Основная литература
- Основы теории цепей: Учебник для вузов./ В.П.Бакалов и др. 2-ое изд., перераб. и доп.-М.:2000.-592с.
- Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник теории линейных электрических цепей: Учебное пособие для электротехники, радиотехнических спец. Вузов.-М.: ВШ, 1990.-544с.
- Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей.-М.: Радио и связь, 1986.-544с.
- Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи.-М.: Высшая школа,1981.-333с.
- Основы теории цепей. Учебник для вузов /Г.В.Зевеке и др.-М.: Энергоиздат,1989.-528с.
- В.С.Андреев. Теория нелинейных электрических цепей. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1982.
- Попов В.П. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – 3-е изд., испр.-М., 2000.-576с.
Дополнительная литература
1. Зернов И.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей.-Л.:Энергия, 1972.
2. Карлащук В. Электронная лаборатория на IBM PC. –М.: Солон-Р, 1999.
3. Запасный А.И. Основы теории цепей: учебное пособие. –М.: РИОР, 2006.
Контроль и оценка результатов обучения
Планируется проведение текущего контроля в ходе аудиторных занятий, контроль качества выполнения СРСП и СРС; два рубежных контроля в форме контрольной работы, промежуточная аттестация в форме коллоквиума.
Текущий контроль 20%
Контроль СРСП и СРС 20%
Рубежный контроль:
Контрольная работа 1 10%
Контрольная работа 2 10%
Промежуточная аттестация 40%
Политика учебной дисциплины
Дисциплина «Теория электрических цепей 1» является обязательной. Объем учебной нагрузки составляет 4 кредита или 180 часов, из них 30 ч. лекционных занятий, 15 ч. практических занятий, 30 ч. лабораторных занятий, 45 ч. СРСП, 60 ч. СРС.
Требования дисциплины: обязательное посещение аудиторных занятий, активное участие в обсуждении вопросов, предварительная подготовка к лекциям и лабораторным занятиям, качественное и своевременное выполнение заданий СРС, участие во всех видах контроля (текущий контроль, контроль на занятиях СРСП, контроль СРС, рубежный контроль, промежуточная аттестация).
Рассмотрен на заседании методической секции кафедры, протокол № ____от «___» __________2012г.
Утвержден заведующим кафедрой _____________________ Саутбеков С.С.
ГЛОССАРИЙ
Активная электрическая цепь – цепь, содержащая источники электрической энергии.
Ветвь – участок электрической цепи с одним и тем же током.
Вольтамперная характеристика - зависимость напряжения на зажимах элемента электрической цепи от тока в нем. Для металлических проводников и электролитов сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Емкостное сопротивление - физическая величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току участком электрической цепи, включающем только электрическую емкость.
Закон Ома - один из основных законов электрического тока. Сила постоянного электрического тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Закон Ома справедлив для металлических проводников и электролитов, температура которых поддерживается постоянной.
Законы (правила) Кирхгофа - правила для расчета сложных электрических цепей постоянного тока. Согласно первому правилу Кирхгофа алгебраическая сумма токов в точке разветвления проводников равна нулю. Согласно второму правилу Кирхгофа сумма падений напряжений на всех участках замкнутого контура, произвольно выделенного в сложной разветвленной электрической цепи, равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре.
Идеальный источник напряжения - источник ЭДС, внутреннее электрическое сопротивление которого равно нулю. В электрической цепи представляет собой короткое замыкание.
Идеальный источник тока - источник электрической энергии, в котором действуют сторонние силы по разделению электрических зарядов. В электрической цепи представляет собой разрыв цепи.
Катушка индуктивности - элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрической индуктивности; катушка из электропроводящего материала с изолированными витками, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Катушка индуктивности является одним из основных элементов колебательного контура; может применяться как источник магнитного поля.
Колебательный контур - электрическая цепь, содержащая последовательно соединенные конденсатор, катушку индуктивности и активное сопротивление. Свободные электромагнитные колебания, возникающие в колебательном контуре, являются затухающими; скорость затухания зависит от величины сопротивления. Если сопротивление пренебрежимо мало и отсутствуют потери на излучение в контуре, то электромагнитные колебания являются незатухающими и их период выражается формулой Томсона. В радиотехнике различают открытые и закрытые колебательные контуры.
Конденсатор - элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрической емкости. Конденсатор состоит из двух или более проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.
Контур – замкнутый путь из ветвей и узлов.
Короткое замыкание - разрыв электрической цепи в результате контакта двух проводов под напряжением или провода под напряжением и земли. При коротком замыкании внешнее сопротивление цепи близко к нулю, и в цепи протекает максимальный ток. Режим короткого замыкания опасен тем, что при протекании тока возможно нагревание проводов и возникновение пожара.
Линейная электрическая цепь – цепь, основные параметры всех объектов и устройств которой не зависят от величины тока или напряжения в них.
Нелинейная электрическая цепь – цепь, основные параметры хотя бы одного объекта или устройства которой зависят от величины тока или напряжения в нем.
Многополюсник — электрическая цепь, содержащая несколько точек для соединения с другими цепями. В широком смысле — система, не обязательно электрическая, имеющая один или несколько входов и(или) выходов. Самостоятельного применения термин практически не имеет, чаще всего рассматриваются его частные случаи: двухполюсник, четырехполюсник, шестиполюсник и другие.
Параметрическая электрическая цепь – цепь, основные параметры хотя бы одного объекта или устройства которой зависят от времени. Параметрические электрические цепи могут быть линейными и нелинейными.
Пассивная электрическая цепь – цепь, не содержащая источники электрической энергии.
Сименс - единица электрической проводимости. 1 См = проводимость проводника, сопротивление которого равно 1 Ом.
Соленоид - катушка индуктивности, выполненная в виде намотанного на цилиндрический каркас изолированного проводника, по которому течет электрический ток. Соленоид представляет собой систему круговых токов одинакового радиуса, имеющих общую ось. Если длина соленоида значительно больше диаметра, то магнитное поле внутри соленоида однородно и направлено параллельно его оси, а магнитная индукция пропорциональна силе тока и числу витков.
Трехфазная цепь - электрическая цепь переменного тока, состоящая из трех составляющих цепей, в каждой из которых действует ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые во времени друг относительно друга (на 120 град.). Трехфазные цепи экономичнее однофазных; дают существенно меньше пульсации тока после выпрямления; позволяют простыми средствами получать вращающееся магнитное поле в электродвигателях.
Узел – точка соединения нескольких ветвей.
Четырёхполюсник — многополюсник, имеющий четыре точки подключения. Как правило, две точки являются входом, две другие — выходом.
Эквивалентная схема (схема замещения, эквивалентная схема замещения) — электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов.
Электрическая проводимость - основная характеристика участка электрической цепи; величина обратная электрическому сопротивлению этого участка. Измеряется в 1/Ом = См.
Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц. Направлением электрического тока считается направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц.
Электрическая схема - графическое изображение электрических цепей электронных, электро- или радиотехнических устройств, на котором условными обозначениями показаны элементы данного устройства и соединения между ними.
Электрическая цепь - система устройств, которые обеспечивают прохождение электрического тока.
Электрическое напряжение - скалярная величина, численно равная работе, совершаемой суммарным полем сторонних и кулоновских сил при перемещении единичного положительного заряда на участке электрической цепи. Единицей измерения электрического напряжения в СИ является вольт.
Электродвижущая сила - характеристика источника энергии в электрической цепи. Электродвижущая сила измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к величине этого заряда. ЭДС измеряется в вольтах.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Лекция 1. Введение. Цель и содержание курса. Основные задачи курса, роль в подготовке специалиста. Основные понятия, законы и методы расчета электрических цепей постоянного тока. Электрическая схема. Топология электрической цепи. Законы Ома и Кирхгофа. Преобразование электрических схем.
Цепь – это совокупность устройств, элементов, приборов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью ЭДС, тока, напряжения, магнитного и электрического полей. Электрическая цепь может быть представлена электрической схемой.
Классификация электрических цепей:
- линейные цепи – коэффициенты ai не зависят от x и y;
- нелинейные цепи - коэффициенты ai(x, y) являются функцией воздействия или отклика, т. е. зависят от х и у;
- параметрические – коэффициенты ai(t) зависит от времени t.
- Цепи с сосредоточенными параметрами. Такие цепи описываются ДУ в полных производных.
- Цепи с распределёнными параметрами описываются ДУ в частных производных.
Цепи, содержащие пассивные элементы, называются пассивными цепями. Цепи, содержащие активные элементы (транзисторы, лампы, ОУ), называются активными цепями. Пассивные цепи не усиливают сигнал, а активные - усиливают.
Электрическая схема – это условное графическое изображение электрической цепи, в котором каждый элемент представлен условным знаком. Существует несколько типов схем, отличающихся своим назначением.
Структурные (функциональные) схемы – это условное изображение цепи, в которой показаны ее важнейшие функциональные части.
Принципиальная электрическая схема –это условное изображение цепи, в котором показаны все элементы и способы их соединения. В схеме указываются буквенное обозначение, порядковый номер, параметры элементов.
Схема замещения – это принципиальная схема электрической модели реальной цепи.
Эквивалентные схемы – это такие схемы, которые обладают одинаковыми внешними электрическими характеристиками, хотя по внешнему виду могут отличаться.
Монтажные схемы – отражают конструкцию устройства, расположение элементов, проводников, условное обозначение элементов, контрольные точки и др.
Идеализированные элементы электрических цепей
Идеализированный элемент – это модель физического явления. На практике идеальных элементов не существует. При определённых условиях и заданных точностях идеализированный элемент характеризует реальный элемент. Различают пассивные и активныеидеализированные элементы.
Пассивные идеализированные элементы
К ним относятся сопротивления, ёмкость, индуктивность. Свойствами этих трёх элементов обладают реальные элементы: резистор, конденсатор, катушка индуктивности(в том числе трансформатор).
| Название элемента | Сопротивление | Ёмкость | Индуктивность |
| Условное обозначение |
Ur = j1 - j2
|
|
|
| Параметр, единица измерения |  [Ом]
|  [Ф]
|  [Гн]
|
| Электрическая характеристика |
Вольт-амперная
характеристика
Rлин = const
|
Кулон-вольтная
характеристика
Cлин = const
|
Вебер-амперная
характеристика
Lлин = const
|
Элементы, для которых энергия в любой момент времени положительна, называютсяпассивными элементами.
Сопротивление моделирует потери электрической энергии (электрическая энергия преобразуется в тепловую) в любой момент времени. Реальный элемент резистор потребляет электрическую энергию. Он может быть представлен идеальным элементом – сопротивлением.
Ёмкость и индуктивность являются пассивными элементами, так как W>0. Если мощность P ёмкости и индуктивности положительна, то в этом интервале времени емкость накапливает энергию электрического поля, а индуктивность - магнитного поля. В этом случае говорят, что элемент заряжается. В интервале времени когда P < 0 элемент разряжается, отдаёт накопленную энергию во внешнюю цепь. Ёмкость и индуктивность называются энергоёмкими элементами.
Реальные пассивные элементы
Для реализации свойств сопротивления, ёмкости, индуктивности созданы реальные элементы: резистор, конденсатор, катушка индуктивности. Все они характеризуются основными параметрами, которые называются также как соответствующий идеальный элемент. В реальных элементах помимо основного процесса протекают ещё дополнительные “паразитные” процессы.
Резистор. В резисторе при прохождении тока через зажим возникает магнитное поле. Чтобы учесть накопление магнитной энергии нужно ввести индуктивность.
 |
На зажимах резистора создаётся разность потенциалов, что свидетельствует о наличие электрического поля. Для его учета нужно усложнить модель резистора – ввести емкость.
 |
Конденсатор. Конденсатор обладает паразитными параметрами. Диэлектрик между пластинами создаёт паразитную проводимость, которую можно учесть сопротивление R. Накопление энергии магнитного поля при прохождении переменного тока можно учесть индуктивностью L.
Катушка индуктивности. Провод катушки обладает омическим сопротивлением, которым на низких частотах переменного тока пренебречь нельзя. Можно учесть и процесс накопления энергии электрического поля
Идеализированные активные элементы
К активным элементам относятся управляемые и неуправляемые источники электрической энергии.
Идеальный источник ЭДС – это источник электрической энергии, напряжение на зажимах которого не зависит от величины протекающего тока. Это может быть только в том случае, если внутреннее сопротивление равно нулю
Идеальный источник тока – это источник электрической энергии, величина тока через который не зависит от напряжения на его зажимах. Внутреннее сопротивление источника равно бесконечности.
. 
Реальные неуправляемые электрические источники
Реальный источник обладает конечным внутренним сопротивлением. Его можно учесть с помощью идеального сопротивления, представив две схемы. Схему с источником ЭДС называют последовательной схемой. Схему с источником тока – параллельной.
Эти схемы являются эквивалентными. Это можно доказать, если рассмотреть вольтамперную характеристику (ВАХ) двух схем. Так как элементы в схемах линейные, то и ВАХ будет линейной. Её можно построить по двум точкам, реализовав два режима: режим короткого замыкания и режим холостого хода.
Короткое замыкание.
UКЗ = 0, 
- в последовательной схеме,
UКЗ = 0, IК.З = J – в параллельной схеме.
Холостой ход.
Iх.х = 0, Uх.х = E – в последовательной схеме,
Iх.х = 0, Uх.х=J∙Rист – в параллельной схеме.
Построим В – А характеристики по точкам с координатами величин для режимов короткого замыкания и холостого хода. Характеристики двух схем будут одинаковыми, если координаты будут равны. В этом случае схемы называются эквивалентными. Можно записать условие эквивалентности этих схем:
При определённых условиях реальный источник может быть представлен идеальным источником тока, либо ЭДС.
Управляемые идеальные источники
Управляемым (зависимым) источником называется такой источник электрической энергии, основной параметр которого зависит от внешнего электрического режима.
Схемы реальных управляемых источников, отличаются от приведённых входными и выходными сопротивлениями.
