Общие сведения. Электрическая цепь это совокупность взаимосвязанных элементов, компонентов или устройств, предназначенная для прохождения в них электрического тока

Электрическая цепь это совокупность взаимосвязанных элементов, компонентов или устройств, предназначенная для прохождения в них электрического тока, процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе (э.д.с.), электрическом токе и электрическом напряжении.


 Электрический ток (i или I) – направленное движение носителей электрического заряда (в качестве которых часто выступают электроны). Различают три разновидности тока: ток проводимости, ток смещения, ток переноса. Ток проводимости обусловлен направленным упорядоченным движением свободных носителей заряда (например, электронов) под действием электрического поля внутри проводника. Ток смещения или ток поляризации наблюдается в диэлектрике и обусловлен смещением друг относительно друга под действием электрического поля связанных, противоположных по знаку зарядов. Под действием постоянного внешнего электрического поля наблюдается кратковременный ток смещения. Но при переменном поле с током смещения приходится считаться. Ток переноса или ток конвекции обусловлен переносом электрических зарядов в свободном пространстве заряженными частицами или телами под действием электрического поля.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока — количество электричества q, которое протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени:

I = q / t.


В случае, если заряды движутся в проводнике неравномерно, изменяющуюся силу тока можно найти по формуле:

i = dq / dt.

Количество электричества в системе СИ измеряется в кулонах (Кл), а сила тока измеряется в амперах (А).

Ампер является силой неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 1 Н/м.

Кулон определяется как количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника в 1 с при неизменяющейся силе тока в 1 А.

Для характеристики движения электричества в данной точке поверхности применяется плотность тока δ, которая определяется по формуле:

δ = I / S,


где S—площадь поперечного сечения проводника.

Электрическое напряжение(u или U) – разность электрических потенциалов между выделенными точками или величина работы, которую совершит электрическое поле по переносу единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Электрический потенциал численно равен работе поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки пространства в бесконечно удалённую, потенциал которой принимается за нулевой. Поскольку в электрической цепи потенциал одной из точек принимается равным нулю, представляют интерес обычно электрические напряжения, а не потенциалы.

1В=1Дж/1Кулон

Источник э.д.с. – источник напряжения в электрической цепи, величина которого мало зависит от выбранной в разумных пределах нагрузки; источник электрической энергии, использующий для формирования внешнего напряжения сторонние, не электрические силы. Пример: гальванический элемент, осуществляющий преобразование химической энергии в электрическую и генератор, осуществляющий преобразование механической энергии в электрическую.

Электрическая схема – способ изображения электрической цепи на плоскости с использованием условных графических обозначений компонентов или элементов электрической цепи. Под схемой часто понимают физическую реализацию электрической цепи.

Компонент, элемент – минимальная, функционально и конструктивно законченная составная часть цепи или схемы. К компонентам относят источники питания, электродвигатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности.

При анализе электрических цепей, как правило, оценивают значение токов, напряжений и мощностей. В этом случае нет необходимости учитывать конкретное устройство различных нагрузок. Важно знать лишь их сопротивление – R, индуктивность – L или емкость – С. Такие элементы цепи называют приемниками электрической энергии.

Зависимость тока, протекающего по приемнику электрической энер- гии, от напряжения на этом приемнике принято называть вольтамперной характеристикой (ВАХ).

Приемники электрической энергии, вольтамперные характеристики которых являются прямыми линиями, называются линейными.

Электрические цепи, в состав которых включены только линейные элементы, называются линейными электрическими цепями.

Электрические цепи, в состав которых входит хотя бы один нелинейный элемент, называются нелинейными электрическими цепями.

Сигнал – физический процесс, несущий информацию или представляю- щий интерес.

Электрический сигнал – сигнал в виде электрического напряжения или тока. Различают аналоговый и цифровой (дискретный) сигналы.

Аналоговый сигнал может принимать любое произвольное значение напряжения или тока в заданном допустимом диапазоне от минимального значения до максимального.

Датчик – преобразователь представляющего интерес и несущего информацию физического процесса в электрический сигнал. Примером датчика может служить термопара (сплав двух разнородных материалов), формирующая на выходе напряжение, пропорциональное температуре. Пример: датчик Холла, осуществляющий преобразование величины магнитной индукции внешнего магнитного поля в э.д.с., то есть в аналоговый сигнал; терморезистор, осуществляющие преобразование температуры окружающей среды в сопротивление; тензорезистор, осуществляющие преобразование механического давления в сопротивление.

Цифровой сигнал – представление цифровой информации в виде чётко различимых уровней напряжения. Для представления двоичной информации, в которой возможны лишь два значения: 0 или 1, достаточно использовать два чётко различимых уровня напряжения. Различают несколько способов представления двоичного сигнала: потенциальный, импульсный и импульсно-потенциальный.

При потенциальном способе представления логические состояния 0 и 1 представляются двумя разными уровнями напряжения. Например, для элементов транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ):

- логическая единица представляется напряжением U 1 ≥ 2.4В;

- логический ноль представляется напряжением U 0 ≤ 0.4В.

При импульсном представлении двоичной информации логической единице соответствует наличие на выходе элемента импульса или серии импульсов, а при нуле – отсутствие импульсов.

Импульс – электрический сигнал, для которого характерным является быстрое изменение уровня напряжения или тока и который обычно стремится к установлению одного из двух возможных предельных значений напряжения или тока.

При импульсно-потенциальном представлении информации используются одновременно оба предложенных выше метода.

Логический элемент – наименьшая функционально и конструктивно законченная часть ЭВМ, выполняющая какую-либо логическую функцию. Среди основных логических функций обычно выделяют дизъюнкцию, конъюнкцию и отрицание.

Дизъюнкция – такая функция (y) двоичных переменных (Х1, Х2,..), которая равна единице, когда хотя бы одна входная переменная равна единице. Функцию при двух переменных записывают следующим образом:

y=Х1vХ2.


Дизъюнкция реализуется с помощью дизъюнктора или элемента типа NИЛИ, где N – число входов у дизъюнктора. При двух входах имеем дело с элементом 2ИЛИ, условное обозначение которого предложено на рисунке:

Конъюнкция – такая функция (y) двоичных переменных (Х1, Х2,..), которая равна единице, когда все входные переменные равны единице. Функцию при двух переменных записывают следующим образом:

y=Х1&Х2 или y=Х1*Х2. 


Конъюнкция реализуется с помощью конъюнктора или элемента типа NИ, где N – число входов у конъюнктора. При двух входах имеем дело с элементом 2И, условное обозначение которого предложено на рисунке:

Отрицание – такая функция (y) двоичной переменной Х, которая равна единице, если входная переменная равна нулю и наоборот.


 Отрицание реализуется с помощью инвертора или элемента НЕ, условное обозначение которого предложено на рисунке:

Символом отрицания в условном обозначении является кружочек на линии сигнала.

Магнитной цепью называют совокупность устройств, содержащих ферромагнитные тела и образующих замкнутую цепь, в которой при наличии магнитодвижущей силы образуется магнитный поток и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции.

Магнитодвижущая сила (мдс) – характеристика способности источников магнитного поля (электрических токов) создавать магнитные потоки.