Электричество Скачать
презентацию
<<  Объяснение электрических явлений Раздел «Электричество»  >>
Электротехника и электроника
Электротехника и электроника
Лекции, практические задания, лабораторные работы
Лекции, практические задания, лабораторные работы
Третий
Третий
Рекомендуемая литература
Рекомендуемая литература
Электрические величины и единицы их измерения
Электрические величины и единицы их измерения
Электрические величины
Электрические величины
Положительное направление тока выбирают
Положительное направление тока выбирают
Энергия, затрачиваемая на перемещение заряда
Энергия, затрачиваемая на перемещение заряда
При совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна
При совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна
Под элементами в теории цепей понимают не реальные устройства, а их идеализированные модели
Под элементами в теории цепей понимают не реальные устройства, а их идеализированные модели
Двухполюсные элементы электрических цепей
Двухполюсные элементы электрических цепей
Резистивный элемент
Резистивный элемент
R – сопротивление
R – сопротивление
Закон Ома
Закон Ома
Независимые источники напряжения и тока
Независимые источники напряжения и тока
Независимые источники напряжения
Независимые источники напряжения
Управляемый источник
Управляемый источник
Управляемые источники
Управляемые источники
Источник тока управляемый напряжением
Источник тока управляемый напряжением
Источник тока управляемый током
Источник тока управляемый током
Источник напряжения управляемый током
Источник напряжения управляемый током
Ток в проводящей среде
Ток в проводящей среде
Для обозначения электрических величин используют прописные и строчные буквы
Для обозначения электрических величин используют прописные и строчные буквы
Источник напряжения
Источник напряжения
Законы Кирхгофа
Законы Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа
Второй закон Кирхгофа
Уравнения по законам Кирхгофа
Уравнения по законам Кирхгофа
Пример
Пример
Принцип наложения (суперпозиции)
Принцип наложения (суперпозиции)
Пример, иллюстрирующий принцип наложения
Пример, иллюстрирующий принцип наложения
Частная схема
Частная схема
Теорема об эквивалентном двухполюснике
Теорема об эквивалентном двухполюснике
Метод эквивалентного генератора
Метод эквивалентного генератора
Последовательность расчета методом эквивалентного генератора
Последовательность расчета методом эквивалентного генератора
Мост Уитстона
Мост Уитстона
Разомкнем диагональную ветвь, а оставшуюся цепь представим эквивалентным двухполюсником
Разомкнем диагональную ветвь, а оставшуюся цепь представим эквивалентным двухполюсником
Пример расчета
Пример расчета
Входное сопротивление двухполюсника
Входное сопротивление двухполюсника
Пример расчета методом ЭГ
Пример расчета методом ЭГ
Характеристики эквивалентного двухполюсника
Характеристики эквивалентного двухполюсника
Ток в цепи
Ток в цепи
Режим холостого хода
Режим холостого хода
Характеристики эквивалентного двухполюсника
Характеристики эквивалентного двухполюсника
Операционный усилитель
Операционный усилитель
Условное обозначение ОУ
Условное обозначение ОУ
Передаточная характеристика ОУ
Передаточная характеристика ОУ
Правила анализа электронных цепей с ОУ
Правила анализа электронных цепей с ОУ
Анализ цепей с ОУ
Анализ цепей с ОУ
Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для узла
Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для узла
Неинвертирующий усилитель напряжения
Неинвертирующий усилитель напряжения
Анализ цепей с ОУ
Анализ цепей с ОУ
Переходные процессы в электрических цепях
Переходные процессы в электрических цепях
Индуктивный и емкостный элементы
Индуктивный и емкостный элементы
Индуктивный и емкостный элементы
Индуктивный и емкостный элементы
Законы коммутации и начальные условия
Законы коммутации и начальные условия
Значения тока
Значения тока
Переходные процессы
Переходные процессы
Переходные процессы в RC-цепях первого порядка
Переходные процессы в RC-цепях первого порядка
Определим сначала закон изменения напряжения
Определим сначала закон изменения напряжения
Переходные процессы в RC-цепях первого порядка
Переходные процессы в RC-цепях первого порядка
Свободная составляющая
Свободная составляющая
Решение уравнения
Решение уравнения
Решение
Решение
Порядок расчета переходных процессов
Порядок расчета переходных процессов
Рассчитываем установившиеся значения искомых токов и напряжений
Рассчитываем установившиеся значения искомых токов и напряжений
Определяем входное сопротивление резистивной цепи
Определяем входное сопротивление резистивной цепи
Ключ в цепи
Ключ в цепи
Определим независимые начальные условия
Определим независимые начальные условия
Начальное значение тока
Начальное значение тока
Определим установившееся значение искомого тока
Определим установившееся значение искомого тока
Определим входное сопротивление схемы
Определим входное сопротивление схемы
График изменения тока
График изменения тока
Коммутация
Коммутация
Представим резистивный двухполюсник эквивалентной схемой Нортона
Представим резистивный двухполюсник эквивалентной схемой Нортона
Уравнение по первому закону Кирхгофа
Уравнение по первому закону Кирхгофа
Решение уравнения
Решение уравнения
Порядок расчета переходных процессов в RL-цепях первого порядка
Порядок расчета переходных процессов в RL-цепях первого порядка
Замыкаем накоротко зажимы, к которым подключен индуктивный элемент
Замыкаем накоротко зажимы, к которым подключен индуктивный элемент
Интегрирующие и дифференцирующие цепи находят широкое применение в электронике
Интегрирующие и дифференцирующие цепи находят широкое применение в электронике
Ток в цепи
Ток в цепи
Инвертирующий интегратор на операционном усилителе
Инвертирующий интегратор на операционном усилителе
Анализ демпфированного интегратора
Анализ демпфированного интегратора
Схема замещения для момента времени
Схема замещения для момента времени
Интегрирующие и дифференцирующие цепи
Интегрирующие и дифференцирующие цепи
Эквивалентная схема для момента времени
Эквивалентная схема для момента времени
Входное сопротивление резистивной части цепи относительно зажимов
Входное сопротивление резистивной части цепи относительно зажимов
Дифференцирующие цепи
Дифференцирующие цепи
Ток короткого замыкания
Ток короткого замыкания
График
График
Угловая частота
Угловая частота
О величине переменного тока судят по его среднему или действующему значению
О величине переменного тока судят по его среднему или действующему значению
Среднее значение синусоидальной функции
Среднее значение синусоидальной функции
Действующее значение переменного тока
Действующее значение переменного тока
Синусоидальные электрические величины
Синусоидальные электрические величины
Ток и напряжение резистивного элемента
Ток и напряжение резистивного элемента
Мгновенная мощность
Мгновенная мощность
Резистивный элемент на синусоидальном токе
Резистивный элемент на синусоидальном токе
Ток индуктивного элемента изменяется синусоидально
Ток индуктивного элемента изменяется синусоидально
Амплитуда напряжения индуктивного элемента
Амплитуда напряжения индуктивного элемента
Мгновенная мощность индуктивного элемента
Мгновенная мощность индуктивного элемента
Напряжение емкостного элемента
Напряжение емкостного элемента
Амплитуда тока емкостного элемента
Амплитуда тока емкостного элемента
Емкостный элемент на синусоидальном токе
Емкостный элемент на синусоидальном токе
Резонанс и его значение в радиоэлектронике
Резонанс и его значение в радиоэлектронике
Резонанс напряжений наблюдается в цепях с последовательным соединением ветвей
Резонанс напряжений наблюдается в цепях с последовательным соединением ветвей
Комплексное сопротивление последовательного колебательного контура
Комплексное сопротивление последовательного колебательного контура
Частотные характеристики последовательного колебательного контура
Частотные характеристики последовательного колебательного контура
Резонанс напряжений
Резонанс напряжений
Резонанс напряжений
Резонанс напряжений
Резонанс
Резонанс
Величину называют добротностью колебательного контура
Величину называют добротностью колебательного контура
Частотные характеристики последовательного колебательного контура
Частотные характеристики последовательного колебательного контура
Резонанс токов
Резонанс токов
Резонанс токов наступает, когда реактивная проводимость обращается в нуль
Резонанс токов наступает, когда реактивная проводимость обращается в нуль
Полное сопротивление параллельного колебательного контура
Полное сопротивление параллельного колебательного контура
При резонансе токов ток неразветвленной части цепи имеет наименьшее значение
При резонансе токов ток неразветвленной части цепи имеет наименьшее значение
Характеристическое сопротивление
Характеристическое сопротивление
Ряд Фурье в тригонометрической форме
Ряд Фурье в тригонометрической форме
Ряд Фурье
Ряд Фурье
Четная функция
Четная функция
Нечетная функция
Нечетная функция
Случаи симметрии
Случаи симметрии
Последовательность прямоугольных импульсов
Последовательность прямоугольных импульсов
Ряд Фурье в тригонометрической форме
Ряд Фурье в тригонометрической форме
Комплексная форма ряда Фурье
Комплексная форма ряда Фурье
Комплексный коэффициент ряда Фурье
Комплексный коэффициент ряда Фурье
Комплексный частотный спектр
Комплексный частотный спектр
Комплексная амплитуда n-й гармоники
Комплексная амплитуда n-й гармоники
Электрические свойства полупроводников
Электрические свойства полупроводников
Структура кристалла кремния
Структура кристалла кремния
При освобождении электрона в кристаллической решетке появляется незаполненная межатомная связь
При освобождении электрона в кристаллической решетке появляется незаполненная межатомная связь
В полупроводнике имеются два типа носителей заряда
В полупроводнике имеются два типа носителей заряда
Структура кристалла
Структура кристалла
Атом фосфора
Атом фосфора
Электрические свойства полупроводников
Электрические свойства полупроводников
Дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными
Дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными
Вольт-амперная характеристика р–n-перехода
Вольт-амперная характеристика р–n-перехода
Характеристика р–n-перехода
Характеристика р–n-перехода
Слайды из презентации «Электротехника и электроника» к уроку физики на тему «Электричество»

Автор: Rik. Чтобы увеличить слайд, нажмите на его эскиз. Чтобы использовать презентацию на уроке, скачайте файл «Электротехника и электроника.ppt» бесплатно в zip-архиве размером 2136 КБ.

Скачать презентацию

Электротехника и электроника

содержание презентации «Электротехника и электроника.ppt»
СлайдТекст
1 Электротехника и электроника

Электротехника и электроника

Дисциплина: Электротехника и электроника.

Лектор: Валерий Петрович Довгун доктор технических наук, профессор

2 Лекции, практические задания, лабораторные работы

Лекции, практические задания, лабораторные работы

АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ: Лекции, практические задания, лабораторные работы.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА: 1. Расчетно-графическое задание. 2. Подготовка к выполнению и защите лабораторных работ. 3. Самостоятельное изучение отдельных разделов курса.

2

Электротехника и электроника

3 Третий

Третий

семестр: зачет. Четвертый семестр: экзамен.

Итоговая аттестация

3

Электротехника и электроника

4 Рекомендуемая литература

Рекомендуемая литература

Новожилов, О. П. Электротехника и электроника: учебник / О. П. Новожилов. – М.: Гардарики, 2008. – 653 с. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч. Ч. 1 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 270 с. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч. Ч. 2 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 252 с.

4

Электротехника и электроника

5 Электрические величины и единицы их измерения

Электрические величины и единицы их измерения

Ток в проводящей среде – явление упорядоченного движения электрических зарядов под действием электрического поля. Мгновенное значение тока равно скорости изменения заряда во времени:

Единица измерения тока в системе СИ – ампер (А).

5

Электротехника и электроника

6 Электрические величины

Электрические величины

и единицы их измерения.

Напряжение (разность потенциалов) между двумя точками цепи определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемещение заряда из одной точки в другую:

Единица измерения напряжения в системе СИ – вольт (В).

6

7 Положительное направление тока выбирают

Положительное направление тока выбирают

Электрические величины и единицы их измерения.

Положительное направление тока выбирают произвольно и показывают стрелкой на выводах элемента или участка цепи. Для однозначного определения напряжения между двумя выводами участка цепи одному из выводов приписывают положительную полярность, которую отмечают стрелкой, направленной от вывода.

7

Электротехника и электроника

8 Энергия, затрачиваемая на перемещение заряда

Энергия, затрачиваемая на перемещение заряда

Электрические величины и единицы их измерения.

Энергия, затрачиваемая на перемещение заряда Мгновенная мощность участка цепи:

Мощность измеряется в ваттах (Вт).

8

9 При совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна

При совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна

Электрические величины и единицы их измерения.

При совпадении знаков напряжения и тока мощность положительна. Это соответствует потреблению энергии участком цепи. При несовпадении знаков напряжения и тока мощность отрицательна. Это означает, что участок цепи является источником энергии.

9

10 Под элементами в теории цепей понимают не реальные устройства, а их идеализированные модели

Под элементами в теории цепей понимают не реальные устройства, а их идеализированные модели

Элементы электрических цепей.

Под элементами в теории цепей понимают не реальные устройства, а их идеализированные модели, обладающие определенными свойствами реальных прототипов. Такими идеализированными элементами являются резистивный, индуктивный и емкостный элементы, а также независимые источники напряжения и тока. Соединяя между собой идеализированные элементы, мы получим модель, или схему замещения, приближенно отображающую процессы в реальном электронном устройстве.

11 Двухполюсные элементы электрических цепей

Двухполюсные элементы электрических цепей

Резистивный элемент – идеализированный элемент, в котором происходит только необратимое преобразование электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии. Условное графическое обозначение резистивного элемента:

11

12 Резистивный элемент

Резистивный элемент

Вольт-амперные характеристики резистивных элементов.

Лампа накаливания

Полупроводниковый диод

12

13 R – сопротивление

R – сопротивление

Единица измерения – Ом.

Резистивный элемент

Если ВАХ – прямая, проходящая через начало координат, резистор называют линейным. Закон Ома:

13

14 Закон Ома

Закон Ома

Резистивный элемент.

Закон Ома:

- проводимость. Единица измерения – Сименс. Мощность, поглощаемая резистором

14

15 Независимые источники напряжения и тока

Независимые источники напряжения и тока

Источник напряжения – двухполюсный элемент, напряжение которого не зависит от тока через него и изменяется по заданному закону. ВАХ источника напряжения

Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю.

15

16 Независимые источники напряжения

Независимые источники напряжения

и тока.

Источник тока – двухполюсный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах и изменяется в соответствии с заданным законом.

Внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно.

ВАХ источника тока

16

17 Управляемый источник

Управляемый источник

Управляемые источники.

Управляемый источник – четырехполюсный резистивный элемент, состоящий из двух ветвей и двух пар выводов: входной и выходной. Управляемые источники обладают следующими свойствами: 1) выходная величина пропорциональна входной. 2) выходная величина не влияет на входную.

17

18 Управляемые источники

Управляемые источники

Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН)

18

19 Источник тока управляемый напряжением

Источник тока управляемый напряжением

Управляемые источники.

Источник тока управляемый напряжением (ИТУН)

19

20 Источник тока управляемый током

Источник тока управляемый током

Управляемые источники.

Источник тока управляемый током (ИТУТ)

20

21 Источник напряжения управляемый током

Источник напряжения управляемый током

Управляемые источники.

Источник напряжения управляемый током (ИНУТ)

21

22 Ток в проводящей среде

Ток в проводящей среде

Выводы.

Ток в проводящей среде есть явление упорядоченного движения электрических зарядов под действием электрического поля. Мгновенное значение тока равно скорости изменения заряда во времени. Положительное направление тока выбирают произвольно и показывают стрелкой на выводах элемента или участка цепи.

2. Напряжение (разность потенциалов) между двумя точками цепи определяется количеством энергии, затрачиваемой на перемещение заряда из одной точки в другую. Положительное направление напряжения показывают стрелкой, направленной от одного зажима элемента к другому, либо знаками «+», «-»

22

23 Для обозначения электрических величин используют прописные и строчные буквы

Для обозначения электрических величин используют прописные и строчные буквы

Выводы.

3. Для обозначения электрических величин используют прописные и строчные буквы. Прописными буквами обозначают постоянные напряжения, токи и мощности: U, I, P. Мгновенные значения переменных величин обозначают малыми (строчными) буквами: u, i, p.

Резистивным называют идеализированный двухполюсный элемент, для которого связь между напряжением и током можно представить в виде графика, называемого вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Резистивный элемент моделирует процесс необратимого преобразования электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии, при этом запасание энергии в электромагнитном поле отсутствует.

23

24 Источник напряжения

Источник напряжения

Выводы.

5. Источник напряжения – двухполюсный элемент, напряжение которого не зависит от тока через него и изменяется по заданному закону. Внутренне сопротивление идеального источника напряжения равна нулю.

6. Источник тока - двухполюсный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах и изменяется в соответствии с заданным законом. Внутренне сопротивление идеального источника тока бесконечно.

24

25 Законы Кирхгофа

Законы Кирхгофа

Задача анализа электрических цепей. Законы Кирхгофа.

Основные топологические понятия Ветвь – участок цепи с двумя выводами. Узел – точка соединения двух или более ветвей. Контур – замкнутый путь, проходящий через ряд ветвей и узлов.

25

26 Первый закон Кирхгофа

Первый закон Кирхгофа

Законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:

Токи, направленные от узла, записывают с положительным знаком. Токи, направленные к узлу, записывают со знаком минус. Число независимых уравнений по первому закону Кирхгофа

26

27 Второй закон Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа

Законы Кирхгофа.

Второй закон Кирхгофа: В контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений ветвей равна алгебраической сумме ЭДС источников.

Число независимых уравнений по второму закону Кирхгофа, равно числу независимых контуров:

27

28 Уравнения по законам Кирхгофа

Уравнения по законам Кирхгофа

Пример. Уравнения по законам Кирхгофа.

28

29 Пример

Пример

Уравнения по законам Кирхгофа.

29

30 Принцип наложения (суперпозиции)

Принцип наложения (суперпозиции)

Метод наложения.

Принцип наложения является фундаментальным свойством линейных цепей. Реакция линейной цепи при одновременном действии нескольких независимых источников равна сумме реакций, получающихся при действии каждого источника в отдельности. Принцип наложения является следствием линейности уравнений, описывающих цепь. Принцип наложения справедлив только для линейных цепей.

30

31 Пример, иллюстрирующий принцип наложения

Пример, иллюстрирующий принцип наложения

Рассмотрим две частных схемы, в каждой из которых действует только один источник

31

32 Частная схема

Частная схема

Пример, иллюстрирующий принцип наложения.

Частная схема 1:

J=0

Частная схема 2:

E=0

32

33 Теорема об эквивалентном двухполюснике

Теорема об эквивалентном двухполюснике

Линейную цепь с двумя внешними зажимами можно представить эквивалентной схемой, состоящей из последовательно соединенных независимого источника напряжения и резистора

33

34 Метод эквивалентного генератора

Метод эквивалентного генератора

Этот метод удобно использовать тогда, когда требуется рассчитать ток только в одной ветви сложной цепи.

34

35 Последовательность расчета методом эквивалентного генератора

Последовательность расчета методом эквивалентного генератора

Выделяем ветвь, в которой необходимо рассчитать ток, а остальную часть цепи заменяем эквивалентным двухполюсником. Определяем параметры эквивалентного двухполюсника Искомый ток рассчитываем по формуле

35

36 Мост Уитстона

Мост Уитстона

Пример расчета методом ЭГ.

Мост Уитстона, используется для измерения сопротивлений. Для ограничения тока нуль-индикатора последовательно с ним включен резистор . Необходимо найти ток в диагональной ветви моста.

36

37 Разомкнем диагональную ветвь, а оставшуюся цепь представим эквивалентным двухполюсником

Разомкнем диагональную ветвь, а оставшуюся цепь представим эквивалентным двухполюсником

Пример расчета методом ЭГ.

Разомкнем диагональную ветвь, а оставшуюся цепь представим эквивалентным двухполюсником.

37

38 Пример расчета

Пример расчета

методом ЭГ.

38

39 Входное сопротивление двухполюсника

Входное сопротивление двухполюсника

Пример расчета методом ЭГ.

Входное сопротивление двухполюсника найдем, исключив из схемы источник напряжения:

39

40 Пример расчета методом ЭГ

Пример расчета методом ЭГ

40

41 Характеристики эквивалентного двухполюсника

Характеристики эквивалентного двухполюсника

Рассмотрим двухполюсник, образованный последовательным соединением источника напряжения и линейного резистора. К внешним зажимам двухполюсника подключено сопротивление нагрузки Rн .

41

42 Ток в цепи

Ток в цепи

Характеристики эквивалентного двухполюсника.

Ток в цепи

Напряжение на зажимах двухполюсника

Мощность, отдаваемая двухполюсником в сопротивление нагрузки

42

43 Режим холостого хода

Режим холостого хода

Характеристики эквивалентного двухполюсника.

В режиме к. з. Pн=0 . Режим холостого хода:

А ток I = 0

Режим короткого замыкания

Напряжение на внешних зажимах двухполюсника равно напряжению источника:

В режиме хх Pн=0 .

43

44 Характеристики эквивалентного двухполюсника

Характеристики эквивалентного двухполюсника

Двухполюсник отдает в нагрузку максимальную мощность при :

Этот режим называют режимом согласованной нагрузки.

44

45 Операционный усилитель

Операционный усилитель

Операционные усилители.

Операционный усилитель (ОУ) – усилитель, имеющий большой коэффициент усиления, высокое входное и малое выходное сопротивления. В настоящее время операционные усилители выпускают в виде интегральных микросхем.

Типичные параметры интегрального ОУ:

В линейном режиме коэффициент усиления напряжения ОУ

KU = 104–106.

,

45

46 Условное обозначение ОУ

Условное обозначение ОУ

Операционные усилители.

Условное обозначение ОУ

Неинвертирующий вход обозначен знаком «+» Инвертирующий вход обозначен знаком «–».

46

47 Передаточная характеристика ОУ

Передаточная характеристика ОУ

Операционные усилители.

Передаточная характеристика ОУ – зависимость выходного напряжения ОУ от входного

График передаточной характеристики

47

48 Правила анализа электронных цепей с ОУ

Правила анализа электронных цепей с ОУ

Анализ цепей с ОУ.

Правила анализа электронных цепей с ОУ, работающими в линейном режиме.

1. Входные токи ОУ равны нулю:

2. Напряжение на входе ОУ равно нулю: (правило виртуального короткого замыкания).

Правило виртуального короткого замыкания справедливо только в том случае, если ОУ охвачен отрицательной обратной связью и его выходное напряжение меньше напряжения насыщения.

48

49 Анализ цепей с ОУ

Анализ цепей с ОУ

Пример 1. Рассчитать выходное напряжение в схеме, изображенной на рисунке. ОУ считать идеальным.

49

50 Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для узла

Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для узла

Анализ цепей с ОУ.

Запишем уравнение по первому закону Кирхгофа для узла 1:

Уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, включающего источник E, резистор R1 и вход ОУ:

Для контура, включающего вход ОУ, резистор R2 и выход схемы, имеем

50

51 Неинвертирующий усилитель напряжения

Неинвертирующий усилитель напряжения

Анализ цепей с ОУ.

Пример 2. Неинвертирующий усилитель напряжения

Уравнение по первому закону Кирхгофа для узла, к которому подключен инвертирующий вход:

51

52 Анализ цепей с ОУ

Анализ цепей с ОУ

Уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, включающего источник E, резистор R1 и вход ОУ:

Для контура, включающего резисторы R1, R2 и выход схемы, имеем

Решая эту систему уравнений и учитывая, что

Получаем

52

53 Переходные процессы в электрических цепях

Переходные процессы в электрических цепях

Индуктивный и емкостный элементы В индуктивном элементе происходит запасание энергии, связанное с прохождением тока, потери и запасание электрической энергии отсутствуют. Условное графическое обозначение индуктивного элемента

53

54 Индуктивный и емкостный элементы

Индуктивный и емкостный элементы

Условное графическое обозначение индуктивного элемента

54

55 Индуктивный и емкостный элементы

Индуктивный и емкостный элементы

Емкостный элемент В идеальном емкостном элементе происходит запасание электрической энергии, связанное с прохождением тока, потери и запасание магнитной энергии отсутствуют.

55

56 Законы коммутации и начальные условия

Законы коммутации и начальные условия

Законы коммутации В начальный момент после коммутации токи индуктивных и напряжения емкостных элементов остаются такими же, какими они были перед коммутацией, а затем плавно изменяются.

56

57 Значения тока

Значения тока

Переходные процессы в электрических цепях.

Значения тока индуктивного и напряжения емкостного элементов в момент коммутации называют независимыми начальными условиями. Именно эти токи и напряжения, а также независимые источники, определяют режим цепи в первый момент после коммутации.

57

58 Переходные процессы

Переходные процессы

в электрических цепях.

Если в момент коммутации токи всех индуктивных и напряжения всех емкостных элементов равны нулю, то соответствующие начальные условия называют нулевыми

58

59 Переходные процессы в RC-цепях первого порядка

Переходные процессы в RC-цепях первого порядка

59

60 Определим сначала закон изменения напряжения

Определим сначала закон изменения напряжения

Переходные процессы в RC-цепях первого порядка.

Определим сначала закон изменения напряжения . Зная , мы можем представить емкостный элемент источником напряжения и рассчитать токи и напряжения в резистивной цепи. Чтобы упростить расчет, заменим резистивную подсхему эквивалентным двухполюсником

60

61 Переходные процессы в RC-цепях первого порядка

Переходные процессы в RC-цепях первого порядка

В соответствии со вторым законом Кирхгофа:

Выполняя подстановку и решая полученное уравнение относительно , получим

(1)

- Постоянная времени.

(2)

61

62 Свободная составляющая

Свободная составляющая

Переходные процессы в RC-цепях первого порядка.

(3)

Первое слагаемое в (3) - свободная составляющая Второе слагаемое в (3) - принужденная (установившаяся) составляющая

62

63 Решение уравнения

Решение уравнения

Переходные процессы в RC-цепях первого порядка.

Случай 1. Решение уравнения (2) имеет вид:

63

64 Решение

Решение

Переходные процессы в RC-цепях первого порядка.

Случай 2.

Запишем уравнение (2) в виде:

Решение:

Поскольку

64

65 Порядок расчета переходных процессов

Порядок расчета переходных процессов

в RC-цепях первого порядка.

Считаем, что переходный процесс вызван замыканием или размыканием идеального ключа в момент t = 0 и нужно определить ток k-й ветви. 1. Анализируем цепь в момент, предшествующий коммутации (при t = 0-), и определяем напряжение емкостного элемента UC (0). 2. Заменяем емкостный элемент источником напряжения E = UC (0) (рис. а). Анализируя полученную резистивную схему замещения, находим начальные значения искомых токов и напряжений

65

66 Рассчитываем установившиеся значения искомых токов и напряжений

Рассчитываем установившиеся значения искомых токов и напряжений

Порядок расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

3. Рассчитываем установившиеся значения искомых токов и напряжений, анализируя цепь в момент времени .

66

67 Определяем входное сопротивление резистивной цепи

Определяем входное сопротивление резистивной цепи

Порядок расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

4. Определяем входное сопротивление резистивной цепи со стороны зажимов, к которым подключен емкостный элемент. Рассчитываем постоянную времени цепи по формуле 5. Решение записываем в виде Важно! Все переходные токи и напряжения имеют одинаковую постоянную времени.

67

68 Ключ в цепи

Ключ в цепи

Пример расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

Пример. Ключ в цепи на рис. 1 замыкается. Рассчитать ток после коммутации, если R1 = R2 = R3 = 100 Ом, C = 1 мкФ, E = 60 В.

68

69 Определим независимые начальные условия

Определим независимые начальные условия

Пример расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

Решение. 1. Определим независимые начальные условия. Для этого рассчитаем режим в цепи при t = 0-. Эквивалентная схема для момента t = 0-.

А,

В.

69

70 Начальное значение тока

Начальное значение тока

Пример расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

Начальное значение тока i1 при t = 0+.

А.

70

71 Определим установившееся значение искомого тока

Определим установившееся значение искомого тока

Пример расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

Определим установившееся значение искомого тока. Схема замещения, соответствующая Установившемуся режиму

Установившееся значение тока

71

72 Определим входное сопротивление схемы

Определим входное сопротивление схемы

Пример расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

Определим входное сопротивление схемы относительно зажимов, к которым подключен емкостный элемент. Исключая источник напряжения, найдем, что

Постоянная времени цепи

Закон изменения тока

72

73 График изменения тока

График изменения тока

Пример расчета переходных процессов в RC-цепях первого порядка.

График изменения тока

73

74 Коммутация

Коммутация

Переходные процессы в RL-цепях первого порядка.

В цепи, показанной на рисунке, в момент t = 0 происходит коммутация

Необходимо определить закон изменения тока

74

75 Представим резистивный двухполюсник эквивалентной схемой Нортона

Представим резистивный двухполюсник эквивалентной схемой Нортона

Переходные процессы в RL-цепях первого порядка.

Представим резистивный двухполюсник эквивалентной схемой Нортона

Параметры эквивалентного резистивного двухполюсника

75

76 Уравнение по первому закону Кирхгофа

Уравнение по первому закону Кирхгофа

Переходные процессы в RL-цепях первого порядка.

Уравнение по первому закону Кирхгофа:

Учитывая, что , запишем уравнение состояния:

(1)

76

77 Решение уравнения

Решение уравнения

Переходные процессы в RL-цепях первого порядка.

(2)

Называют постоянной времени.

Решение уравнения (2) можно представить в следующем виде:

77

78 Порядок расчета переходных процессов в RL-цепях первого порядка

Порядок расчета переходных процессов в RL-цепях первого порядка

Переходные процессы в RL-цепях первого порядка.

Порядок расчета переходных процессов в RL-цепях первого порядка. Переходный процесс вызван замыканием или размыканием идеального ключа в момент t = 0. 1. Анализируем цепь в момент, предшествующий коммутации (при t = 0-), и определяем ток индуктивного элемента iL(0). 2. Заменяем индуктивный элемент источником тока iL(0). Анализируя полученную схему замещения, определим начальные значения искомых напряжений или токов .

78

79 Замыкаем накоротко зажимы, к которым подключен индуктивный элемент

Замыкаем накоротко зажимы, к которым подключен индуктивный элемент

Переходные процессы в RL-цепях первого порядка.

3. Замыкаем накоротко зажимы, к которым подключен индуктивный элемент. Определяем установившиеся значения интересующих нас токов и напряжений . 4. Определяем входное сопротивление резистивной цепи со стороны зажимов, к которым подключен индуктивный элемент. Рассчитываем постоянную времени цепи по формуле или . 5. Записываем решение в виде

79

80 Интегрирующие и дифференцирующие цепи находят широкое применение в электронике

Интегрирующие и дифференцирующие цепи находят широкое применение в электронике

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Интегрирующие и дифференцирующие цепи находят широкое применение в электронике, системах автоматического управления, при аналого-цифровом преобразовании и генерации периодических колебаний. Интегрирующими называют цепи, напряжение на выходе которых пропорционально интегралу входного напряжения. Простейшая интегрирующая цепь

80

81 Ток в цепи

Ток в цепи

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Ток в цепи

Выходное напряжение

При выполнении условия за счет большого значения постоянной времени

81

82 Инвертирующий интегратор на операционном усилителе

Инвертирующий интегратор на операционном усилителе

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Инвертирующий интегратор на операционном усилителе

Выходное напряжение

82

83 Анализ демпфированного интегратора

Анализ демпфированного интегратора

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Пример. Анализ демпфированного интегратора. Рассчитать напряжение на выходе схемы, показанной на рис, при включении на входе источника постоянного напряжения. Операционный усилитель идеальный.

83

84 Схема замещения для момента времени

Схема замещения для момента времени

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Решение. Поскольку сначала ключ был разомкнут, начальные условия в цепи нулевые:

Схема замещения для момента времени

84

85 Интегрирующие и дифференцирующие цепи

Интегрирующие и дифференцирующие цепи

Из уравнения по второму закону Кирхгофа для контура, включающего вход ОУ, емкостный элемент и выход схемы:

Поскольку , то

85

86 Эквивалентная схема для момента времени

Эквивалентная схема для момента времени

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Эквивалентная схема для момента времени

Рассматриваемая схема представляет инвертирующий усилитель, напряжение на выходе которого

86

87 Входное сопротивление резистивной части цепи относительно зажимов

Входное сопротивление резистивной части цепи относительно зажимов

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Входное сопротивление резистивной части цепи относительно зажимов, к которым подключен емкостный элемент найдем как отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания:

87

88 Дифференцирующие цепи

Дифференцирующие цепи

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

88

89 Ток короткого замыкания

Ток короткого замыкания

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

Ток короткого замыкания

Таким образом,

Постоянная времени цепи

Итак, напряжение на выходе интегратора изменяется по закону

89

90 График

График

Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

График для случая, когда

, ,

90

91 Угловая частота

Угловая частота

Синусоидальные электрические величины.

? – Угловая частота:

Мгновенное значение синусоидальной функции времени:

– Амплитудное значение.

Аргумент называют фазой синусоидальной функции.

91

92 О величине переменного тока судят по его среднему или действующему значению

О величине переменного тока судят по его среднему или действующему значению

Синусоидальные электрические величины.

О величине переменного тока судят по его среднему или действующему значению. Среднее значение периодической функции времени определяют по формуле:

92

93 Среднее значение синусоидальной функции

Среднее значение синусоидальной функции

Синусоидальные электрические величины.

Среднее значение синусоидальной функции за период равно нулю. Поэтому используют понятие среднего значения за половину периода:

Среднее значение синусоидального тока за половину периода

93

94 Действующее значение переменного тока

Действующее значение переменного тока

Синусоидальные электрические величины.

Действующее значение переменного тока определяется по формуле:

Действующее значение синусоидального тока:

94

95 Синусоидальные электрические величины

Синусоидальные электрические величины

За один период переменного тока в резисторе сопротивлением R выделяется тепловая энергия, равная

Действующее значение синусоидального тока равно такому постоянному току, при котором в резисторе за период выделяется такое же количество тепла, что и при переменном.

95

96 Ток и напряжение резистивного элемента

Ток и напряжение резистивного элемента

Резистивный элемент на синусоидальном токе.

Пусть ток резистивного элемента изменяется синусоидально

В соответствии с законом Ома напряжение

Напряжение резистивного элемента изменяется синусоидально, причем начальные фазы напряжения и тока одинаковы. Ток и напряжение резистивного элемента совпадают по фазе.

96

97 Мгновенная мощность

Мгновенная мощность

Резистивный элемент на синусоидальном токе.

Мгновенная мощность, поглощаемая резистивным элементом, равна:

Мгновенная мощность резистивного элемента – пульсирующая функция времени.

97

98 Резистивный элемент на синусоидальном токе

Резистивный элемент на синусоидальном токе

98

99 Ток индуктивного элемента изменяется синусоидально

Ток индуктивного элемента изменяется синусоидально

Индуктивный элемент на синусоидальном токе.

Если ток индуктивного элемента изменяется синусоидально

То напряжение

Ток индуктивного элемента отстает по фазе от приложенного напряжения на угол или на четверть периода.

.

99

100 Амплитуда напряжения индуктивного элемента

Амплитуда напряжения индуктивного элемента

Индуктивный элемент на синусоидальном токе.

Амплитуда напряжения индуктивного элемента

Величину , имеющую размерность сопротивления, называют индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление является линейной функцией частоты ?.

.

100

101 Мгновенная мощность индуктивного элемента

Мгновенная мощность индуктивного элемента

Индуктивный элемент на синусоидальном токе.

Мгновенная мощность индуктивного элемента

Энергия, запасаемая в магнитном поле индуктивного элемента в первую четверть периода, во вторую четверть периода возвращается во внешнюю цепь.

Активная мощность индуктивного элемента равна нулю:

.

101

102 Напряжение емкостного элемента

Напряжение емкостного элемента

Емкостный элемент на синусоидальном токе.

Если напряжение емкостного элемента – синусоидальная функция времени

То ток

Ток емкостного элемента опережает напряжение на угол или на четверть периода.

102

103 Амплитуда тока емкостного элемента

Амплитуда тока емкостного элемента

Емкостный элемент на синусоидальном токе.

Амплитуда тока емкостного элемента

– Емкостная проводимость.

Величина

Величина, обратная емкостной проводимости, – емкостное сопротивление:

Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте приложенного напряжения.

103

104 Емкостный элемент на синусоидальном токе

Емкостный элемент на синусоидальном токе

Мгновенная мощность емкостного элемента

Энергия, запасаемая в электрическом поле емкостного элемента в первую четверть периода, во вторую четверть периода возвращается во внешнюю цепь.

Активная мощность емкостного элемента равна нулю:

104

105 Резонанс и его значение в радиоэлектронике

Резонанс и его значение в радиоэлектронике

Резонанс – такой режим цепи синусоидального тока, содержащей индуктивные и емкостные элементы, при котором реактивное сопротивление и проводимость равны нулю.

При резонансе приложенное напряжение и входной ток совпадают по фазе. Цепи, в которых возникает явление резонанса, называют резонансными цепями или колебательными контурами.

105

106 Резонанс напряжений наблюдается в цепях с последовательным соединением ветвей

Резонанс напряжений наблюдается в цепях с последовательным соединением ветвей

Резонанс напряжений.

Резонанс напряжений наблюдается в цепях с последовательным соединением ветвей, содержащих L и C элементы.

Простейшей цепью, в которой наблюдается резонанс напряжений, является последовательный колебательный контур.

106

107 Комплексное сопротивление последовательного колебательного контура

Комплексное сопротивление последовательного колебательного контура

Резонанс напряжений.

Комплексное сопротивление последовательного колебательного контура

Резонанс напряжений наступает, когда реактивное сопротивление обращается в нуль, т. е.

Это происходит при резонансной частоте

107

108 Частотные характеристики последовательного колебательного контура

Частотные характеристики последовательного колебательного контура

Резонанс напряжений.

Частотные характеристики последовательного колебательного контура

108

109 Резонанс напряжений

Резонанс напряжений

109

110 Резонанс напряжений

Резонанс напряжений

110

111 Резонанс

Резонанс

напряжений.

111

112 Величину называют добротностью колебательного контура

Величину называют добротностью колебательного контура

Резонанс напряжений.

Величину называют добротностью колебательного контура. Добротность равна отношению напряжения на индуктивном и емкостном элементах в режиме резонанса к напряжению, приложенному к контуру.

112

113 Частотные характеристики последовательного колебательного контура

Частотные характеристики последовательного колебательного контура

113

114 Резонанс токов

Резонанс токов

Простейшей цепью, в которой может наблюдаться резонанс токов, является параллельный колебательный контур

Комплексная проводимость контура

114

115 Резонанс токов наступает, когда реактивная проводимость обращается в нуль

Резонанс токов наступает, когда реактивная проводимость обращается в нуль

Резонанс токов.

Резонанс токов наступает, когда реактивная проводимость обращается в нуль:

Резонансная частота

На резонансной частоте полная проводимость контура минимальна:

115

116 Полное сопротивление параллельного колебательного контура

Полное сопротивление параллельного колебательного контура

Резонанс токов.

Полное сопротивление параллельного колебательного контура на частоте резонанса максимально

116

117 При резонансе токов ток неразветвленной части цепи имеет наименьшее значение

При резонансе токов ток неразветвленной части цепи имеет наименьшее значение

Резонанс токов.

Следовательно, при резонансе токов ток неразветвленной части цепи имеет наименьшее значение и равен току резистивного элемента:

При резонансе токи емкостного и индуктивного элементов

117

118 Характеристическое сопротивление

Характеристическое сопротивление

Резонанс токов.

Величину называют добротностью параллельного колебательного контура. Как и в случае последовательного колебательного контура, характеристическое сопротивление

Добротность параллельного колебательного контура тем больше, чем больше сопротивление резистора R, включенного параллельно индуктивному и емкостному элементам.

118

119 Ряд Фурье в тригонометрической форме

Ряд Фурье в тригонометрической форме

Ряд Фурье в тригонометрической форме

119

120 Ряд Фурье

Ряд Фурье

в тригонометрической форме.

Коэффициенты an и bn вычисляются по формулам

– Постоянная составляющая, равная среднему значению функции f(t) за период:

120

121 Четная функция

Четная функция

Случаи симметрии.

Случай 1. Четная функция:

Разложение в ряд Фурье четной функции содержит только косинусы:

Коэффициенты при синусных составляющих

121

122 Нечетная функция

Нечетная функция

Случаи симметрии.

Случай 2. Нечетная функция:

Разложение в ряд Фурье нечетной функции содержит только синусы:

122

123 Случаи симметрии

Случаи симметрии

Случай 3. Функция f(t) симметрична относительно оси абсцисс при совмещении двух полупериодов во времени, т. е.

Четные гармоники, а также составляющая равны нулю, т. е.

123

124 Последовательность прямоугольных импульсов

Последовательность прямоугольных импульсов

Случаи симметрии.

Пример – последовательность прямоугольных импульсов. Разложение в ряд Фурье такой функции содержит только нечетные гармоники:

U – амплитуда прямоугольных импульсов.

124

125 Ряд Фурье в тригонометрической форме

Ряд Фурье в тригонометрической форме

Комплексная форма ряда Фурье.

Ряд Фурье в тригонометрической форме

Воспользуемся равенствами:

125

126 Комплексная форма ряда Фурье

Комплексная форма ряда Фурье

Ряд Фурье примет вид:

Коэффициент an – четная, а bn – нечетная функция индекса n:

,

Поэтому элемент -jbn можно рассматривать как слагаемое с отрицательным индексом.

126

127 Комплексный коэффициент ряда Фурье

Комплексный коэффициент ряда Фурье

Комплексная форма ряда Фурье.

Изменив нижний предел суммирования на , получим

– комплексный коэффициент ряда Фурье.

В показательной форме:

,

127

128 Комплексный частотный спектр

Комплексный частотный спектр

Совокупность комплексных коэффициентов гармоник называют комплексным частотным спектром функции

Амплитуды гармоник образуют амплитудный спектр.

Начальные фазы образуют фазовый спектр.

128

129 Комплексная амплитуда n-й гармоники

Комплексная амплитуда n-й гармоники

Комплексный частотный спектр.

Комплексная амплитуда n-й гармоники

Используя равенства

получим, что комплексный коэффициент ряда Фурье

129

130 Электрические свойства полупроводников

Электрические свойства полупроводников

Полупроводниками называют вещества, удельная проводимость которых имеет промежуточное значение между удельными проводимостями металлов и диэлектриков. В отличие от металлов в полупроводниках носители заряда возникают при повышении температуры или поглощении энергии от другого источника. Кроме того, в полупроводниках электропроводность осуществляется двумя различными видами движения электронов. Проводимость полупроводников можно менять в широких пределах, добавляя ничтожно малые количества примесей.

130

131 Структура кристалла кремния

Структура кристалла кремния

Электрические свойства полупроводников.

Структура кристалла кремния Атомы кремния способны объединять свои валентные электроны с другими атомами кремния с помощью ковалентных связей.

131

132 При освобождении электрона в кристаллической решетке появляется незаполненная межатомная связь

При освобождении электрона в кристаллической решетке появляется незаполненная межатомная связь

Электрические свойства полупроводников.

При освобождении электрона в кристаллической решетке появляется незаполненная межатомная связь. Такие «пустые» места с отсутствующими электронами получили название дырок. Возникновение дырок в кристалле полупроводника создает дополнительную возможность для переноса заряда. Дырка может быть заполнена электроном, перешедшим под действием тепловых колебаний от соседнего атома. Последовательное заполнение свободной связи электронами эквивалентно движению дырки в направлении, противоположном движению электронов, что равносильно перемещению положительного заряда.

132

133 В полупроводнике имеются два типа носителей заряда

В полупроводнике имеются два типа носителей заряда

Электрические свойства полупроводников.

Таким образом, в полупроводнике имеются два типа носителей заряда – электроны и дырки, а общая проводимость полупроводника является суммой электронной проводимости (n-типа) и дырочной проводимости (р-типа). Для увеличения проводимости чистых полупроводниковых материалов применяют легирование – добавление небольших количеств посторонних элементов, называемых примесями. Используются два типа примесей. Примеси первого типа – пятивалентные – состоят из атомов с пятью валентными электронами. Примеси второго типа – трехвалентные – состоят из атомов с тремя валентными электронами.

133

134 Структура кристалла

Структура кристалла

Электрические свойства полупроводников.

Структура кристалла кремния, легированного пятивалентным материалом (фосфором)

134

135 Атом фосфора

Атом фосфора

Электрические свойства полупроводников.

Атом фосфора называют донором, поскольку он отдает свой лишний электрон. Электроны в таком полупроводнике являются основными носителями, а дырки – неосновными носителями. Основные носители имеют отрицательный заряд, поэтому такой материал называется полупроводником n-типа. В качестве донорных примесей для германия и кремния используют фосфор, мышьяк, сурьму.

135

136 Электрические свойства полупроводников

Электрические свойства полупроводников

Когда полупроводниковый материал легирован трехвалентными атомами, например атомами индия (In), то эти атомы разместят свои три валентных электрона среди трех соседних атомов. Это создаст в ковалентной связи дырку. Структура кристалла кремния, легированного трехвалентным материалом

136

137 Дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными

Дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными

Электрические свойства полупроводников.

Так как дырки легко принимают электроны, то атомы, которые вносят в полупроводник дополнительные дырки, называются акцепторами. Дырки являются основными носителями, а электроны – неосновными. Поскольку основные носители имеют положительный заряд, материал называется полупроводником р-типа. В качестве акцепторных примесей в германии и кремнии используют бор, алюминий, галлий, индий.

137

138 Вольт-амперная характеристика р–n-перехода

Вольт-амперная характеристика р–n-перехода

Контакт двух полупроводников с различными типами проводимости называется р–n-переходом. Сопротивление р–n-перехода зависит от направления тока через него. Поскольку концентрация электронов в n-области значительно больше их концентрации в p-области, происходит диффузия электронов из n-области в p-область. В n-области остаются неподвижные положительно заряженные ионы доноров. Одновременно происходит диффузия дырок из p-области в n-область. За счет этого приграничная р-область приобретает отрицательный заряд, обусловленный отрицательно заряженными ионами акцепторов.

138

139 Характеристика р–n-перехода

Характеристика р–n-перехода

Вольт-амперная характеристика р–n-перехода.

Прилегающие к р–n-переходу области образуют слой объемного заряда, обедненный основными носителями. В слое объемного заряда возникает контактное электрическое поле Ek, препятствующее дальнейшему переходу электронов и дырок из одной области в другую.

139

«Электротехника и электроника»
http://900igr.net/prezentatsii/fizika/Elektrotekhnika-i-elektronika/Elektrotekhnika-i-elektronika.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

133 темы
Слайды
Презентация: Электротехника и электроника.ppt | Тема: Электричество | Урок: Физика | Вид: Слайды
900igr.net > Презентации по физике > Электричество > Электротехника и электроника.ppt