Расчет электрических цепей. Элементная база электроники.

При расчете и конструировании электронных устройств в большинстве практических случаев достаточно знать, что существуют определённые устройства (усилители, генераторы, вторичные источники питания и т.п.), которые обладают интересующими потребителя свойствами и есть примеры их схемного решения в простых расчётных соотношениях, дающие возможность с достаточной точностью найти параметры этих устройств, т.е. использовать готовые технические решения. Однако при переходе от теоретических расчётов к практической реализации очень часто возникают затруднения, а при накладке конкретного устройства требуется корректировка расчетных параметров. Поэтому, при использовании такого подхода при проектировании, необходимо знать принципы расчета и функционирования элементарных узлов.

Электричество, как физическая величина, характеризуется большим числом параметров. В электронике основных, первичных понятий два - электрический ток и напряжение. Ток возникает в электрической цепи, а напряжение на элементах электрической цепи.

Электрической цепьюназывают совокупность связанных электрических элементов, по которым протекает электрический ток.

Электрическим токомназывают упорядоченное, направленное движение заряженных частиц в цепи. Если q(t) - заряд, прошедший через заданное сечение, то ток измеряется в амперах (А), миллиамперах , микроамперах , наноамперах

Электрическим напряжением называется отношение энергии dW, необходимой для перемещения заряда dq из одной точки цепи в другую, к величине заряда

Напряжение измеряется в вольтах (В), милливольтах и микровольтах.

В электронных устройствах ток и напряжение используются как носители информации. В этом случае их называют сигналами.

При всём многообразии электронных элементов (компонентов) можно выделить пять идеализированных базовых.

1.Идеальный резистор - это элемент, в котором электрическая энергия преобразуется в джоулево тепло. В идеальном резисторе энергия даже частично не преобразуется в энергию электрического или магнитного поля. Обозначается R или r

2.Идеальный конденсатор - в котором электрическая энергия преобразуется в энергию электрического поля. Обозначается С или с

3.Идеальная катушка индуктивности - элемент, в котором электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля

4.Идеальный источник напряжения

5.Идеальный источник тока

Пусть имеем замкнутую цепь, для которой можно записать уравнение Кирхгофа

или

дифференцируя по t, получим уравнение относительно i(t)

решая это уравнение известными методами можно, в зависимости от соотношения R,L,e, получить различные решения.

Первый закон Кирхгофа. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна 0, т.е.

i₁+i₂-i₃=0 или i₁+i₂=i₃

Второй закон Кирхгофа. Сумма падений напряжений при обходе замкнутого контура равна 0. т.е. .

Пример: Найти напряжение на резисторе R_3. Из 1 закона для узла А, для узла В, тогда , в соответствии с законом Ома, можно записать

Или переходя к проводимостям G получим систему уравнений:

Решая систему относительно , можно определить все токи и напряжения в исследуемой цепи.