькими первыми гармониками, т.к. РФ быстро сходится, используют «укороченный РФ» (отрезок РФ) 34

Слайд 35

2. Находим ПФ цепи, по ней ЧХ (АЧХ и ФЧХ) Смысл ЧХ в УСР, а для каждой гармоники ц цепи УСР. 3. Методом наложения находим РФ реакции На основании 1-3 = = 35

Слайд 36

Являясьприближенным, метод эффективен, если цепь ФНЧ. Однако, в некоторых цепях убыль амплитуд воздействия компенсируется ростом АЧХ цепи, приходится учитывать сотни гармоник и приближенный расчет по РФ становится трудоемким. Замечание 1: Спектральный состав реакции полностью соответствует спектральному составу воздействия и новые гармоники на выходе появиться не могут. 2: Цепь пропускает разные гармоники с разными коэффициентами передачи, т.е. форма периодического сигнала на выходе не соответствует форме периодического сигнала на входе. 8.3.2. РФ в замкнутой форме (точный расчет УПР) Основная идея метода – свободная составляющая определяется корнями ХП (т.е. полюсами ПФ), а вынужденная имеет математическую форму воздействия (не выполняется при резонансе). 36

Слайд 37

Последовательность действий: Условно считаем, что периодическое воздействие приложено при t=0 Находим изображение воздействия с учетом формулы для суммы затухающей геометрической прогрессии 2. Находим ПФ цепи находим полюсы ПФ, полюсы предполагаем некратными. 3. Находим изображение реакции (выходного сигнала) и выделяем в нем свободную и вынужденную составляющие. 37

Слайд 38

Свободная составляющая определяется полюсами ПФ, а вынужденная имеет математическую форму воздействия, т.е. геометрическая прогрессия, т.е. искомое описание первого импульса установившейся реакции в интервале первого периода т.е. определяем как обычно 4. Находим 1-й импульс на выходе ]() Определяем его оригинал, т.е. точное описание периодической реакции в интервале 1 периода и периодически продолжаем ее. Замечание 1: Найденное точное решение называют РФ в замкнутой форме, т.к. оно учитывает бесконечное число гармоник. 38

Слайд 39

Замечание 2: Если считать, что входной сигнал начинается от 0, то этот метод можно применить для расчета ПП, фактически найдена свободная составляющая в 3: Расчет можно проводить и для не дробно-рациональной функции. Глава 9. Анализ цепей спектральным методом 9.1. Апериодические сигналы и их спектры 9.1.1. Переход от периодического сигнала к апериодическому Апериодический сигнал (одиночный импульс) можно рассматривать как периодический при Преобразуем РФ в комплексной форме для периодического сигнала 39

Посмотреть все слайды