Элементах

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЦЕПЕЙ

Общие сведения об электрической цепи и её

элементах

Электрической цепью называется замкнутый электрический контур, состоящий из источника и приёмников электрической энергии, соединённых с помощью проводников, электромагнитные процессы в котором могут быть описаны с помощью понятий тока и напряжения [1]. Совокупность электрических цепей образует электрическую схему того или иного радиотехнического устройства (телевизора, видеомагнитофона, радиоприёмника и т.п.). Источником электрической энергии называют устройство, создающее (генерирующее) токи и напряжения. Таким устройством может быть, например, гальванический элемент, аккумулятор, генератор и т.п. Приёмная антенна в радиотехнике также является источником электрической энергии, но только вторичным, к которым также принадлежат различные блоки питания, выпрямители, стабилизаторы и т. п. Приёмником электрической энергии называют устройство, потребляющее (запасающее) или преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, механическую, световую и т.д.). Такой приемник ещё называют нагрузкой, которой могут являться электрические лампы, электронагревательные приборы, индикаторы, акустические системы и т.п.

Отдельные устройства, составляющие электрическую цепь, называются её элементами. Все элементы электрической цепи разделяют на активные и пассивные. Активными элементами являются источники электрической энергии. К пассивным элементам относят те, в которых не происходит выделение электрической энергии: резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы.

При расчетах электрических цепей рассматривают не цепи с реальными элементами (резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы), а схемы, называемые эквивалентными или схемами замещения, которые отражают свойства реальных элементов цепей при определённых условиях, например, частоте входного напряжения. Эквивалентные схемы являются идеализированными расчетными моделями реальных цепей, состоящими из набора идеализированных элементов. Их обозначения в виде графических символов представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Обозначения идеализированных элементов электрической цепи:

а – сопротивление; б – емкость; в – индуктивность;

г – источник напряжения; д – источник тока

Способ соединения элементов схемы задаёт так называемую топологию цепи, в которой можно выделить основные топологические элементы: ветвь, узел, контур. Ветвь образуется одним или несколькими последовательно соединёнными элементами цепи. Узел – место соединения трёх или более ветвей. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называют контуром. В зависимости от числа контуров различают одноконтурные и многоконтурные цепи. Одноконтурная цепь не содержит узлов и называется неразветвлённой. Многоконтурная цепь содержит узлы и является разветвлённой. Пример такой цепи представлен на рис. 1.2. Эта схема содержит 4 узла, 7 ветвей и 4 независимых контура. Для определения независимых контуров вводится ещё одно топологическое понятие: граф цепи. Его получают, заменяя элементы цепи линиями, закорачивая идеальные источники напряжения и разрывая, если они имеются, идеальные источники тока.

Рис. 1.2. Схема многоконтурной цепи

Для схемы электрической цепи, показанной на рис. 1.2, ее граф представлен на рис. 1.3, где введена дополнительная нумерация ветвей схемы, получивших название – ребер.

Рис. 1.3. Граф цепи по рис. 1.2

Выбор независимых контуров осуществляется в следующей последовательности. Вначале на графе цепи (рис. 1.3) выбирается произвольный контур (например1, 5, 6, 1) и осуществляется разрыв одного из его рёбер (1, 6) волнистой линией, что означает прекращение токопрохождения в контуре. Затем выбирается следующий контур (1, 2, 5, 1) с учётом введённого разрыва, и снова разрывается его ребро (1, 2). Аналогичная процедура продолжается до тех пор, пока в схеме не исчезнут любые пути для прохождения тока. Для схемы (рис.1.3) с введением разрывов 2, 3 и 3, 4 образуются контуры 5, 2, 3, 5 и 5, 3, 4, 5. Таким образом, в схеме (рис. 1.2) можно выделить 4 независимых контура. При ином выборе мест разрыва ребер в графе (рис. 1.3) получатся другие независимые контуры, но общее их количество не изменится.