1.2. Реальные радиоэлементы и их идеализированные модели
В радиотехнике радиоэлементы несколько условно разделяют на источники постоянного тока (напряжения), которые также называют первичными (неуправляемыми) или просто источниками энергии, и на нагрузки. К последним относят резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, а также различные электронные, ионные и полупроводниковые приборы. При анализе любого радиоэлемента нагрузка может также считаться источником энергии, только управляемым (вторичным), т. к. величина его тока и напряжения зависит от параметров первичного источника энергии. Наиболее часто управляемыми источниками энергии заменяются в расчётах различные электронные ключи (транзисторы, электронные лампы, и т.д.). Графическое изображение реальных радиоэлементов и их электрических соединений называется схемой электрическое принципиальной. Подобная схема показана на рисунке 1.2.
Рис. 1.2
На рисунке 1.2 - – резисторы, т.е. радиоэлементы, в основном преобразующие электрическую энергию в тепловую, – конденсатор, в основном, накапливающий энергию электрического поля, – катушка индуктивности, в основном, накапливающая энергию магнитного поля, – биполярный транзистор, – источник постоянного напряжения. Единицы измерения электрических величин даны в приложении.
Реальные радиоэлементы, в силу индивидуальных конструктивных особенностей выполнения, помимо основного параметра, имеют и дополнительные (паразитные) параметры резистивного, индуктивного ёмкостного характера. Учёт или не учет подобных паразитных параметров зависит от требуемой точности расчёта, поэтому для реальной электрической цепи могут быть составлены различные математические или графические модели. Графические модели называют схемами электрическими эквивалентными. На них изображаются идеальные (идеализированные) элементы и их электрические соединения. В теории цепей расчёты проводятся по схемам электрическим эквивалентным.
На рисунке 1.3. приведена схема электрическая эквивалентная с идеальными элементами.
Рис.1.4
Введены следующие идеальные элементы электрических цепей:
а) элемент - сопротивление ( ), соответствующий только резистивной части реального резистора. Основное соотношение для этого элемента, известное из физики
, (1.1)
где – электрические напряжение, ток и "сопротивление" элемента сопротивления (в дальнейшем будут использоваться термины "напряжение" и "ток"). График зависимости (1.1), называемый вольтамперной характеристикой (ВАХ), может быть линейным, нелинейным, параметрическим (изменяющимся в разные моменты времени). Аналогичное название при этом даётся элементу;
б) элемент – индуктивность ( ), соответствующий только индуктивной части катушки индуктивности. Основное соотношение для этого элемента, известное из физики:
, (1.2)
где – полный магнитопоток, и ''индуктивность'' элемента индуктивности. График зависимости (1.2), называемый веберамперной характеристикой, может быть линейным, нелинейным, параметрическим. Аналогичное название при этом даётся элементу. Для линейного элемента из (1.2) следует выражение
; (1.3)
в) элемент – ёмкость ( ), соответствующий только в ёмкостной части реального конденсатора. Основное соотношение для такого элемента известно из физики:
, (1.4)
где – электрический заряд и "ёмкость" элемента ёмкости. График зависимости (1.4), называемый кулонвольтной характеристикой, может быть линейным, нелинейным, параметрическим. Аналогичное название даётся при этом элементу. Для линейного элемента из (1.4) следует выражение:
, (1.5)
г) идеальный источник напряжения ( ), называемый также источником электродвижущей силы, используется как модель реального источника электрической энергии с малым внутренним сопротивлением. Параметры идеального источника напряжения: нулевое внутреннее сопротивление, постоянное выходное напряжение;
д) идеальный источник тока ( ) используется как модель реального источника электрической энергии с большим внутренним сопротивлением. Параметры идеального источника тока: бесконечное внутреннее сопротивление, постоянный выходной ток;
е) Идеальные управляемые источники электрической энергии состоят из выходного идеального источника напряжения или тока, управляемых входным напряжением или током. Сокращённые наименования управляемых источников образуются из первых букв их названий, например: ИТУН – источник тока, управляемый напряжением. Идеальные источники электрической энергии ИТУТ, ИТУН, ИНУТ, ИНУН показаны на рис.1.5 а - г соответственно.
а) б)
в) г)
Рис. 1.5
- Электрические цепи.
- Анализ и синтез
- Учебное пособие
- Омск – 2004
- Содержание
- Список обозначений и сокращений
- 1. Основные задачи теории электрических цепей. Основные законы и теоремы
- 1.1. Общие сведения
- 1.2. Реальные радиоэлементы и их идеализированные модели
- 1.3. Схемы замещения реальных элементов моделями
- 1.4. Классификация электрических цепей
- 1.5. Законы и теоремы электрических цепей
- Контрольные задания
- 2. Анализ линейных цепей постоянного тока в установившемся режиме по эквивалентным схемам
- Общие сведения и математический аппарат
- 2.2. Методы анализа, использующие преобразования сопротивлений
- 2.3. Методы анализа, использующие законы Кирхгофа
- 1.4. Методы анализа, использующие теоремы цепей
- 2.5. Дополнительные преобразования и расчеты
- 2.6. Контрольные задания
- 3. Анализ линейных цепей гармонического тока в установившемся режиме по эквивалентным схемам. Общие принципы анализа
- 3.1.Общие сведения и математический аппарат
- 3.2. Анализ цепей гармонического тока методом векторных треугольников
- Анализ линейных цепей гармонического тока с использованием комплексного преобразования (методом комплексных амплитуд)
- Конкретные методы анализа с использованием комплексных амплитуд сигналов. Принцип анализа
- Мощность в цепи гармонического тока
- Контрольные задания
- 4. Комплексные частотные характеристики линейных электрических цепей. Колебательные контуры
- 4.1. Общие сведения и математический аппарат
- 4.2. Анализ частотных характеристик электрических цепей 1-го и 2-го порядка
- 4.3 Резонансные явления в электрических цепях
- 4.4. Последовательный колебательный контур
- Из (4.28) следуют условия для граничных частот полосы пропускания
- 4.5. Параллельный колебательный контур первого (основного) вида
- 4.6. Параллельные колебательные контуры второго, третьего и общего видов
- 4.7. Контрольные задания
- 5. Линейные электрические цепи с негальваническими связями при гармоническом воздействии
- 5.1. Общие сведения и математический аппарат
- 5.2. Анализ электрических цепей с автотрансформаторной связью
- 5.3. Анализ эквивалентной схемы линейного трансформатора с апериодическими нагрузками
- Выражение (5.17) с учетом выражений (5.15), (5.16) преобразуется к виду
- 5.4. Анализ колебательных контуров с трансформаторной связью
- 5.5. Контрольные задания
- 6. Линейные электрические цепи при сложных периодических воздействиях
- 6.1. Общие сведения и математический аппарат
- 6.2. Анализ спектра импульсной последовательности
- 6.3. Анализ линейной цепи при сложном периодическом воздействии
- 6.4. Контрольные задания:
- 7. Переходные процессы в линейных электрических цепях (анализ импульсных воздействий)
- Общие сведения и математический аппарат.
- 7.1. Классический метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях
- 7.3 Частотный метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях
- 7.4. Операторный метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях.
- 7.5. Временной метод анализа переходных процессов
- 7.6 Дифференцирование и интегрирование сигналов электрическими цепями
- 7.7 Контрольные задания
- 8. Введение в анализ нелинейных электрических цепей в установившемся режиме
- 8.1. Общие сведения и математический аппарат
- 8.2. Расчёт нелинейных резистивных цепей по постоянному току
- 8.3. Анализ нелинейной цепи в режиме "малых" переменных сигналов
- 8.3. Аппроксимация вах нелинейных резистивных радиоэлементов
- Принцип составления и решения нелинейных уравнений
- 8.5. Анализ спектра выходного сигнала в нелинейных электрических цепях
- Контрольные задания
- 9. Анализ электрических цепей в установившемся режиме методами теории линейных четырехполюсников
- 9.1. Общие сведения и математический аппарат
- 9.2. Системы уравнений линейных четырехполюсников
- 9.3. Расчёты первичных параметров четырёхполюсников по эквивалентным схемам
- Соединение простых четырёхполюсников в сложные. Обратные связи в активных четырёхполюсниках
- Контрольные задания:
- 10. Синтез линейных электрических цепей
- 10.1. Общие сведения.
- Коэффициенты передачи фильтров:
- 10.2. Синтез фильтров по характеристическим параметрам
- 10. 3. Синтез фильтров по рабочим параметрам
- Решение. Выберем для аппроксимации выражение
- 10. 4. Контрольные задания
- Библиографический список.
- Приложения