Основные понятия электротехники

1 2 3 4

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Лекция

ТЕМА № 3 «Электрические цепи»

Краснодар

План лекции

1. Значение дисциплины для специалиста в сфере информационной безопасности 3

2. Основные понятия электротехники. 4

3. Математические модели элементов электрической цепи. 6

4. Схемы замещения реальных элементов электрических цепей. 13

5. Классификация электрических цепей. 15

Литература:

Кучумов А.И. Электроника и схемотехника: учебн. пособ. М.: Гелиос АРВ, 2011. – 336 с

Новожилов О.П. Электротехника и электроника 2-е изд., испр. и доп. Учебник для бакалавров. – М.: ЮРАЙТ, 2013. – 635 с.

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Оборудование классов.

Слайды.

LCD-проектор

Значение дисциплины для специалиста в сфере информационной безопасности

Как отмечалось выше, дисциплина основы электротехники и радиоэлектроники является базовой для изучения основной дисциплины, закладывающей навыки технической защиты информации, – инженерно-техническая защита информации. Для того, чтобы качественно обеспечивать защиту информации от утечки по техническим каналам, понимать нормативные документы в области технической защиты необходимы знания основ электротехники и радиоэлектроники.

Рассмотрим некоторые примеры.

При работе технических средств возможна утечка информации через источник питания за счет неравномерности потребления тока и свойств источника питания. Для понимания физической сущности этого процесса необходимо знание закона Ома для полной цепи и принципов работы электронной схемы.

Для защиты от утечки по этому каналу необходимо исключить проникновение информационного сигнала в электрическую цепь. Для этого используются электрические фильтры, изучаемые в дисциплине основы электротехники и радиоэлектроники.

В ходе проведения спецобследований помещений на отсутствие закладных устройств используют приборы, называемые локаторы нелинейных переходов (или просто нелинейные локаторы). Они осуществляют поиск полупроводниковых приборов (диоды, транзисторы, микросхемы), которые имеются в составе любого электронного устройства. Они имеют нелинейную вольтамперную характеристику и отраженный от них сигнал будет иметь удвоенную и утроенную частоты. понять в последующем принципы нелинейной локации помогут темы посвященные изучению спектрального представления сигналов, диодов и транзисторов.

В настоящее время в основном используются цифровые системы, где сообщения представлены в виде данных (0 и 1). Они представляются «прямоугольными» сигналами. В чем опасность с точки зрения защиты информации таких сигналов поможет понять знание спектрального разложения сигналов.

Телефонный аппарат находящийся в помещении где ведутся закрытые переговоры может стать причиной утечки информации. Дело в том, что в его составе находятся элементы (например звонок) которые под воздействием акустического поля меняют свои характеристики. Такой эффект называется микрофонным. Для защиты от утечки за счет микрофонного эффекта используются диодные ограничители.

Основные понятия электротехники

Электротехника – область науки и техники, изучающая практическое применение электромагнитных явлений в технических устройствах, связанных с производством, преобразованием, передачей, распределением и потреблением электрической энергии.

Практически каждое электротехническое устройство состоит из совокупности разнообразных электрических цепей. Электрической цепью называется совокупность устройств (элементов), соединенных определенным образом, и предназначенных для передачи, распределения и взаимного преобразования электрической (электромагнитной) и других видов энергии (и информации), если процессы, протекающие в устройствах, могут быть описаны при помощи понятий «электродвижущая сила (ЭДС)», «ток» и «напряжение».

Основными элементами электрической цепи являются источники и приемники электрической энергии (и информации), которые соединены между собой проводами. В самом общем случае, структурно, электрическая цепь может быть представлена так, как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Структура электрической цепи

Источником электрической энергии называют устройство, создающее (генерирующее) токи и напряжения. В качестве источников могут выступать как первичные устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую, (аккумуляторы, электромашинные генераторы, термоэлементы, фотодиоды, пьезодатчики и т.д.), так и устройства (вторичные источники), преобразующие электрическую энергию первичных источников в энергию электрических колебаний требуемой формы (генераторы или преобразователи электрических колебаний).

Приемником электрической энергии называют устройство, потребляющее (запасающее) или преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, механическую, световую и т.д.)

Физическими элементами реальной электрической цепи являются резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы, диоды, транзисторы и другие компоненты электроники.

Понятия электрического тока и напряжения являются одними из основных в теории электрических цепей.

Электрическим током проводимости называется упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве.

Количественно электрический ток в каждый момент времени характеризуется скалярной величиной — мгновенным значением тока, характеризующим скорость изменения заряда q во времени:

, (2.1)

где – электрический заряд, прошедший за время через поперечное сечение проводника.

За положительное направление электрического тока принимается движение положительных зарядов. Положительное направление отсчета тока в цепях показывают стрелкой.

Электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемещение единичного заряда из одной точки в другую:

, . (2.2)

где — энергия электрического поля.

В потенциальном электрическом поле напряжение между двумя точками совпадает по величине с разностью потенциалов между ними. Для определенности будем считать, что положительное направление отсчета совпадает с направлением стрелки от более высокого потенциала, т.е. «+» к более низкому, т.е. «-».

Например, на рис. 2.2 показано условно согласованные направления электрического тока и напряжений между зажимами электрической цепи.

Рис. 2.2. Согласованное направление электрического тока

Мгновенная мощность, потребляемая участком цепи φ₁– φ₃:

, . (2.3)

Мощность измеряется в ваттах (Вт). Знак мощности определяется знаками напряжения и тока. Если мощность потребляется участком цепи, а при отдается (возвращается) источнику.