«Электротехника и электроника»

«Электротехника и электроника»

1. Общее представление о предмете электротехники. Структура электротехники. Определение предмета электроники. Структура изделий электротехники и электроники.

Все физико - хим. Св - ва элементов и в - в и э. м св - ва определ. Архитектурой электронного облака.

Электронное облако неоднородно и сост. Из оболочек подоболочек и орбиталей.

Электр. И хим св - ва опред. Структурой самой верхней электрон. Оболочки (от1 до 8 ē). Кол - во ē на верхнем уровне не опред. Валентность и номер группы, образуя хим. Эл. Атомы обменив - ся.

ЭМ св - ва опр - ся структурой всего электронного облака

Радиотехника - прохождение токов и вз - ие со средой. В Эл - тех изучают прохождение токов.

Электротехника - это отрасль науки и техники связанная с применением электр. И магн. Явлений охватывая вопросы получения преобразования распределения и применения Эл. Энергии передачи инф. Изм. Хим. Состава в - в производства и обработки материалов

В электронике использ. Электротехнич. Установки (ЭТУ)и электротехн. Системы (ЭТС). К ним относятся генератор и двиг. Постоян. Или переем. Тока выпрямители преобразоват. Числа фаз, трансформаторы.

Электроника - это область науки и техники связанная с изучением явл. Эффектов и процессов наблюдаемых в различных средах при отсутствии или наличии внешних воздействий

Структура изделий электротехники и электроники.

ЭТУ - электротехнич. Установки

РЭА - радиоэлектрон. Аппаратура

ЭТС - электротехн. Системы

ЭТУ, ЭТС, РЭА - понятие обобщающее

МЭА - микроэлектр. Аппаратура

ЭВА - электровычисли. Аппаратура

РЭУ - Радиоэлектр. Установки

МЭУ - микроэлектр. Установки

Блоки(РЭБ) - радиоэлектр блок

РЭУ - это заверш. В схемотех. Функцион. Смыслах изделия, но выполн. Либо 1 ф - ю либо огранич число ф - й

РЭУ и МЭУ могут использоваться автономно или в составе более сложных изделий

Узлы представляют собой электрич. Или конструктивные соедин нескольких простых

ЭРЭ - элементы изполь. В высокочастотной аппаратуре

РК - завершенное в конструктивном смысле изделия.

2. Понятие об элементной базе электротехники и электроники. Элемент и компонент. Структура элементной базы. Элементная база макроэлектроники, микроэлектроники и наноэлектроники.

3. Понятие об электрических цепях, схемах и простейших элементах схем. Активные и пассивные элементы. Регулируемые и нерегулируемые элементы.

Понятие об электрических цепях, схемах и простейших элементах схем. Активные и пассивные элементы. Регулируемые и нерегулируемые элементы.

Основной частью ЭТУ и РЭА яв - ся цепи. Предназнач. Для генерации распред. И потреб. Энергии и состоящие из совокупности деталей в которых в разнооб. Сочетаниях протек. Эл. Маг. Э/м оптич. Или др. процессы.

Для изучения работы таких цепей исп - ся услов. Граф. Изображения называемыми схемами. Различают функ - ые блочные принципиальные эквивалентные и др. схемы. В Эл. тех и электр. широкое применение нашли блочные принцип электрич и эквив. Схемы. Под электр. Цепями понимают э/м системы описание кот - ых возможно и целесообразно осущ. С пом. 2 - х понятий Эл. токов и напряжение

Состав цепей их состав частей и Эл. схем.

Эл. Цепи могут иметь самую разнообразную стру - ру. В состав Эл. Цепей могут входить пассив и актив Эл - ты разл. Видов линейные (RLC)=const нелинейные (RLC)=@ где @ какая либо физ. Величина

4. Пассивные R, L и C двухполюсники как элементы схем. Линейные, нелинейные и параметрические элементы. Обозначения.

5. Резисторы, типы, обозначения, свойства, вольтамперные характеристики. Резистор как потребитель электрической энергии.

Условное графическое изображение резистора:

Резистор - это пассивный элемент, характеризующийся резистивным сопротивлением. Последнее определяется геометрическими размерами тела и свойствами материала: удельным сопротивлением (Ом x м) или обратной величиной - удельной проводимостью (См/м).

В простейшем случае проводника длиной и сечением S его сопротивление определяется выражением

В общем случае определение сопротивления связано с расчетом поля в проводящей среде, разделяющей два электрода

Основной характеристикой резистивного элемента является зависимость u(i) (или i(u)), называемая вольтамперной характеристикой (ВАХ). Если зависимость u(i) представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, то резистор называется линейным и описывается соотношением или , где - проводимость. При этом R=const.

Нелинейный резистивный элемент, ВАХ которого нелинейна, характеризуется несколькими параметрами. В частности безынерционному резистору ставятся в соответствие статическое и дифференциальное сопротивления.

6. Конденсаторы, типы, обозначения, свойства, вольт - кулоновские и вольт - фарадные характеристики. Конденсатор как накопитель электрической энергии.

Условное графическое изображение конденсатора:

Конденсатор - это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета последней необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними и зависит от геометрии обкладок и свойств диэлектрика, находящегося между ними. Большинство диэлектриков, используемых на практике, линейны, т. е. у них относительная диэлектрическая проницаемость =const. В этом случае зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, и

.

У нелинейных диэлектриков (сегнетоэлектриков) диэлектрическая проницаемость является функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости . В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный конденсатор характеризуется статической и дифференциальной емкостями.

7. Элементы индуктивности, типы, обозначения, свойства, вебер - амперные характеристики. Элемент индуктивности как накопитель электрической энергии.

8. Понятие об активных элементах. Независимые (автономные) и зависимые активные элементы. Источники (генераторы) тока и напряжения (ЭДС). Источники питания.

9. Электронные приборы (ЭП) как зависимые активные элементы. Признаки классификации. Классификация ЭП по типу и агрегатному состоянию рабочей среды, виду частиц, числу электродов, выполняемым функциям, назначению.

10. Диоды как нелинейные элементы цепей. Выполняемые функции. Полупроводниковые диоды, классификация, условные обозначения.

11. Триоды как элементы зависимых источников (усилителей) в электрических цепях. Полупроводниковые триоды (транзисторы) как усилительные элементы. Биполярные и полевые транзисторы, классификация, условные обозначения.

Электровакуумный триод - электронная лампа, имеющая 3 электрода: термоэлектронный катод (прямого или косвенного накала), одну сетку и анод. Запатентован в 1906 году американцем Ли де Форестом (Lee De Forest).

Триоды были первыми устройствами, которые использовались для усиления электрических сигналов в начале 20 - го века. В ходе дальнейшего совершенствования триода были разработаны многосеточные лампы: тетрод, лучевой тетрод, пентод и другие. В настоящее время вакуумные триоды практически полностью вытеснены полупроводниковыми - транзисторами, за исключением областей, где требуется преобразование сигналов частот порядка сотен МГц - ГГц большой мощности при небольшом числе активных компонентов, а габариты и масса не столь критичны - например, в выходных каскадах радиопередатчиков. Также, ламповые усилители, несмотря на высокую стоимость, весьма популярны у музыкантов и аудиофилов.

Транзистор (от англ. transfer - переносить и resistor - сопротивление) - электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п. ). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин - BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п. ), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

Классификация транзисторов:

Германиевые

Кремниевые

Арсенид - галлиевые

Биполярные транзисторы

Криогенные транзисторы (на эффекте Джозевсена)

Транзисторы на алмазной подложке

Полевые транзисторы

Специальные типы транзисторов: Комбинированные транзисторы и Однопереходные транзисторы

Биполярный транзистор - трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) - электронный тип примесной проводимости, p (positive) - дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от обычного, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова "би" - "два"). Схематическое устройство транзистора показано на рисунке.

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора - большая площадь p - n - перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный транзистор - это полупроводниковый прибор, содержащий два взаимодействующих n - p перехода, в отличие от полевого транзистора в переносе электрической энергии участвуют два типа носителей заряда (электроны и дырки).

Обозначение биполярных транзисторов на схемах:

Принцип действия биполярного транзистора

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер - база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако из - за того, что базу делают очень тонкой и очень слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они - не основные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (). Коэффициент , связывающий ток эмиттера и ток коллектора () называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передает ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор - база и база - эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен = (10 − 1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора.

Режимы работы биполярного транзистора

Активный режим;

В данном режиме работы один p - n переход смещен в прямом направлении, а другой - в обратном направлении.

Режим насыщения;

Оба p - n перехода смещены в прямом направлении.

Режим отсечки;

В данном режиме оба p - n перехода прибора смещены в обратном направлении.

Полевой транзистор - полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.

Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы называются униполярными (в отличие от биполярных).

Классификация полевых транзисторов

По физической структуре и механизму работы полевые транзисторы условно делят на 2 группы. Первую образуют транзисторы с управляющим р - n переходом или переходом металл - полупроводник (барьер Шоттки), вторую - транзисторы с управлением посредством изолированного электрода (затвора), т. н. транзисторы МДП (метал - диэлектрик - полупроводник).

Транзисторы с управляющим p - n переходом

Полевой транзистор с управляющим p - n переходом - это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p - n переходом, смещённым в обратном направлении.

Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно - дырочных перехода, смещённых в обратном направлении. При изменении обратного напряжения на p - n переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Область, толщина и поперечное сечение которой управляется внешним напряжением на управляющем p - n переходе и по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором.

Транзисторы с изолированным затвором (МДП - транзисторы)

Полевой транзистор с изолированным затвором - это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости. На эти области нанесены металлические электроды - исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. Так как исходным полупроводником для полевых транзисторов обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния , выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления. На слой диэлектрика нанесён металлический электрод - затвор. Получается структура, состоящая из металла, диэлектрика и полупроводника. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП - транзисторами.

МДП - транзисторы с индуцированным каналом

При напряжении на затворе относительно истока, равном нулю, и при наличии напряжения на стоке ток стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток p - n перехода между подложкой и сильнолегированной областью стока. При отрицательном потенциале, на затворе в результате проникновения электрического поля через диэлектрический слой в полупроводник при малых напряжениях на затворе (меньших ) у поверхности полупроводника под затвором возникает обеднённый основными носителями слой эффект поля и область объёмного заряда, состоящая из ионизированных нескомпенсированных примесных атомов. При напряжениях на затворе, больших , у поверхности полупроводника под затвором возникает инверсный слой, который и является каналом, соединяющим исток со стоком. Толщина и поперечное сечение канала будут изменяться с изменением напряжения на затворе, соответственно будет изменяться и ток стока, то есть ток в цепи нагрузки и относительно мощного источника питания. Так происходит управление током стока в полевом транзисторе с изолированным затвором и с индуцированным каналом.

МДП - транзисторы со встроенным каналом

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП - транзисторе, при нулевом напряжении на затворе, поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП - транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения и в режиме обеднения канала носителями заряда. Эта особенность МДП - транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности.

Выходные статические характеристики МДП - транзистора со встроенным каналом:

б) Статические характеристики передачи МДП - транзистора со встроенным каналом:

12. Электровакуумные и ионные приборы (лампы) как активные элементы. Выполняемые функции, классификация, условные обозначения.

Электровакуумный прибор - устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой. К таким приборам относятся как вакуумные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме, так и газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе. Также к электровакуумным приборам относятся и лампы накаливания.

Вакуумные электронные приборы - один из типов электровакуумных приборов. Главная особенность приборов данного типа - движение электронов происходит в вакууме.

Электровакуумные приборы делятся на электронные, в которых наблюдается протекания электрического тока в вакууме, и ионные (газоразрядные), для которых характерен электрический разряд в газе.

Простейший Ионный прибор представляет собой диод, баллон которого наполнен инертным газом или парами ртути. Ионные приборы образуются электронами и положительно заряженные ионами.

Диод - двухэлектродный электронный прибор, обладает различной проводимостью в зависимости от направления электрического тока. Электрод диода, подключённый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу - катодом.

Использование диодов:

Диодные выпрямители - Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный.

Диодные детекторы - Диоды в сочетании с конденсаторами применяются для выделения низкочастотной модуляции из амплитудно - модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов.

Диодная защита - Диоды применяются также для защиты разных устройств от неправильной полярности включения и т. п.

Диодные переключатели - Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Электронная лампа, радиолампа - электровакуумный прибор (точнее вакуумный электронный прибор), работа которого осуществляется за счёт изменения потока электронов, которые движутся в вакууме или разрежённом газе между электродами.

Принцип действия

Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

В результате термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода.

Под воздействием разности потенциалов между анодом и катодом электроны достигают анода и образуют анодный ток во внешней цепи.

С помощью дополнительных электродов (сеток) осуществляется управление электронным потоком путём подачи на эти электроды различного электрического потенциала.

В вакуумных электронных лампах наличие газа ухудшает характеристики лампы.

Газонаполненные электронные лампы

Основным для этого класса устройств является поток ионов и электронов в газе, наполняющем лампу. Поток может быть создан, как и в вакуумных устройствах, термоэлектронной эмиссией, а может создаваться образованием электрического разряда в газе за счёт напряжённости электрического поля.

Современные применения

Радиопередающая техника:

В мощных радиовещательных передатчиках (от 100 Вт до единиц мегаватт) в выходных каскадах применяются мощные и сверхмощные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода и высоким (более 100 А) током накала.

Военная промышленность:

Из - за принципа действия электронные лампы являются устройствами, значительно более устойчивыми к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. Для информации: в единственном устройстве может быть несколько сотен ламп.

Космическая техника:

Радиационная деградация полупроводниковых материалов и наличие естественного вакуума межпланетной среды делает применение некоторых типов ламп средством повышения надёжности и долговечности космических аппаратов.

Повышенная температура среды и радиация:

Ламповое оборудование может быть рассчитано на больший температурный и радиационный диапазон условий, нежели полупроводниковое.

Высококачественная звуковая аппаратура:

По представлению заметной части меломанов, «ламповый» звук принципиально отличается от «транзисторного» и от «цифрового». Существует несколько версий объяснения этих различий, как основанных на научных исследованиях, так и откровенно ненаучных рассуждениях. Однако общим результатом этих представлений стало «возвращение» ламповой техники в сферу высококачественных усилителей.

Признаки классификации ЭП:

- По типу рабочей среды:

1) электровакуумные

2) диэлектрические

3) полупроводниковые

- По виду частиц:

1) электронные

2) ионные

3) атомные

4) молекульные

- По агрегатному состоянию рабочей среды:

1) твердые

2) жидкостные

3) газовые

4) электронно - ионная плазма

- По способу преобразования энергии или сигналов

- По назначению

- По величине какого либо параметра

- По числу электродов:

1) диоды

2) триоды

3) тетроды

4) гексоды

5) гептоды

6) октоды

Классификация Электронных приборов по выполняемым функциям: электропреобразовательные,

электросветовые,

фотоэлектрические,

термоэлектрические.

К обозначениям ламп, предназначенных для работы в импульсном режиме, добавляется буква «И» через дефис

13. Операционные усилители как активные зависимые источники в электрических цепях. Выполняемые функции, условные обозначения.

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) - усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

Операционный усилитель - это усилитель с очень большим входным сопротивлением, очень малым выходным сопротивлением и очень большим коэффициентом усиления (к).

ОУ выполняют по интегральной технологии в виде отдельного кристалла, поэтому его можно считать самостоятельным активным элементом схем, подобно транзистору.

ОУ имеет обычно восемь выводов: два входных или управляющих, один выходной один заземленный два вывода для источника питания и два для регулировки.

Обозначения

На электрических схемах ОУ изображают в виде треугольника с тремя выводами

здесь:

V+: неинвертирующий вход

V−: инвертирующий вход

Vout: выход

VS+: плюс источника питания (также может обозначаться как VDD, VCC, или VCC +)

VS−: минус источника питания (также может обозначаться как VSS, VEE, или VCC −)

Указанные пять выводов присутствуют в любом ОУ, они абсолютно необходимы для его функционирования. Помимо этого, некоторые ОУ могут иметь дополнительные выводы, предназначенные для:

- установки тока покоя

- частотной коррекции

- балансировки (коррекции смещения)

и ряда других функций.

На основе такого усилителя, используя различные внешние цепи обратной связи, можно создавать устройства для различных преобразований сигналов.

Операционные усилители предназначены для выполнения математических операций при использовании его в схеме с обратной связью. Однако, область применения ОУ, выполненного в виде микросхемы, значительно шире. Поэтому в настоящее под ОУ принято понимать микросхему - усилитель постоянного тока, позволяющий строить узлы аппаратуры, функции и технические характеристики которых зависят только от свойств цепи обратной связи, в которую он включен.

Классификация ОУ

По типу элементной базы:

На полевых транзисторах

На биполярных транзисторах

На электронных лампах (устарели)

По области применения:

- Индустриальный стандарт. Так называют широко применяемые, очень дешевые ОУ общего применения со средними характеристиками.

- Прецизионные ОУ имеют очень малые напряжения смещения, применяются в точных измерительных схемах. Обычно ОУ на биполярных транзисторах по этому показателю несколько лучше, чем на полевых. Также от прецизионных ОУ требуется долговременная стабильность параметров. Исключительно малыми смещениями обладают стабилизированные прерыванием ОУ.

- С малым входным током (электрометрические) ОУ. Все ОУ, имеющие полевые транзисторы на входе, обладают малым входным током. Но среди них существуют специальные ОУ с исключительно малым входным током. Чтобы полностью реализовать их преимущества, при проектировании устройств с их использованием необходимо даже учитывать утечку тока по печатной плате.

- Микромощные и программируемые ОУ потребляют малый ток на собственное питание. Такие ОУ не могут быть быстродействующими, так как малый потребляемый ток и высокое быстродействие - взаимоисключающие требования. Программируемыми называются ОУ, для которых все внутренние токи покоя можно задать с помощью внешнего тока, подаваемого на специальный вывод ОУ.

- Мощные (сильноточные) ОУ могут отдавать большой ток в нагрузку.

Высоковольтные ОУ. Все напряжения для них (питания, синфазное входное, максимальное выходное) значительно больше, чем для ОУ широкого применения.

- Быстродействующие ОУ имеют высокую скорость нарастания и частоту единичного усиления. Такие ОУ не могут быть микромощными.

Области применения

Предусилители и буферные усилители звукового и видеочастотного диапазона

Компараторы напряжения

Дифференциальные усилители

Дифференциаторы и интеграторы

Фильтры

Выпрямители повышенной точности

Стабилизаторы напряжения и тока

Аналоговые вычислители

Аналого - цифровые преобразователи

Цифро - аналоговые преобразователи

Генераторы сигналов

14. Пассивные и активные двух -, трёх -, четырёх - и многополюсники как элементы цепей, условные обозначения. Двухполюсники, образованные последовательным или параллельным соединением однотипных R, L или C элементов. Определение эквивалентных параметров.

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.

Многополюсники делятся на два типа:

Активные содержат источник(и) ЭДС

Пассивные не содержат источников ЭДС

В состав цепей могут входить пассив. и актив. (зависимые или независимые) элементы различных видов линейных (R L C)=const нелинейные (R L C) - f(@) где @ какая либо физ. величина

Обобщенное изображение 2 - х 3 - х 4 - х и многополюсника:

Двухполюсник - многополюсник, имеющий две точки подключения.

Простейшие двухполюсники

Представляют собой идеальные элементы, комбинацией которых заменяют при расчетах реальные элементы, такая комбинация называется эквивалентной схемой реального двухполюсника.

Сопротивление

Сопротивление - идеальный элемент обладающий только сопротивлением, ёмкость, индуктивность и токи утечки у такого элемента отсутствуют.

Индуктивность

Индуктивность - идеальный элемент обладающий только индуктивностью, внутреннее сопротивление, токи утечки и ёмкость у этого элемента отсутствуют.

Ёмкость

Ёмкость - идеальный элемент обладающий только ёмкостью, внутреннее сопротивление токи утечки и индуктивность у этого элемента отсутствуют.

Трехполюсные элементы эл. Цепей

Последовательное соединение

Параллельное соединение

15. Примеры простейших четырёхполюсников, составленных из R, L или C элементов. Их назначение.

Четырёхполюсник - многополюсник, имеющий четыре точки подключения. Как правило, две точки являются входом, две другие - выходом.

16. Активные двухполюсники, образованные соединениями независимых (автономных источников тока или напряжения (ЭДС)). Параметры.

Источник ЭДС (точнее, идеальный источник ЭДС) - двухполюсник, разность потенциалов между выводами (напряжение) которого задано, и, следовательно, не зависит от внешних условий. Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.

В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.

Идеальный источник ЭДС является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить существование такого устройства, то ток, протекающий через него, стремился бы к бесконечности при подключении нагрузки, сопротивление которой стремится к нулю; мощность на нагрузке также стремилась бы к бесконечности.

Обозначение источника ЭДС на эквивалентных схемах:

Нагрузочная характеристика источника ЭДС - реального и идеального (пунктирная линия):

Источник тока (также Генератор тока) - двухполюсник, для которого сила тока задана и не зависит от внешних условий. Ток может быть задан как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие. В простейшем случае ток определён как константа, при этом ток через генератор тока постоянен.

Идеальный генератор тока является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить его существование, то напряжение между выводами такого двухполюсника стремилось бы к бесконечности при подключении нагрузки, сопротивление которой стремится к бесконечности; мощность на нагрузке также стремилась бы к бесконечности.

Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий.

Применение

Концепция генератора тока используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Для описания активных элементов для них вводятся эквивалентные схемы, содержащие управляемые генераторы:

Источник тока, управляемый напряжением (сокращенно ИТУН)

Источник тока, управляемый током (сокращенно ИТУТ)

Эквивалентная схема двухполюсника

Любой двухполюсник в терминах метода комплексных амплитуд может быть представлен как параллельно соединенные генератор тока и комплексный импеданс.

Генератор тока типа токовое зеркало, собранный на биполярных транзисторах:

17. Эквивалентные схемы зависимых источников ИНУН, ИТУТ, ИТУН и ИНУТ. Их характеристики.

Источники напряжения (тока) называются зависимыми (управляемыми), если величина напряжения (тока) источника зависит от напряжения или тока другого участка цепи. Зависимыми источниками моделируются электронные лампы, транзисторы, усилители, работающие в линейном режиме. Различают четыре типа зависимых источников.

1. ИНУН - источник напряжения, управляемый напряжением:

а) нелинейный

б) линейный

- коэффициент усиления напряжения

2. ИНУТ - источник напряжения, управляемый током:

а) нелинейный

б) линейный

- передаточное сопротивление

3. ИТУТ - источник тока, управляемый током:

а) нелинейный

б) линейный

- коэффициент усиления тока

4. ИТУН - источник тока, управляемый напряжением:

а) нелинейный

б) линейный

S - крутизна (передаточная проводимость)

18. Эквивалентные схемы R, L и C элементов. Их поведение в диапазоне частот. Эквивалентная схема полупроводникового диода. Её параметры. Эквивалентные схемы биполярного транзистора. Их параметры.

Эквивалентная схема (схема замещения, эквивалентная схема замещения) - электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов.

Эквивалентная схема полупроводникового диода:

Параметры:

Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Основные параметры эквивалентной схемы:

19. Законы (правила) Кирхгофа. Ветви, узлы и контуры как основные элементы цепи, позволяющие выявить закономерности токораспределения в разветвлённых цепях.

Законы Кирхгофа

1 Закон

Алгебраическая сумма мгновенных значений токов всех ветвей, подключаемых к каждому из узлов эл. схемы в любой момент времени равна нулю ().

Алгебраическая сумма токов узла равна нулю (I1 - I2 - I3 - I4=0).

Первый закон Кирхгофа суммирует токи, проходящие через узлы.

2 Закон

Алгебраическая сумма значений напряжений входящих в любой контур эл. схемы в каждом моменте времени равна нулю ().

Замкнутом контуре алгебраическая сумма напряжений равна алгебраической сумме ЭДС ().

Ветвь - это участок схемы, вдоль которого протекает один и тот же ток.

Узел - Место соединения ветвей. Место соединения 2 - х ветвей называется устранимым узлом.

Контур - любой замкнутый путь, проходящий по ветвям схемы.

20. Определение числа линейно независимых уравнений при использовании законов Кирхгофа в анализе электрических цепей.