Adalah diketahui bahawa litar elektrik adalah koleksi pelbagai peranti. Mereka memastikan aliran arus elektrik, kebanyakan proses di dalamnya boleh dicirikan oleh pelbagai kuantiti, seperti voltan, arus, rintangan.
Berdasarkan perkara di atas, kita boleh mengatakan bahawa litar elektrik ialah koleksi objek dan peranti tertentu yang bertindak sebagai "laluan" untuk aliran arus elektrik. DALAM litar elektrik Pelbagai arus boleh mengalir, sama ada malar dan berselang-seli. Litar elektrik selalunya boleh didapati di litarnya perwakilan grafik- gambar rajah elektrik, mereka menunjukkan semua elemen yang terdapat dalam litar.
Jenis-jenis litar elektrik
Mereka boleh dibahagikan mengikut struktur mereka terdapat dua jenis utama: bercabang dan tidak bercabang. Jenis pertama boleh dikaitkan secara bersyarat jenis mudah rantai. Dalam litar elektrik sedemikian, arus dengan kekuatan yang sama mengalir. Rantai bercabang mempunyai rupa yang agak mudah dan linear. Mereka biasanya mengandungi sebilangan kecil unsur.
Walau bagaimanapun, rantai bercabang juga boleh menjadi mudah; ini tidak bermakna ia kompleks dalam struktur. Percabangan rantai hanya membayangkan kehadiran nod dan cawangan di dalamnya.
Cawangan– ini adalah bahagian litar elektrik yang tertutup di antara dua nod, unsur-unsurnya disambung secara bersiri. Kekuatan semasa dalam cawangan litar bercabang boleh berbeza. Simpulan– titik sambungan dalam litar elektrik sekurang-kurangnya tiga cawangan.
Satu lagi ciri tersendiri litar antara satu sama lain ialah kelinearan atau ketaklinearan mereka. Jika litar mengandungi unsur tak linear, maka litar itu, sewajarnya, dipanggil tak linear. Unsur tersebut termasuk unsur yang mempunyai ciri voltan arus tak linear atau voltan coulomb. Jika terdapat sekurang-kurangnya satu elemen sedemikian dalam rantai, maka keseluruhan rantai tergolong dalam kategori tak linear.
Litar linear tidak mengandungi unsur-unsur sedemikian; ia tidak mengandungi unsur-unsur seperti kapasitor, perintang dan induktor sahaja. Litar linear juga boleh difahami sebagai litar yang mengandungi peranti elektronik dengan julat ciri tertentu, iaitu ciri ini adalah linear. Ini boleh menjadi pelbagai penguat, peranti lain dengan unsur aktif, dsb.
Kumpulan utama elemen litar elektrik
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, litar elektrik semestinya mengandungi yang paling banyak pelbagai elemen, menjalankan fungsi mereka sendiri. Kesemuanya boleh dibahagikan kepada 3 kumpulan:
Kumpulan pertama unsur- Ini adalah sumber kuasa. Ini termasuk semua peranti yang berfungsi untuk menggerakkan litar elektrik. Ini adalah pelbagai bateri, sel galvanik, penjana termoelektrik dan elektromekanikal, dan lain-lain. Mereka memberikan kuasa kepada litar elektrik keanehannya ialah rintangan dalamannya rendah jika dibandingkan dengan rintangan unsur-unsur yang tinggal pada litar elektrik;
Kumpulan kedua unsur– sebenarnya, beban termasuk semua peranti yang menukar tenaga elektrik kepada mana-mana jenis tenaga lain: mekanikal, haba, cahaya, dll. Peranti dalam kumpulan ini juga dipanggil penerima elektrik. Penerima elektrik termasuk pelbagai peranti, mekanisme seperti motor elektrik, lekapan lampu, pemanas dan banyak lagi. Ciri utama mereka ialah voltan dan kuasa. Untuk membolehkan peranti beroperasi dalam mod biasa, voltan stabil yang diperlukan mesti sentiasa dikekalkan pada hujung dan terminalnya.
Kumpulan ketiga elemen terdiri daripada elemen pensuisan yang direka untuk menghantar tenaga elektrik daripada sumber kuasa (elemen kumpulan pertama) kepada penerima elektrik (elemen kumpulan kedua). Ini termasuk wayar, pelbagai peranti yang menyokong voltan dan arus, peranti pengukur, peranti perlindungan, dsb.
Ciri-ciri penyambung elemen litar elektrik
Sudah tentu, semua elemen litar elektrik berinteraksi antara satu sama lain, kerana ia semestinya disambungkan. Terdapat dua jenis sambungan: berurutan Dan selari:
Pada sambungan bersiri semua elemen dengan ketat mengikuti satu sama lain - "akhir" satu elemen disambungkan ke "permulaan" yang lain, yang disambungkan dengan cara yang sama ke elemen seterusnya. Dalam kes ini, adalah mustahil untuk mendapatkan rantai bercabang. Litar selari mempunyai cawangan, jadi ia adalah litar elektrik yang lebih kompleks dan meluas.
KONSEP DAN UNDANG-UNDANG ASAS TEORI LITAR ELEKTRIK
Litar elektrik sebenar ialah satu set peranti yang direka untuk menghantar, mengedar dan menukar tenaga. DALAM kes am litar elektrik mengandungi sumber tenaga elektrik, penerima tenaga elektrik, alat pengukur, peralatan pensuisan, talian penyambung dan wayar.
Litar elektrik mewakili satu set sumber, pengguna (atau unsur aktif dan pasif, masing-masing) dan penukar tenaga elektrik yang disambungkan dengan cara tertentu.
Rantai itu dipanggil pasif, jika ia hanya terdiri daripada unsur pasif, dan aktif, jika ia juga mengandungi unsur aktif.
Sumber tenaga elektrik dipanggil unsur litar elektrik yang menukarkan tenaga bukan elektrik kepada tenaga elektrik. Contohnya: sel galvanik dan bateri menukar tenaga kimia, unsur termo - haba, penjana elektromekanikal - mekanikal.
Pengguna tenaga elektrik dipanggil unsur litar elektrik yang menukar tenaga elektrik kepada tenaga bukan elektrik. Contohnya: lampu pijar - dalam cahaya dan haba, alat pemanas- ke dalam termal, motor elektrik - ke mekanikal.
Penukar tenaga elektrik dipanggil peranti yang mengubah magnitud dan bentuk tenaga elektrik. Contohnya: transformer, penyongsang menukar arus terus kepada arus ulang alik, penerus - AC kepada pemalar, peranti untuk penukaran frekuensi.
Untuk melakukan pengiraan, setiap peranti elektrik mesti diwakili litar setara. Litar setara litar elektrik terdiri daripada satu set elemen ideal yang dipaparkan sifat individu peranti sedia ada secara fizikal. Oleh itu, perintang ideal (rintangan R) mengambil kira penukaran tenaga elektromagnet kepada haba, kerja mekanikal atau sinarannya. Kapasitor ideal (kapasiti DENGAN) dan induktor (aruhan L) dicirikan oleh keupayaan untuk mengumpul tenaga daripada medan elektrik dan magnet, masing-masing.
Sumber, pengguna dan wayar penyambung membentuk litar elektrik, di setiap bahagiannya a voltan elektrik dan bocor arus elektrik. Secara amnya, voltan dan arus ini boleh malar dan berubah-ubah dalam masa dan bergantung kepada sifat elemen litar. Bahagian ini akan mempertimbangkan arus terus dan voltan.
Litar elektrik sebenar dikaji menggunakan model yang digambarkan menggunakan simbol dalam bentuk gambar rajah elektrik.
Voltan U pada elemen litar elektrik ditunjukkan dalam rajah (Rajah 1.1) dengan tanda "+" dan "–", yang masuk akal hanya apabila dipertimbangkan bersama, kerana tanda "+" menunjukkan titik yang berpotensi lebih tinggi.
. (1.1)
Unit ukuran U– volt (B).
Semasa I dalam elemen litar elektrik ditunjukkan oleh anak panah dalam rajah (Rajah 1.2) dan menunjukkan arah pergerakan tertib positif caj elektrik, jika arus I dinyatakan sebagai nombor positif.
Unit ukuran saya– ampere(A)
Hubungan antara arus dan voltan merentasi elemen litar dipanggil ciri voltan semasa (ciri volt-ampere) elemen, yang biasanya diwakili secara grafik. Dalam Rajah. 1.3 menunjukkan ciri voltan semasa pengguna pelbagai jenis. Ciri voltan arus garis lurus (1) dan (3) sepadan dengan unsur linear, dan ciri voltan arus lengkung (2) sepadan dengan unsur tak linear.
Dalam tutorial ini, kami hanya mengkaji litar linear yang mana perhubungan const = k atau sisihan daripada nilai tetap adalah kecil. Dalam kes ini, apabila ciri voltan semasa digambarkan oleh garis yang hampir dengan garis lurus, ia dianggap bahawa pengguna mematuhi Hukum Ohm mengikut mana voltan dan arus adalah berkadar antara satu sama lain. Faktor perkadaran ini k dipanggil rintangan elektrik unsur R, yang diukur dalam Omaha(Ohm).
Sebagai pengguna dalam teori litar elektrik DC bertindak sebagai perintang yang dicirikan oleh rintangan ( R), yang mana hukum Ohm adalah sah:
atau , . (1.3)
Penamaan perintang pada litar elektrik ditunjukkan dalam Rajah. 1.4.
Timbal balik rintangan dipanggil kekonduksian, yang diukur dalam Siemens(Cm).
Hukum Ohm boleh diwakili dari segi kekonduksian:
. (1.4)
Dalam unsur pasif, arus mengalir dari titik berpotensi tinggi ke titik berpotensi lebih rendah. Oleh itu, dalam Rajah. 1.5 anak panah semasa diarahkan dari "+" ke "–", yang sepadan dengan hukum Ohm dalam bentuk
. (1.5)
Untuk sebutan yang diterima pakai dalam Rajah. 1.6, hukum Ohm hendaklah ditulis dalam bentuk berikut: .
Oleh itu, dalam TOE pengguna dimodelkan sebagai pengguna ideal, yang sifatnya ditentukan oleh nilai parameter tunggal ( R atau G).
Sumber tenaga dimodelkan menggunakan sumber EMF (E), atau punca voltan, dan punca arus ( J). Ciri voltan semasa sumber tenaga adalah ciri luaran, biasanya bersifat jatuh, kerana Dalam kebanyakan kes, apabila arus meningkat, voltan sumber berkurangan.
Sumber voltan yang ideal- ini adalah elemen litar yang voltannya tidak bergantung pada arus dan nilai malar yang diberikan ia sepadan dengannya dalam Rajah. 1.7 ciri voltan arus berterusan.
Pada hakikatnya, kita berhadapan dengan sumber voltan sebenar yang berbeza daripada sumber yang ideal hakikat bahawa voltan mereka berkurangan dengan peningkatan penggunaan arus. Ciri voltan semasa bagi sumber voltan sebenar ditunjukkan dalam Rajah. 1.7 dengan garis putus-putus, tangen sudut kecondongan yang sama dengan rintangan dalaman sumber voltan R 0 . Mana-mana sumber sebenar dengan rintangan beban R >> R 0 boleh diidealkan seperti berikut (Rajah 1.8):
U 12(sebenar) = IR–E,
E sebenar = E-IR (1.6)
Oleh itu, sifat sumber EMF atau sumber voltan sebenar ditentukan oleh dua parameter - EMF yang dihasilkan E dan rintangan dalaman R 0 .
Sumber semasa yang ideal- ini adalah elemen litar yang arusnya tidak bergantung pada voltan dan nilai malar yang diberikan ia sepadan dengan ciri voltan arus berterusan dalam Rajah. 1.9.
Dalam sumber arus sebenar, apabila voltan meningkat, arus yang dihasilkan berkurangan. Ciri voltan arus bagi sumber arus sebenar ditunjukkan dalam Rajah. 1.9 dengan garis putus-putus, tangen sudut kecondongan yang sama dengan kekonduksian dalaman sumber semasa G 0 . Mana-mana sumber semasa sebenar boleh dikurangkan kepada yang ideal seperti berikut (Rajah 1.10):
, (1.7)
di mana J, G 0 – parameter malar.
Oleh itu, sifat sumber arus pemanduan ditentukan oleh dua parameter: arus pemanduan J dan kekonduksian dalaman G 0 . Semakin kurang G 0, semakin hampir ciri-ciri sumber semasa sebenar kepada yang ideal.
Kerana rintangan dalaman sumber sebenar sentiasa boleh dikaitkan dengan pengguna litar lagi, hanya sumber voltan dan arus yang sesuai dipertimbangkan.
Wayar yang menghubungkan pengguna dan sumber, mengikut sifatnya, juga berkaitan dengan pengguna tenaga. Walau bagaimanapun, selalunya dipercayai bahawa wayar hanya menjalankan fungsi penyambungan dan berfungsi hanya untuk menunjukkan bagaimana elemen individu litar saling bersambung. Rintangan wayar, jika tidak boleh diabaikan, diambil kira dengan menyambungkan pengguna tambahan di tempat yang sesuai dalam litar.
Oleh itu, dalam teori litar elektrik linear, objek kajian ialah model pengiraan, terdiri daripada pengguna dan sumber ideal, konfigurasi dan sifat unsur-unsur yang ditentukan oleh keadaan masalah.
Apabila menyelesaikan masalah nilai hebat diberi struktur litar elektrik (topologi), ditentukan oleh sifat hubungan antara unsur.
Litar elektrik ialah koleksi sumber dan penerima tenaga elektrik yang disambungkan antara satu sama lain yang mana arus elektrik boleh mengalir.
Litar elektrik yang paling ringkas terdiri daripada sumber, satu atau lebih penerima tenaga elektrik yang disambungkan secara siri (beban, pengguna) dan wayar penyambung (Rajah 1.2). nasi. 1.2
Sumber kuasa terbentuk bahagian dalam litar, dan pengguna - bersama-sama dengan wayar penyambung, alat pengukur dan peranti pensuisan - bahagian luar litar.
Apabila bahagian luar dan dalam litar membentuk litar tertutup, arus elektrik berlaku dalam litar.
Magnitud atau kekuatan arus ditentukan oleh jumlah elektrik (cas) yang melalui keratan rentas konduktor per unit masa:
saya=,A- untuk arus terus; ί
=
,A- untuk arus ulang alik.
Laluan arus elektrik dalam litar dikaitkan dengan proses penukaran tenaga berterusan dalam setiap elemennya.
Dalam proses menukar jenis tenaga lain kepada tenaga elektrik, emf teruja dalam sumber kuasa E,DALAM.
Litar luaran dan sumber tenaga itu sendiri mempunyai rintangan kepada laluan arus elektrik.
Sifat fizikal rintangan ohmik R– pergerakan haba atom dan molekul badan (superkonduktiviti). Jumlah rintangan bergantung pada bahan, bentuk dan saiz konduktor:
R
=
,
Ohm.
(1.8)
Timbal balik rintangan dipanggil kekonduksian:
=,
Cm.
(1.9)
EMF E voltan U, semasa saya, rintangan R dalam rantaian termudah mereka disambungkan oleh hukum Ohm:
saya=
. (1.10)
Untuk litar dalam Rajah. 1.2:
saya=
. (1.11)
Daripada (1.11) mengikut persamaan keadaan elektrik litar (Rajah 1.2):
E= I R 0 +I R= I R 0 +U; (1.12)
E=U+I·R 0. (1.13)
Daripada (1.13) ia mengikutinya E>U dengan jumlah penurunan voltan merentasi rintangan dalaman: saya R 0. (1.14)
Berdasarkan definisi voltan, cara kerja untuk menggerakkan cas +1 boleh ditulis:
A=Uq= UIT; (1.15)
P=
=Usaya, (1.16)
di mana A- kerja semasa, J;R- kuasa semasa, W.
Jika dalam bahagian litar tenaga elektrik ditukar hanya kepada haba, maka formula (1.15) dan (1.16) boleh ditulis secara berbeza (dengan menggantikan U=saya R):
A=saya 2 Rt Dan P= saya 2 R.
Ini ialah undang-undang Joule–Lenz (pekali 0.24 diterima untuk penukaran A daripada J V najis).
Untuk mengira litar, arah positif bersyarat dipilih E,U, saya dan ia ditunjukkan oleh anak panah (Rajah 1.3).
Arus dalam litar termudah bertepatan dengan arah dengan EMF. Dalam litar kompleks, arah arus di mana-mana cawangan sentiasa tidak jelas sebelum pengiraan, jadi ia dipilih sewenang-wenangnya. Anak panah voltan U diarahkan dari titik berpotensi lebih tinggi ke titik potensi rendah.
1.3. Mod pengendalian litar elektrik DC
Ciri yang paling banyak ialah 4 mod: nominal, kelajuan terbiar, litar pintas dan dipadankan.
Mod nominal sumber dan penerima dalam litar elektrik dicirikan oleh fakta bahawa voltan, arus dan kuasa mereka sepadan dengan nilai yang direka oleh pengeluar.
Mod terbiar. Arus sumber dan penerima adalah sifar ( saya=0).
Mod litar pintas. Voltan di kawasan itu ialah sifar ( U litar pintas=0), penerima dipinggirkan dengan rintangan yang sangat rendah R→0.
Mod diselaraskan - apabila elemen pasif litar luaran berfungsi dengan kuasa maksimum dengan sumber ini.
Adalah mudah untuk mendapatkan syarat-syarat rejim yang dirundingkan. Mari kita tulis persamaan keadaan elektrik bagi litar termudah (Rajah 1.1):
E=U+R 0 saya, Di mana U=I·R. (1.17)
R- rintangan litar luaran,
R 0 – rintangan sumber.
Mari kita darab (1.17) dengan saya:
EI = UI + R 0 saya 2 ,
P 1 = P 2 + P 0 ,
R 1 - sumber kuasa,
R 2 – kuasa dihantar ke litar luaran,
R 0 – kehilangan kuasa sumber dalaman.
R 2
=
Usaya=
R.I. 2
=
R
- mempunyai maksimum
apabila nilai: 
– maksimum iaitu:
(R 0 +R) 2 –2R(R 0 +R)= 0, R 0 +R–2R= 0, R=R 0 .
Akibatnya, litar luaran dan sumber beroperasi dalam mod yang diselaraskan apabila R= R 0 .
Kecekapan dalam mod dipadankan ialah:
η
=
=
=
=0,5.
Litar mod dipadankan perlu ditangani apabila kecekapan rendah tidak penting kerana kuasa litar yang rendah dan apabila isu kuasa maksimum dalam beban mengatasi pertimbangan ekonomi.
Mana-mana orang, melainkan, sudah tentu, dia telah meninggalkan faedah tamadun, dikelilingi oleh banyak peranti elektrik. Anda tidak perlu melihat jauh untuk contoh: TV, telefon, yang paling biasa, dll. Asas semua peranti yang serupa ialah litar elektrik. Banyak sumber sastera memberikan definisi yang sama, walau bagaimanapun, berhubung dengan pelbagai yang paling mudah. Mengapa demikian, kerana peranti elektronik moden sangat kompleks sehingga penyelenggaraannya dipercayai kepada sistem berkomputer? Memang pelik, lebih-lebih lagi kalau ingat unit pemprosesan pusat komputer peribadi dengan berjuta-juta transistor mereka - ia juga mengandungi litar elektrik Sebab untuk pemudahan definisi di atas adalah bahawa mana-mana, walaupun yang paling kompleks, gambarajah elektrik boleh diwakili dalam bentuk kuantiti yang banyak komponen paling mudah. Dengan cara ini, inilah sebabnya ia menjadi mungkin untuk dilakukan pengiraan yang diperlukan menggunakan formula yang diketahui.
Jadi, kami telah memutuskan yang mudah dan kompleks. Sekarang mari kita terangkan apa itu litar elektrik. Untuk menjadikannya lebih jelas, mari kita pertimbangkan contoh paling mudah- lampu suluh elektrik. Dan bukan yang menggunakan cip kawalan (mod penukaran, berkelip, dll.), Tetapi yang paling biasa - dengan bateri, mentol lampu dan suis kuasa. Ia terdiri daripada perumahan yang menempatkan sumber itu sendiri, petak bateri dengan dua kenalan. Dengan memasukkan bateri ke dalam perumah dan menjentik suis, anda boleh mencapai cahaya arah yang terang pada lampu. Setelah menyelesaikan tindakan ini, kami telah membentuk apa yang dipanggil litar elektrik (dalam slanga profesional, kami telah memasang litar). elektrik (bateri) bergegas di sepanjang laluan: sentuhan kutub positif - konduktor, suis togol - lampu - kutub negatif. Ini dipanggil "litar elektrik paling mudah". Dalam contoh dengan lampu suluh, terdapat tiga elemen: sumber EMF, suis togol dan lampu. Perlu diingat bahawa pergerakan elektron (arus) hanya mungkin sepanjang gelung tertutup, jadi jika suis togol dimatikan dan litar rosak, ia akan hilang, walaupun voltan sumber akan kekal. Dengan cara ini, semua proses boleh diterangkan dan dikira bukan sahaja melalui arus, tetapi juga melalui voltan, kuasa, dan EMF.
Alat pengiraan universal ialah hukum Ohm. Dalam kes ini ia kelihatan seperti:
di mana saya semasa, Amperes; E - EMF, Volt; R - rintangan mentol lampu, Ohm; r ialah rintangan sumber EMF, Ohm. Dalam contoh yang digunakan, pengaruh suis togol tidak diambil kira, kerana ia boleh diabaikan.
Jadi, litar elektrik dan unsur-unsurnya mungkin termasuk sumber kuasa, perintang, kapasitor, komponen semikonduktor, dll. Selain itu, semua ini mesti disambungkan bersama oleh konduktor yang membentuk laluan berterusan untuk laluan arus.
Rantai mudah dibahagikan kepada tidak bercabang dan bercabang. Dalam kes pertama, arus yang sama melalui semua unsur konstituen (peraturan untuk pengguna). Dalam kes kedua, satu atau lebih cawangan ditambah, disambungkan ke litar paling mudah yang sedang dipertimbangkan melalui nod. Dalam kes ini, sambungan campuran elemen litar terbentuk, jadi nilai arus yang mengalir di setiap cawangan adalah berbeza. Di sini, cawangan ialah bahagian litar elektrik di mana arus yang sama mengalir melalui semua elemennya, dan hujung yang bertentangan disambungkan pada dua nod. Sehubungan itu, nod ialah titik dalam litar elektrik di mana tiga atau lebih cawangan bertumpu. hidup gambar rajah litar nod sering ditunjukkan oleh titik, yang memudahkan persepsi (membaca).