Контур электротехника: Контур электрической цепи

Контур электрический — это… Что такое Контур электрический?

Контур электрический
контур электрической цепи, любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям электрической цепи (См. Электрическая цепь).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
1969—1978.

  • Контур
  • Контурная съёмка

Смотреть что такое «Контур электрический» в других словарях:

  • КОНТУР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — (контур электрической цепи) любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям электрической цепи. Иногда термин контур электрический используют как синоним термина колебательный контур …   Большой Энциклопедический словарь

  • контур электрический — (контур электрической цепи), любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям электрической цепи. Иногда термин «контур электрический» используют как синоним термина «колебательный контур». * * * КОНТУР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТУР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ… …   Энциклопедический словарь

  • КОНТУР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — (контур электрич. цепи), любой замкнутый путь, проходящий по неск. ветвям электрич. цепи. Иногда термин К. э. используют как синоним термина колебательный контур …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • КОНТУР — (фр. contour, от contourner обертывать, очерчивать). Очертание, профиль, очерк. В рисовании: линия, которая определяет внешнюю форму предмета. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОНТУР набросок,… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • КОНТУР — (1) замкнутая цепь проводников, по которой течёт электрический ток; (2) очертание какого либо предмета, линия, очерчивающая систему точек на плоскости млн. форму конфигурации в пространстве …   Большая политехническая энциклопедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР — электрическая цепь, состоящая из конденсаторов и катушек индуктивности (или активных сопротивлений), соединённых определённым образом с целью выделения только полезных сигналов и подавления колебаний др. полосы частот («частота среза»), которые… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Электрический конденсатор — У этого термина существуют и другие значения, см. Конденсатор (значения). См. также: варикап Основа конструкции конденсатора две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик …   Википедия

  • электрический контур — elektrinis kontūras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric circuit vok. elektrischer Kreis, m rus. электрический контур, m pranc. circuit électrique, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Электрический фильтр — Фильтр в электронике  устройство для выделения желательных компонент спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных. Содержание 1 Типы фильтров 2 Принцип работы пассивных аналоговых фильтров …   Википедия

  • Электрический фильтр (электрич. устройство) — Фильтр в электронике  устройство для выделения желательных компонент спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных. Содержание 1 Типы фильтров 2 Принцип работы пассивных аналоговых фильтров …   Википедия

Электротехника. Уравнения Кирхгофа — Botva-Project

Разберем на примере домашнего задания, как пользоваться уравнениями Кирхгофа при расчете электрических цепей.

Задается электрическая схема, в которой известны значения всех сопротивлений и ЭДС источников напряжения. То есть все R и E заданы.

Первым делом, нужно определить, сколько в схеме узлов, независимых контуров и ветвей.

Узел — это просто точка, где сходится три и больше проводов. Иногда составители заданий хитрят и отмечают жирной точкой углы схем, не ведитесь, это провокация. Узлом считается только то место, где проводов не меньше трех. В нашем случае узлов 4. Нумеруем их в произвольном порядке.

Число независимых контуров мы определяем по количеству геометрических фигур, составляющих схему. Обычно это не составляет труда, хотя встречаются и замороченные схемы, где не сразу становится очевидным количество контуров. То есть мысленно делаем заливку каждого участка схемы, и количество получившихся цветов соответствует количеству независимых контуров. Просим прощения за косноязычность, но стараемся объяснять, что называется, «на пальцах», чтобы было понятно. Вот контуры в нашей схеме.

Ветвь — это участок провода между двумя узлами. Участки 1-2, 1-4, 1-3, 2-4, 2-3, 3-4 — это ветви нашей схемы. Всего получается 6 ветвей. В каждой из них течет свой ток, который надо обозначить на схеме. Направление стрелки, указывающей ток, выбираем произвольно (разве что, мы любим в ветвях с источниками напряжения выбирать направления токов туда же, куда указывают стрелки ЭДС). А вообще, направление стрелок ни на что не влияет, в результате расчета часть токов получится со знаком «плюс» (значит, направление соответствует выбранному), а часть токов — со знаком «минус» (значит, направление тока противоположно). Вот наши токи на схеме. Заодно выберем направление обхода в каждом контуре. Направление можно выбирать произвольно, но мы рекомендуем всегда брать направление по часовой стрелке во всех контурах. Меньше будете путаться.

Подведем промежуточный итог. Мы изучили данную схему, посчитали количество узлов (четыре), количество независимых контуров (три), количество ветвей (шесть), пронумеровали узлы, контуры, выбрали направление обхода и расставили стрелки токов в ветвях (шесть токов в соответствии с количеством ветвей).

Перейдем непосредственно к уравнениям Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа гласит: сколько тока пришло в узел, столько и должно выйти. Напоминает закон сохранения чего-угодно и по сути им и является. То есть сумма токов, вошедших в узел, равна сумме токов вышедших из узла. На практике это выглядит так: смотрим на любой узел, записываем, какие токи текут в ветвях, составляющих этот узел (из определения узла понятно, что их должно быть не меньше трех), входящие токи берем с плюсом, исходящие — с минусом. В сумме должен получиться ноль. Число уравнений, записанных по первому закону Кирхгофа, должно быть на единицу меньше, чем количество узлов в схеме. То есть из четырех узлов выбираем любые три. Исключительно из любви к прекрасному возьмем подряд узлы 1, 2, 3.

Смотрим на узел 1. В нем сходятся ветви 1,3,5, ток I1 входит (+), ток I3 выходит (-), ток I5 выходит (-).

Получаем первое уравнение.

Узел 2. В нем сходятся ветви 1,2,4, ток I1 выходит (-), ток I2 входит (+), ток I4 выходит (-).

Второе уравнение.

Узел 3. В нем сходятся ветви 4,5,6, ток I4 входит (+), ток I5 входит (+), ток I6 выходит (-).

Третье уравнение.

Аналогично можно записать уравнение по первому закону Кирхгофа для узла 4, но это уже будет избыточное уравнение. Нам нужно только три, но, подчеркиваем, что выбрать можно любые три узла.

Второй закон Кирхгофа простыми словами сводится к следующему: сумма напряжений на каждом резисторе внутри контура должна быть равна ЭДС этого контура. На практике это выглядит так: берем по очереди каждый контур, в левой части уравнения пишем напряжения на резисторах. Как мы помним из закона Ома U=IR, то есть напряжение на резисторе равно произведению силы тока в ветви на сопротивление резистора. ЭДС контура — это источники напряжения Е в нашей схеме. В общем, проще показать на примере, чем объяснить.

Уравнений пишем ровно столько, сколько в цепи независимых контуров, то есть три. Начинаем по порядку.

Контур I. Направление обхода мы выбрали по часовой стрелке. Ток I1 мы направили в другую сторону, поэтому падение напряжения на резисторе R1 берется с минусом. В резисторе R2 ток тот же и тоже берется с минусом. Ток I2 течет без сопротивления, игнорируем его, ток I3 — то же самое. ЭДС в контуре одна — E1, и направление также противоположно выбранному направлению обхода, значит, в правую часть уравнения записываем E1 со знаком минус.

Для контура I уравнение Кирхгофа выглядит так:

Контур II обходим тоже по часовой стрелке. Ток I4 течет через сопротивление R4 в направлении, совпадающем с направлением обхода. Токи I2 и I6 текут без сопротивлений, так что в уравнение не входят. ЭДС в правой части уравнения: E1 с плюсом, E3 с плюсом, E4 с плюсом.

Уравнение получается таким:

И наконец контур III. Ток I5 через резистор R5 с минусом, токи I3 и I6 не участвуют. ЭДС E2 с минусом.

Получаем

Окончательно получаем систему из шести уравнений (как раз столько, сколько у нас неизвестных токов в наших ветвях).

Эта система имеет одно решение, так что, решив ее любым доступным вам методом (мы предпочитаем решать в MathCad, поскольку меньше риск арифметической ошибки и проще вносить исправления, если понадобится), вы определите все неизвестные токи в цепи.

В следующих разделах мы обсудим методы проверки расчета электрической схемы, а также рассмотрим другие способы решения, такие как метод контурных токов, метод межузловых потенциалов, метод эквивалентного генератора.

Надеемся, материал был полезен.

Всегда ваша, Botva-Project

Топология электрической цепи (Лекция N 2)

Электрическая цепь характеризуется совокупностью элементов, из которых она
состоит, и способом их соединения. Соединение элементов электрической цепи наглядно
отображается ее схемой. Рассмотрим для примера две электрические схемы (рис.
1, 2), введя понятие ветви и узла.

Ветвью называется участок цепи, обтекаемый одним и тем же током.

Узел – место соединения трех и более ветвей.

Представленные схемы различны и по форме, и по назначению, но каждая из указанных
цепей содержит по 6 ветвей и 4 узла, одинаково соединенных. Таким образом, в
смысле геометрии (топологии) соединений ветвей данные схемы идентичны.

Топологические (геометрические) свойства электрической цепи не зависят от типа
и свойств элементов, из которых состоит ветвь. Поэтому целесообразно каждую
ветвь схемы электрической цепи изобразить отрезком линии. Если каждую ветвь
схем на рис. 1 и 2 заменить отрезком линии, получается геометрическая фигура,
показанная на рис. 3.

Условное изображение схемы, в котором каждая ветвь заменяется отрезком линии,
называется графом электрической цепи. При этом следует помнить, что ветви
могут состоять из каких-либо элементов, в свою очередь соединенных различным
образом.

Отрезок линии, соответствующий ветви схемы, называется ветвью графа.
Граничные точки ветви графа называют узлами графа. Ветвям графа может
быть дана определенная ориентация, указанная стрелкой. Граф, у которого все
ветви ориентированы, называется ориентированным.

Подграфом графа называется часть графа, т.е. это может быть одна ветвь
или один изолированный узел графа, а также любое множество ветвей и узлов, содержащихся
в графе.

В теории электрических цепей важное значение имеют следующие подграфы:

1. Путь – это упорядоченная последовательность ветвей, в которой каждые
две соседние ветви имеют общий узел, причем любая ветвь и любой узел встречаются
на этом пути только один раз. Например, в схеме на рис. 3 ветви 2-6-5;
4-5; 3-6-4; 1
образуют пути между одной и той же парой узлов 1
и 3. Таким образом, путь – это совокупность ветвей, проходимых непрерывно.

2. Контур – замкнутый путь, в котором один из узлов является начальным
и конечным узлом пути. Например, для графа по рис. 3 можно определить контуры,
образованные ветвями 2-4-6; 3-5-6; 2-3-5-4. Если между любой парой
узлов графа существует связь, то граф называют связным.

3. Дерево – это связный подграф, содержащий все узлы графа, но ни одного
контура. Примерами деревьев для графа на рис. 3 могут служить фигуры на рис.
4.

Рис.4

4. Ветви связи (дополнения дерева) – это ветви графа, дополняющие дерево
до исходного графа.

Если граф содержит m узлов и n
ветвей, то число ветвей любого дерева ,
а числа ветвей связи графа .

5. Сечение графа – множество ветвей, удаление которых делит граф на
два изолированных подграфа, один из которых, в частности, может быть отдельным
узлом.

Сечение можно наглядно изобразить в виде следа некоторой замкнутой поверхности,
рассекающей соответствующие ветви. Примерами таких поверхностей являются для
нашего графа на рис. 3 S1 иS2 . При этом
получаем соответственно сечения, образованные ветвями 6-4-5 и
6-2-1-5
.

С понятием дерева связаны понятия главных контуров и сечений:

  • главный контур – контур, состоящий из ветвей дерева и только одной
    ветви связи;
  • главное сечение – сечение, состоящее из ветвей связи и только одной
    ветви дерева.

Топологические матрицы

Задать вычислительной машине топологию цепи рисунком затруднительно, так как
не существует эффективных программ распознавания образа. Поэтому топологию цепи
вводят в ЭВМ в виде матриц, которые называют топологическими матрицами.
Выделяют три таких матрицы: узловую матрицу, контурную матрицу и матрицу сечений.

1. Узловая матрица (матрица соединений) – это таблица коэффициентов
уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа. Строки этой матрицы соответствуют
узлам, а столбцы – ветвям схемы.

Для графа на рис. 3 имеем число узлов m=4 и число
ветвей n=6. Тогда запишем матрицу АН
, принимая, что элемент матрицы
(i –номер строки; j –номер
столбца) равен 1, если ветвь j
соединена с узлом i и ориентирована от него, -1,
если ориентирована к нему, и 0, если ветвь
j не соединена с узломi . Сориентировав
ветви графа на рис. 3, получим

Данная матрица АН записана для всех четырех узлов и называется
неопределенной. Следует указать, что сумма элементов столбцов матрицы АН
всегда равна нулю, так как каждый столбец содержит один элемент +1 и
один элемент -1, остальные нули.

Обычно при расчетах один (любой) заземляют. Тогда приходим к узловой матрице
А (редуцированной матрице),
которая может быть получена из матрицы АН
путем вычеркивания любой ее строки. Например, при вычеркивании строки “4” получим

Число строк матрицы А
равно числу независимых уравнений для узлов ,
т.е. числу уравнений, записываемых для электрической схемы по первому закону
Кирхгофа. Итак, введя понятие узловой матрицы А,
перейдем к первому закону Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа

Обычно первый закон Кирхгофа записывается для узлов схемы, но, строго говоря,
он справедлив не только для узлов, но и для любой замкнутой поверхности, т.е.
справедливо соотношение



(1)

где
— вектор плотности тока;
— нормаль к участку dS замкнутой поверхности S.

Первый закон Кирхгофа справедлив и для любого сечения. В частности, для сечения
S2 графа на рис. 3, считая, что нумерация и направления токов
в ветвях соответствуют нумерации и выбранной ориентации ветвей графа, можно
записать

.

Поскольку в частном случае ветви сечения сходятся в узле, то первый закон Кирхгофа
справедлив и для него. Пока будем применять первый закон Кирхгофа для узлов,
что математически можно записать, как:



(2)

т.е. алгебраическая сумма токов ветвей, соединенных в узел, равна нулю.

При этом при расчетах уравнения по первому закону Кирхгофа записываются для
(m-1) узлов, так как при записи уравнений для всех m узлов одно
(любое) из них будет линейно зависимым от других, т.е. не дает дополнительной
информации.

Введем столбцовую матрицу токов ветвей



I=

Тогда первый закон Кирхгофа в матричной форме записи имеет вид:

– где O — нулевая матрица-столбец. Как видим, в качестве узловой
взята матрица А, а не АН, т.к. с учетом
вышесказанного уравнения по первому закону Кирхгофа записываются для (m-1)
узлов.

В качестве примера запишем для схемы на рис. 3


Отсюда для первого узла получаем

,

что и должно иметь место.

2. Контурная матрица (матрица контуров) – это таблица коэффициентов
уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа. Строки контурной матрицы
Всоответствуют контурам, а столбцы – ветвям схемы.

Элемент bijматрицы В равен 1, если
ветвь j входит в контур i и ее ориентация совпадает с направлением
обхода контура, -1, если не совпадает с направлением обхода контура,
и 0, если ветвьj не входит в контурi.

Матрицу В, записанную для главных контуров, называют матрицей
главных контуров
. При этом за направление обхода контура принимают направление
ветви связи этого контура. Выделив в нашем примере (см. рис. 5) дерево, образуемое
ветвями 2-1-4, запишем коэффициенты для матрицы В.

Перейдем теперь ко второму закону Кирхгофа.

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимается разность
потенциалов между крайними точками этого участка, т.е.



(4)

Просуммируем напряжения на ветвях некоторого контура:

Поскольку при обходе контура потенциал каждой i-ой точки встречается
два раза, причем один раз с “+”, а второй – с “-”, то в целом сумма равна нулю.

Таким образом, второй закон Кирхгофа математически записывается, как:



(5)

— и имеет место следующую формулировку: алгебраическая сумма напряжений на
зажимах ветвей (элементов) контура равна нулю. При этом при расчете цепей с
использованием законов Кирхгофа записывается
независимых уравнений по второму закону Кирхгофа, т.е. уравнений, записываемых
для контуров, каждый из которых отличается от других хотя бы одной ветвью. Значение
топологического понятия “дерева”: дерево позволяет образовать независимые контуры
и сечения и, следовательно, формировать независимые уравнения по законам Кирхгофа.
Таким образом, с учетом (m-1) уравнений, составленных по первому закону
Кирхгофа, получаем систему из
уравнений, что равно числу ветвей схемы и, следовательно, токи в них находятся
однозначно.

Введем столбцовую матрицу напряжений ветвей


U=

Тогда второй закон Кирхгофа в матричной форме записи имеет вид

В качестве примера для схемы рис. 5 имеем

,

откуда, например, для первого контура получаем

,

что и должно иметь место.

Если ввести столбцовую матрицу узловых потенциалов



=

причем потенциал последнего узла ,
то матрица напряжений ветвей и узловых потенциалов связаны соотношением



U=AТ

(7)

где AТ — транспонированная узловая матрица.

Для определения матрицы В по известной матрице А=АДАС
, где АД – подматрица, соответствующая ветвям некоторого
дерева, АС— подматрица, соответствующая ветвям связи, может
быть использовано соотношение В= (ТС А-1ТД1).

3. Матрица сечений – это таблица коэффициентов уравнений, составленных
по первому закону Кирхгофа для сечений. Ее строки соответствуют сечениям, а
столбцы – ветвям графа.

Матрица Q , составленная для главных сечений, называется матрицей
главных сечений
. Число строк матрицы Q равно числу независимых
сечений.

Элемент qij матрицыQ равен 1,
если ветвьвходит в i-е сечение и ориентирована согласно направлению сечения
(за положительное направление сечения принимают направление ветви дерева, входящей
в него), -1, если ориентирована противоположно направлению сечения, и
0, если ветвьj не входит в i-е сечение.

В качестве примера составим матрицу Q главных сечений для графа
на рис. 5. При указанной на рис. 5 ориентации ветвей имеем

В заключение отметим, что для топологических матриц А, В
и Q, составленных для одного и того же графа, выполняются соотношения

которые, в частности, можно использовать для проверки правильности составления
этих матриц. Здесь 0 – нулевая матрица порядка .

Приведенные уравнения позволяют сделать важное заключение: зная одну из топологических
матриц, по ее структуре можно восстановить остальные.

Литература

1. Теоретические основы электротехники. Т.1. Основы теории линейных
цепей./Под ред. П.А.Ионкина. Учебник для электротехн. вузов. Изд.2-е , перераб.
и доп. –М.: Высш. шк., 1976.-544с.

2. Матханов Х.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи.:
Учеб. для электротехн. и радиотехн. спец. 3-е изд. переработ. и доп. –М.: Высш.
шк., 1990. –400с.

3. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил,
С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1. Сформулируйте основные топологические понятия для электрических цепей.
  2. Что такое узловая матрица?
  3. Что такое контурная матрица?
  4. Что такое матрица сечений?
  5. Токи ветвей некоторой планарной цепи удовлетворяют следующей полной системе
    независимых уравнений:
  6. .

    Восстановив граф цепи, составить матрицы главных контуров и сечений, приняв,
    что ветвям дерева присвоены первые номера.

    Ответ:



    B=
    Q=
  7. Составить матрицу главных контуров для графа на рис. 3, приняв, что дерево
    образовано ветвями 2, 1 и 5
  8. Ответ:


    B=
  9. Решить задачу 5, используя соотношения (8) и (9).

Электрическая цепь, ее элементы и параметры

 Определение

 Электрической цепью называется совокупность электротехнических устройств, создающих замкнутый путь электрическому току. Она состоит из источников (генераторов) энергии, приемников энергии (нагрузки) и соединительных проводов. В цепи могут быть также различные преобразователи (играют роль как роль источников, так и приемников), защитная и коммутационная аппаратура.

   В источниках неэлектрические виды энергии преобразуются (в соответствии с законом сохранения энергии) в энергию электромагнитного поля. Так, например, на гидроэлектростанциях энергия падающей воды (энергия гравитационного поля) преобразуется в энергию электромагнитного поля. В приемниках энергия электромагнитного поля преобразуется в тепловую и другие виды энергии. Кроме того, некоторая часть энергии запасается в электрических и магнитных полях цепи.

   Электромагнитные процессы в электрической цепи описываются с помощью понятий о токе, напряжении, электродвижущей силе (ЭДС), сопротивлении, индуктивности и емкости. Буквенные обозначения этих, а также других величин, используемых в этом учебном пособии представлены в табл.1.1. Там же дана их русская транскрипция и единицы измерений. Заметим здесь, что ЭДС, токи и напряжения, изменяющиеся во времени, обозначаются строчными латинскими буквами е, i, u, а ЭДС, токи и напряжения, неизменные во времени, обозначаются заглавными латинскими буквами E, I, U.

   Графическое изображение электрической цепи и ее элементов

   Графическое изображение электрической цепи называется ее схемой. В схеме различают ветви, узлы и контуры. Ветвь – это часть схемы, состоящая только из последовательно соединенных источников и приемников. Узел – точка схемы, в которой сходятся не менее трех ветвей (ветви начинаются и заканчиваются на узлах цепи). Контур – часть схемы, образованная ветвями; число контуров определяется числом вариантов обходов по ветвям цепи. На рис.1.1 даны структурные схемы трех электрических цепей и указано количество ветвей узлов и контуров в каждой из них.

Принятые в настоящем учебном пособии графические обозначения основных элементов цепи, показаны на рис.1.2.

На этом рисунке : 1 — источник ЭДС; 2 — источник тока; 3 — соединительный провод; 4 — сопротивление R цепи; 5 — индуктивность L цепи; 6 — емкость С цепи; 7 — двухполюсник (цепь с неизвестной структурой, имеющая два входных зажима).

   В цепях постоянного тока (рис.1.3,а) направление действия ЭДС источника принято указывать в сторону того зажима, на котором образуются положительные заряды. Направление тока во внешней цепи принято указывать от положительно заряженного полюса (зажима) источника к отрицательно заряженному. Направление действия напряжения в приемнике всегда указывают в ту же сторону, что и направление действия тока.
   В цепях синусоидального тока (рис.1.3,б) принято обозначать направления ЭДС тока и напряжения, используя положительный полупериод тока, при котором ток не изменяет своего направления. При этом картина этих направлений получается аналогичной с цепью постоянного тока.

контур, схема, расчет, разветвленные и линейные цепи


На чтение 9 мин. Просмотров 497 Опубликовано
Обновлено

При обустройстве новой квартиры или дома, обновлении или ремонте жилья приходится сталкиваться с элементами, предназначенными для протекания электрического тока. Важно знать, что представляет собой электрическая цепь, из чего она состоит, зачем нужна схема, и какие расчеты необходимо выполнить.

Что такое электрические цепи

Электрической цепью называют совокупность устройств, необходимых для прохождения по ним электрического тока

Электрическая цепь – это комплекс различных элементов, соединенных между собой. Она предназначена для протекания электрического тока, где происходят переходные процессы. Движение электронов обеспечивается наличием разности потенциалов и может быть описано при помощи таких терминов, как напряжение и сила тока.

Внутренняя цепь обеспечивается подключением напряжения, как источника питания. Остальные элементы образуют внешнюю сеть. Для движения зарядов в источнике питания поля потребуется приложение сторонней силы. Это может быть обмотка генератора, трансформатора или гальванический источник.

Чтобы такая система правильно функционировала, ее контур должен быть замкнутый, иначе ток протекать не будет. Это обязательное условие для согласованной работы всех устройств. Не всякий контур может быть электрической цепью. Например, линии заземления или защиты не являются таковыми, поскольку в обычном режиме по ним не проходит ток. Назвать их электрическими можно по принципу действия. В аварийной ситуации по ним проходит ток, а контур замыкается, уходя в грунт.

В зависимости от источника питания напряжение в цепи может быть постоянным или переменным. Батарея элементов дает постоянное напряжение, а обмотки генераторов или трансформаторов – переменное.

Основные компоненты

Инвентор электрического тока

Все составные части в цепи участвуют в одном электромагнитном процессе. Условно их разделяют на три группы.

  • Первичные источники электрической энергии и сигналов могут преобразовывать энергию неэлектромагнитной природы в электрическую. Например, гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор.
  • Вторичный тип, как на входе, так и на выходе имеет электрическую энергию. Изменяются только ее параметры – напряжение и ток, их форма, величина и частота. Примером могут быть выпрямители, инверторы, трансформаторы.
  • Потребители активной энергии преобразовывают электрический ток в освещение или тепло. Это электротермические устройства, лампы, резисторы, электродвигатели.
  • К вспомогательным компонентам относят коммутационные устройства, измерительные приборы, соединительные элементы и провод.

Основой электрической сети является схема. Это графический рисунок, который содержит условные изображения и обозначения элементов и их соединение. Они выполняются согласно ГОСТу 2.721-74 – 2.758-81

Схема простейшей линии включает в себя гальванический элемент. С помощью проводов к нему через выключатель подсоединена лампа накаливания. Для измерения силы тока и напряжения в нее включен вольтметр и амперметр.

Классификация цепей

Электроцепи классифицируют по типу сложности: простые (неразветвленные) и сложные (разветвленные). Есть разделение на цепи постоянного тока и переменного, а также синусоидального и несинусоидального. Исходя из характера элементов, они бывают линейные и нелинейные. Линии переменного тока могут быть однофазными и трехфазными.

Разветвленные и неразветвленные

Во всех элементах неразветвленной цепи течет один и тот же ток. Простейшая разветвленная линия включает в себя три ветви и два узла. В каждой ветви течет свой ток. Ветвь определяют как участок цепи, который образован последовательно соединенными элементами, заключенными между двух узлов. Узел – это точка, в которой сходятся три ветви.

Если на схеме при пересечении двух прямых поставлена точка, в этом месте есть электрическое соединение двух линий. Если узел не обозначен – цепь неразветвленная.

Линейные и нелинейные

Электрическая цепь, в которой потребители не зависят от значения напряжения и направления токов, а все компоненты линейные, называется линейной. К элементам такой цепи относятся зависимые и независимые источники токов и напряжений. В линейной сопротивление элемента не зависит от тока, например, электропечь.

В нелинейной, пассивные элементы зависят от значений направления токов и напряжения, имеют хотя бы один нелинейный элемент. Например, сопротивление лампы накаливания зависит от скачков напряжения и силы тока.

Обозначения элементов на схеме

Прежде чем приступить к монтажу оборудования необходимо изучить нормативные сопровождающие документы. Схема позволяет донести до пользователя полную характеристику изделия с помощью буквенных и графических обозначений, занесенных в единый реестр конструкторской документации.

К чертежу прилагаются дополнительные документы. Их перечень может быть указан в алфавитном порядке с цифровой сортировкой на самом чертеже, либо отдельным листом. Классифицируют десять видов схем, в электротехнике обычно используют три основные схемы.

  • Функциональная имеет минимальную детализацию. Основные функции узлов изображают прямоугольником с буквенными обозначениями.
  • Принципиальная схема подробно отображает конструкцию использованных элементов, а также их связи и контакты. Необходимые параметры могут быть отображены непосредственно на схеме или в отдельном документе. Если указана только часть установки, это однолинейная схема, когда указаны все элементы – полная.
  • В монтажной электрической схеме используют позиционные обозначения элементов, их месторасположение, способ монтажа и очередность.

Для чтения электросхем нужно знать условные графические обозначения. Провода, которые соединяют элементы, изображаются линиями. Сплошная линия – это общее обозначение проводки. Над ней могут быть указаны данные о способе прокладки, материале, напряжении, токе. Для однолинейной схемы группа проводников изображается пунктирной линией. В начале и в конце указывают маркировку провода и место его подключения.

Вертикальные засечки на линии проводки говорят о количестве проводников. Если их более трех, выполняют цифровое обозначение. Прерывистой линией обозначают управляющие цепи, сеть охранного, эвакуационного, аварийного освещения.

Выключатель на схеме выглядит как кружок с наклоненной вправо чертой. По виду и количеству черточек определяют параметры устройства.

Кроме основных чертежей есть схемы замещения.

Трехфазные электрические цепи

Трехфазная цепь в рабочем режиме

Среди электрических цепей распространены как однофазные, так и многофазные системы. Каждая часть многофазной цепи характеризуется одинаковым значением тока и называется фазой. Электротехника различает два понятия этого термина. Первое – непосредственная составляющая трехфазной системы. Второе – величина, изменяющаяся синусоидально.

Трехфазная цепь – это одна из многофазных систем переменного тока, где действуют синусоидальные ЭДС (электродвижущая сила) одинаковой частоты, которые сдвинуты во времени относительно друг друга на определенный фазовый угол. Она образована обмотками трехфазного генератора, тремя приемниками электроэнергии и соединительными проводами.

Такие цепи служат для обеспечения генерации электрической энергии, для ее передачи, распределения, и имеет следующие преимущества:

  • экономичность выработки и транспортировки электроэнергии в сравнении с однофазной системой;
  • простое генерирование магнитного поля, которое необходимо для работы трехфазного асинхронного электродвигателя;
  • одна и та же генераторная установка выдает два эксплуатационных напряжения – линейное и фазное.

Трехфазная система выгодна при передаче электроэнергии на большие расстояния. К тому же материалоемкость значительно ниже, чем однофазных. Основные потребители – трансформаторы, асинхронные электродвигатели, преобразователи, индукционные печи, мощные нагревательные и силовые установки. Среди однофазных маломощных устройств можно отметить электроинструменты, лампы накаливания, бытовые приборы, блоки питания.

Трехфазная схема отличается значительной уравновешенностью системы. Способы соединения фаз получили структуру «звезда» и «треугольник». Обычно «звездой» соединяются фазы генерирующих электромашин, а фазы потребителей «звездой» и «треугольником».

Законы, действующие в электрических цепях

На схемах направление токов указывают стрелками. Для расчета нужно принять направления для напряжений, токов, ЭДС. При расчетах в электротехнике используют следующие основные законы:

  1. Закон Ома для прямолинейного участка цепи, который определяет связь между электродвижущей силой, напряжением источника с протекающей в проводнике силой тока и сопротивлением самого проводника.
  2. Чтобы найти все токи и напряжения, используют правила Кирхгофа, которые действуют между токами и напряжениями любого участка электрической цепи.
  3. Закон Джоуля–Ленца дает количественную оценку теплового действия электрического тока.

В цепях постоянного тока направление действия электродвижущей силы указывают от отрицательного потенциала к положительному. За направление принимают движение положительных зарядов. При этом стрелка направлена от большего потенциала к меньшему. Напряжение всегда направлено в ту сторону, что и ток.

В синусоидальных цепях ЭДС, напряжение и ток обозначают, используя полупериод тока, при этом он не изменяет свое направление. Чтобы подчеркнуть разницу потенциалов, их обозначают знаками «+» и «–».

Как производится расчет электрических цепей

Путь вычисления делится на множество способов, которые используются на практике:

  • метод, основанный на законе Ома и правилах Кирхгофа;
  • способ определения контурных токов;
  • прием эквивалентных преобразований;
  • методика измерений сопротивлений защитных проводников;
  • расчет узловых потенциалов;
  • метод идентичного генератора, и другие.

Основа расчета простой электрической цепи по закону Ома – это определение силы тока в отдельном участке при известном сопротивлении проводников и заданном напряжении.

По условию задачи известны сопротивления подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (без учета сопротивления амперметра). Необходимо вычислить силу токов J1, J2…J6.

На схеме есть три последовательных участка. Причем второй и третий имеют разветвления. Сопротивления этих участков обозначим, как R1, R’, R”. Тогда общее сопротивление равно сумме сопротивлений:

R = R1 + R’ + R”, где

R’ – общее сопротивление параллельно подключенных резисторов R2, R3, R4.

R” – общее сопротивление резисторов R5 и R6.

Используя закон параллельного соединения, вычисляем сопротивления R’ и R”.

1/R’ = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4

1/R” = 1/R5 + 1/R6

Определить силу тока в неразветвленной цепи, зная общее сопротивление при заданном напряжении, можно по следующей формуле:

I = U/R, тогда I = I1

Для вычисления силы тока в отдельно взятых ветвях, нужно определить напряжение на участках последовательных цепей по закону Ома:

U1 = IR1; U2 = IR’; U3 = IR”;

Зная напряжение конкретных участков, можно вычислить силу тока на отдельных ветвях:

I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6

Иногда необходимо узнать сопротивление участков по известным параметрам напряжения, силы токов, сопротивления других участков или сделать расчет напряжения по имеющимся данным сопротивления и силе тока.

Основная часть методик направлена на упрощение расчетов. Это достигается адаптацией систем уравнений, либо самой схемы. Расчет электрических цепей производится различными способами, в зависимости от класса их сложности.

§ 10. Законы Кирхгофа | Электротехника

Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением для простейшей электрической цепи, представляющей собой один замкнутый контур. В практике встречаются более сложные (разветвленные) электрические цепи, в которых имеются несколько замкнутых контуров и несколько узлов, к которым сходятся токи, проходящие по отдельным ветвям. Значе­ния токов и напряжений для таких цепей можно находить при помощи законов Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа устанавливает зависимость между то­ками для узлов электрической цепи, к которым подходит несколько ветвей. Согласно этому закону алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю:

?I = 0 (16)

При этом токи, направленные к узлу, берут с одним знаком (например, положительным), а токи, направленные от узла,— с противоположным знаком (отрицательным). Например, для узла А (рис. 23, а)

I1 + I2 + I3 – I4 – I5 = 0 (17)

Преобразуя это уравнение, получим, что сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от этого узла:

I1 + I2 + I3 = I4 + I5 (17′)

В данном случае имеет место полная аналогия с распределением потоков воды в соединенных друг с другом трубопроводах (рис. 23, б).
Второй закон Кирхгофа устанавливает зависимость между э. д. с. и напряжением в замкнутой электрической цепи. Согласно этому закону во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма э. д. с. равна алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлениях, входящих в этот контур:

?E = ?IR (18)

При составлении формул, характеризующих второй закон Кирхгофа, значения э. д. с. E и падений напряжений IR считают положительными, если направления э. д. с. и токов на соответствующих участках контура совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура. Если же направления э. д. с. и токов на соответствующих участках контура противоположны выбранному направлению обхода, то такие э. д. с. и падения напряжения считают отрицательными.
Рассмотрим в качестве примера электрическую цепь, в которой имеются два источника с электродвижущими силами E1 и E2

(рис. 24, а), внутренними сопротивлениями Ro1, Ro2 и два приемника с сопротивлениями R1 и R2. Применяя второй закон Кирхгофа для «этой цепи и выбирая направление ее обхода по часовой стрелке,
получим:

E1 – E2 = IR01 + IR02 + IR1 + IR

При этом э. д. с. E1 и ток I совпадают с выбранным направлением обхода контура и считаются положительными, а э. д. с. Е2, противоположная этому направлению, считается отрицательной.
Если в электрической цепи э. д. с. источников электрической энергии при обходе соответствующего контура направлены навстречу друг другу (см. рис. 24, а), то такое включение называют встречным. В этом случае на основании второго закона Кирхгофа ток I = (E1-E2)/(R1+R2+R01+R02).
Встречное направление э. д. с. имеет место, например, на э. п. с.при включении электродвигателей постоянного тока (их можно
рассматривать как некоторые источники э. д. с.) в две параллельные группы, а также при параллельном включении аккумуляторов в батарее
Если же э. д. с. источников электрической энергии имеют по контуру одинаковое направление (рис. 24, б), то такое включение называют согласным и ток I = (E1-E2)/(R1+R2+R01+R02). В неко-

Рис 24. Схемы электрических цепей с несколькими источниками и приемниками электрической энергии: а и б — неразветвленных; в — разветвленной

торых случаях такое включение недопустимо, так как ток в цепи резко возрастает.
Если в электрической цепи имеются ответвления (рис. 24, в), то по отдельным ее участкам проходят различные токи I1 и I2. Согласно второму закону Кирхгофа E1-E2=I1R01+I1R1-I2R2-I2R02-I2R3+I1R4
При составлении этого уравнения э. д. с. Е1 и ток I1 считаются положительными, так как совпадают с принятым направлением обхода контура, э. д. с. Е2 и ток I2 — отрицательными.

Электрические цепи. Виды и составные части. Режимы работы

Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи. Перечень компонентов цепи может быть довольно большим. Существуют разные виды элементов цепи электрического тока: пассивные и активные, линейные и нелинейные и много других. Всю классификацию перечислить очень трудно.

Виды и составные части

Для работы цепи необходимо наличие соединительных проводников, потребителей, источника питания, выключателя. Контур цепи должен быть замкнут. Это является обязательным условием работы электрической цепи. Иначе ток в цепи протекать не будет. Не все контуры считаются электрическими цепями. Например, контуры зануления или заземления ими не признаются, так как в обычном режиме в них нет тока. Однако, по принципу действия они также являются электрическими цепями, так как в аварийных случаях в них протекает ток. Контур заземления и зануления замыкается с помощью грунта.

Внутренние и внешние электрические цепи

Для создания упорядоченного движения электронов, нужно наличие разности потенциалов между каким-либо участком цепи. Это обеспечивается при подключении напряжения в виде источника питания. Он называется внутренней электрической цепью. Остальные компоненты цепи образуют внешнюю цепь. Для задания движения зарядов в источнике питания против направления поля требуется приложить сторонние силы.

Такими силами могут выступать:
  • Выход вторичной обмотки трансформатора.
  • Батарея (гальванический источник).
  • Обмотка генератора.

Напряжение в цепи может быть, как постоянным, так и переменным, в зависимости от свойств источника питания. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей. Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее.

Кроме упорядоченного движения, электроны задействованы в хаотичном тепловом движении. Чем выше температура материала, тем больше скорость хаотичного движения носителей заряда. Однако, такой вид движения не участвует в создании электрического тока.

От источника питания зависит и род тока, то есть свойства внешней цепи. Батарея элементов выдает постоянное напряжение, а разные обмотки генераторов или трансформаторов выдают переменное напряжение. Это зависит от внутренних процессов в источнике питания.

Внешние силы, создающие движение электронов, называются электродвижущими силами, которые характеризуются работой, выполненной источником для перемещения единицы заряда, измеряется в вольтах.

Практически в расчетах цепей применяют два класса источников питания:
  1. Источники напряжения.
  2. Источники тока.

В реальности такие идеальные источники не существуют, но практически их пытаются имитировать. В бытовой сети мы имеем напряжение 220 вольт с определенными нормированными отклонениями. Это является источником напряжения, так как норма дана именно на этот параметр. Значение тока не играет большой роли. На электростанции круглосуточно поддерживается постоянная величина напряжения, независимо от запросов.

Источник тока действует по-другому. Он поддерживает определенный закон движения электронов, а величина напряжения не имеет значения. В пример можно привести сварочный аппарат. Для нормального хода сварки необходимо поддерживать постоянное значение тока. Эту функцию выполняет инверторный электронный блок.

Сеть питания может быть, как переменной, так и постоянной. Это не играет большой роли. Важнее выдержать, например, параметр ЭДС.

Обозначения компонентов электрической цепи

Выключатель

Это устройство позволяет соединить потребитель с источником питания. При пользовании выключателем, на его контактах образуется искра. Она возникает из-за наличия емкостного сопротивления. Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а в выключатель устанавливают контакты специального вида. Электрические цепи могут иметь и другие решения для предотвращения возникновения искры.

Проводники
Электрические провода чаще всего производят из алюминия или меди. Это объясняется низким удельным сопротивлением этих металлов, хотя стоимость их в последнее время повышается. На проводах при работе выделяется тепло, которое зависит от двух параметров:
  1. Электрического тока.
  2. Сопротивления участка цепи.

Электрический ток определяется необходимостью потребителя, поэтому изменять можно только удельное сопротивление, которое должно быть как можно ниже. Все металлы при уменьшении температуры уменьшают сопротивление, в результате чего снижаются потери энергии. Если взять полупроводники, то среди них есть образцы с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Если сравнивать абсолютные значения сопротивления, то у металлов оно намного меньше.

Потребители

Все остальные компоненты электрической цепи, кроме перечисленных выше, считаются потребителями. Полезной нагрузкой является простая лампа накаливания, электродвигатель, нагревательное устройство. Параметры цепи слишком зависят от потребителей. Электрические цепи имеют обмотки трансформаторов, которые обладают большим индуктивным сопротивлением. Это отрицательно влияет на передачу электричества от источника.

Направление кроме тока может изменять и мощность. При этом энергия циркулирует в одну и в другую сторону. Такая мощность называется реактивной, и не выполняет полезной работы. Однако, она нагревает проводники и изменяет форму электрического сигнала. Поэтому в промышленных условиях целесообразно к электродвигателям параллельно подключать конденсаторы, которые будут компенсировать сопротивление с индуктивностью. В результате реактивная мощность замкнется внутри двигателя, и не выделит чрезмерного тепла в проводах.

Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электроэнергию, которая превращается в магнитное поле и передается дальше.

В электронике существует множество разнообразных потребителей, которые можно разделить на классы:
  • Активные потребители. Для своего функционирования им требуется наличие электрической энергии. От основной сети они практически не работают. К ним относятся транзисторы, микросхемы, тиристоры и много других видов, являющихся своеобразными электронными ключами. Электродвигатели имеют отличие в том, что работают непосредственно из сети питания.
  • Пассивные потребители не нуждаются во внешнем источнике питания. Они пропускают через себя электрический ток особым образом. Например, полупроводники (тиристоры) начинают пропускать ток только при достижении определенной величины напряжения. Значит, они являются пассивными потребителями, и имеют нелинейные свойства пропускания тока. К таким же видам можно причислить диоды, пропускающие ток только в одну сторону. Другими словами, они имеют свойства вентиля. Также пассивными потребителями являются различные дроссели, конденсаторы, сопротивления. При наличии этих компонентов электрические цепи обретают необычные свойства. Например, контуры резонанса, состоящие из катушек и емкостей, применяют в виде фильтров для разной частоты волн.
Режимы электрической цепи

При подключении разного числа потребителей к источнику питания изменяется мощность, напряжение и ток, вследствие чего возникают различные режимы работы в цепи, и соответственно, компонентов, включенных в нее. Практически можно представить схему цепи в виде пассивного и активного двухполюсника. Это электрические цепи, соединенные с внешней частью двумя выводами с разной полярностью.

Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет. Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Вид режима работы определяется свойствами элементов цепи.

Холостой ход

Это режим при отключенной нагрузке от питания при помощи ключа. В этом случае ток в цепи равен нулю. Напряжение достигает уровня ЭДС. Элементы цепи не работают.

Короткое замыкание

В этом случае выключатель на схеме замкнут, сопротивление равно нулю, соответственно, напряжение также равно нулю.

При применении двух рассмотренных режимов определяются свойства активного двухполюсника. При изменении тока в некоторых границах, зависящих от элемента цепи, нижняя граница всегда равна нулю. Этот элемент цепи начинает выдавать энергию в цепь. Также нужно знать, что если напряжение ниже нуля, это значит, что резисторами активного двухполюсника расходуется энергия источника, связанного по цепи, а также резерв самого прибора.

Номинальный режим

Такой режим необходим для создания технических свойств всей цепи и отдельных компонентов. В этом режиме свойства близки к величинам, указанным на компоненте, или в инструкции. Нужно учесть, что каждый прибор имеет свои параметры. Однако, три главных показателя есть у всех устройств – это напряжение, мощность и номинальный ток. Все компоненты электрических цепей также имеют эти показатели.

Согласованный режим

Этот режим применяется для создания наибольшей передачи активной мощности, передаваемой источником питания к потребителю. Когда производится работа в этом режиме, необходимо быть осторожным, во избежание выхода из строя части цепи.

Основные элементы цепи

Они применяются в сложных устройствах для проверки работоспособности:
  • Ветвь. Это участок цепи с током одинаковой величины. Ветвь может иметь несколько последовательно соединенных элементов.
  • Узел. Это место соединения нескольких ветвей.
  • Контур. Это любой замкнутый участок цепи, имеющий несколько ветвей.
Похожие темы:

Основы инженерного искусства — SparkFun Electronics


Электротехника — это техническая дисциплина, связанная с изучением, проектированием и применением электричества! С помощью электротехники мы можем проектировать устройства и системы с использованием электрических компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, транзисторы и т. Д. Инженеры-электрики могут проектировать и работать с такими элементами, как микроконтроллеры сверхмалой мощности, дизайн печатных плат, мощные турбины, навигационные системы и т. Д.

Получите краткий обзор и погрузитесь глубже во все наши основы электротехники, приведенные ниже.

Метрические префиксы и международная система единиц (единицы СИ):

Когда вы занимаетесь электротехникой, важно знать общие электронные блоки и префиксы.

Кол-во Блок СИ Аббревиатура
Напряжение вольт В
Текущий ампер A
Мощность ватт Вт
Энергия джоуль Дж
Электрический заряд кулон С
Сопротивление Ом Ом
Емкость фарад F
Индуктивность генри H
Частота герц Гц
Префикс Мощность Числовое представление
тера (Т) 10 12 1 трлн
гига (G) 10 9 1 миллиард
мега (M) 10 6 1 миллион
кг 10 3 1 тыс.
без префикса 10 0 1 шт.
милли (м) 10 -3 1 тысячная
микро (μ) 10 -6 1 миллионная
нано (н) 10 -9 1 миллиардная
пик (п) 10 -12 1 триллионная

Полный список префиксов и единиц СИ

Что такое электричество?

Электричество окружает нас в повседневной жизни.Даже когда вы не используете какое-либо электронное оборудование, электрические сигналы проходят через вашу нервную систему, указывая вашему телу, что делать.

Электричество вкратце определяется как поток электрического заряда, но это еще не все. Имея дело с электроникой, вы будете иметь дело в основном с текущим электричеством. Однако вы можете спросить себя: «Откуда берутся заряды? Как мы их перемещаем? Куда они перемещаются? Как электрический заряд вызывает механическое движение или заставляет вещи загораться?» Чтобы начать объяснять электричество, нам нужно приблизиться, за пределы материи и молекул, к атомам, которые составляют все, с чем мы взаимодействуем в жизни.Ознакомьтесь с нашим руководством по природному явлению, которое мы называем электричеством, или освежитесь в памяти.

Подробнее об электричестве

Электроэнергия

Для работы электроники требуется питание. Наши телефоны получают питание от своих аккумуляторных батарей, а наши компьютеры получают питание от розетки переменного тока на 120 (или 220) вольт, которая преобразуется в 12 или 18 вольт постоянного тока. Когда дело доходит до электроники, мощность — одно из самых фундаментальных понятий.

Как правило, чем больше мощность, тем больше энергии. Мы можем рассчитать мощность, используя различные единицы СИ, указанные выше. Энергия измеряется в джоулях, а мощность — это мера энергии за установленный промежуток времени; следовательно, мы можем измерить энергию в джоулях в секунду, что также известно как «ватт».

После того, как вы сможете рассчитать ватт, вы можете использовать более общее уравнение для расчета мощности.

Подробнее об электроэнергии

Работа с проводом

Электрический провод бывает двух видов: одножильный или многожильный.Сплошной сердечник — это сплошной провод, а многожильный — это множество сплошных проводов, связанных в группу. Многожильный провод намного более гибок в использовании, чем сплошной сердечник, однако его труднее использовать в макетной плате или при пайке PTH.

Провода также бывают разного калибра. Калибр или толщина провода используется для определения силы тока, с которой он может безопасно справиться — как правило, чем толще провод, тем больше тока он может выдерживать. Большинство устройств для зачистки проводов имеют соответствующие щели для легкой и точной зачистки проводов, и мы можем сращивать провода вместе, зачищая их концы, спаивая их вместе, а затем повторно заклеивая оголенный провод термоусадочной изолентой или другим материалом для оболочки, чтобы паяное соединение, чтобы закрыть открытое соединение.Для более детального ознакомления с зачисткой проводов, их соединением и различными типами обжимов (соединителей) ознакомьтесь с нашим руководством по работе с проводом.

Подробнее о работе с проводом

Основы разъема

Разъемы

используются для соединения различных участков цепей вместе. Существует много типов разъемов, и все они имеют гендерный характер.

Например, адаптер питания от сетевой розетки, который заряжает ваш телефон, представляет собой обычный тип разъема.Если он подключается к другому разъему, то это штыревой разъем, если он подключается к другому разъему, то это разъем-розетка. Большинство разъемов имеют полярность; например, современные дюбели имеют две разные ширины дюбелей. Этот разъем поляризован, потому что он вставляется в стену только в одном направлении. Если вы хотите узнать больше о базовой терминологии разъемов, определить поляризованные разъемы и узнать, какие разъемы лучше всего подходят для определенных приложений, вы можете следовать нашему руководству.

Подробнее о разъемах

Основные электрические схемы и их работа для инженеров-электриков

Фундаментальные знания и навыки работы с основными электрическими схемами всегда служат прочной основой для получения технически обоснованного опыта. Студенты также могут хорошо ознакомиться с этими базовыми схемами, особенно на практике. Таким образом, базовая схема помогает учащемуся понять основные компоненты и характеристики схемы во время ее работы.

В этой статье представлены основные понятия о двух типах электрических цепей: цепях переменного и постоянного тока. В зависимости от типа источника электричество бывает переменного тока (AC) и постоянного тока (DC).

Основные цепи постоянного тока

В цепях постоянного тока электричество течет в постоянном направлении с фиксированной полярностью, которая не меняется со временем. В цепи постоянного тока используются компоненты постоянного тока, такие как резисторы и их комбинации; переходные компоненты, такие как катушки индуктивности и конденсаторы; показывающие измерители, такие как вольтметры и амперметры с подвижной катушкой; источники питания аккумуляторных батарей и т. д.

Для анализа этих схем используются различные инструменты, такие как закон Ома, законы напряжения и тока, такие как KCL, KVL, и сетевые теоремы, такие как Thevinens, Nortons, анализ сетки и т. Д. Ниже приведены некоторые из основных цепей постоянного тока, которые выражают рабочий характер цепи постоянного тока.

Последовательные и параллельные схемы

Основные цепи постоянного тока

Резистивные нагрузки представляют собой осветительные нагрузки, которые подключены в различных конфигурациях для анализа цепей постоянного тока, показанных на рисунке.Способ подключения нагрузок, безусловно, меняет характеристики схемы.

В простой цепи постоянного тока резистивная нагрузка в виде лампы подключается между положительной и отрицательной клеммами батареи. Батарея обеспечивает необходимую мощность для лампы и позволяет пользователю включить или выключить выключатель в соответствии с требованиями.

Последовательные и параллельные сопротивления

Нагрузки или сопротивления, подключенные последовательно с источником постоянного тока, в качестве электрического символа для осветительной нагрузки, цепь разделяет общий ток, но напряжение на отдельных нагрузках меняется и складывается для получения общего напряжения.Таким образом, на конце резистора происходит снижение напряжения по сравнению с первым элементом, включенным последовательно. И, если какая-либо нагрузка выйдет из цепи, вся цепь будет разомкнута.

В параллельной конфигурации напряжение является общим для каждой нагрузки, но ток варьируется в зависимости от номинальной нагрузки. В разомкнутой цепи проблем нет, даже если одна нагрузка отключена от цепи. Многие соединения нагрузки относятся к этому типу, например, домашняя проводка.

Формулы цепи постоянного тока

Таким образом, из приведенных выше схем и цифр можно легко найти общее потребление нагрузки, напряжение, ток и распределение мощности в цепи постоянного тока.

Базовые схемы переменного тока

В отличие от постоянного тока, переменное напряжение или ток периодически меняют свое направление, увеличиваясь от нуля до максимума и уменьшаясь обратно до нуля, затем отрицательно продолжая до максимума, а затем снова до нуля. Частота этого цикла составляет около 50 циклов в секунду в Индии. Для приложений большой мощности переменный ток является более преобладающим и эффективным источником, чем постоянный ток. Мощность — это не просто произведение напряжения и тока, как в случае постоянного тока, но она зависит от компонентов схемы.Давайте посмотрим, как работает цепь переменного тока с основными компонентами.

Цепь переменного тока с резистором

Цепь переменного тока с резистором

В схеме этого типа падение напряжения на резисторе точно совпадает по фазе с током, как показано на рисунке. Это означает, что когда мгновенное значение напряжения равно нулю, текущее значение в этот момент также равно нулю. А также, когда напряжение положительное во время положительной полуволны входного сигнала, ток также положительный, поэтому мощность положительная, даже когда они находятся в отрицательной полуволне входного сигнала.Это означает, что мощность переменного тока в резисторе всегда рассеивается в виде тепла, забирая его от источника, независимо от того, является ли ток положительным или отрицательным.

Схема переменного тока с индукторами

Катушки индуктивности противодействуют изменению тока через них, в отличие от резисторов, которые препятствуют протеканию тока. Это означает, что когда ток увеличивается, индуцированное напряжение пытается противодействовать этому изменению тока, понижая напряжение. Падение напряжения на катушке индуктивности пропорционально скорости изменения тока.

Схема переменного тока с индукторами

Следовательно, когда ток достигает максимального пика (нет скорости изменения формы), мгновенное напряжение в этот момент равно нулю, и обратное происходит, когда ток достигает пика на нуле (максимальное изменение его наклона) , как показано на рисунке. Таким образом, в цепи переменного тока катушки индуктивности нет рассеиваемой полезной мощности.

Таким образом, мгновенная мощность индуктора в этой цепи полностью отличается от цепи постоянного тока, где она находится в той же фазе. Но в этой схеме они разнесены на 90 градусов, поэтому мощность иногда бывает отрицательной, как показано на рисунке.Отрицательная мощность означает, что мощность возвращается в цепь, поскольку она поглощает ее в оставшейся части цикла. Это сопротивление изменению тока называется реактивным сопротивлением и зависит от частоты рабочей цепи.

Цепь переменного тока с конденсаторами

Конденсатор противодействует изменению напряжения, которое отличается от индуктивности, препятствующей изменению тока. При подаче или потреблении тока возникает этот тип противодействия, и этот ток пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе.

Цепь переменного тока с конденсаторами

Здесь ток через конденсатор является результатом изменения напряжения в цепи. Следовательно, мгновенный ток равен нулю, когда напряжение находится на своем пиковом значении (без изменения наклона напряжения), и он максимален, когда напряжение равно нулю, поэтому мощность также чередуется в положительных и отрицательных циклах. Это означает, что он не рассеивает энергию, а просто поглощает и высвобождает ее.

Поведение цепи переменного тока также может быть проанализировано путем объединения вышеупомянутых цепей, таких как цепи RL, RC и RLC, последовательно, а также в параллельных комбинациях.А также уравнения и формулы вышеуказанных схем исключены в этой статье, чтобы уменьшить сложность, но общая идея состоит в том, чтобы дать базовое понятие об электрических схемах.

Мы надеемся, что вы, возможно, поняли эти основные электрические схемы, и хотели бы получить дополнительный практический опыт работы с различными электрическими и электронными схемами. Для любых ваших требований прокомментируйте в разделе комментариев, приведенном ниже. Мы всегда готовы помочь вам сориентироваться в этой конкретной области по вашему выбору.

Фото

ELEC_ENG 221: Основы схем | Электротехника и вычислительная техника

Предлагаемый квартал

Зима
:
MTuWF 9-9: 50
;
Plonus
Весна
:
MTuWF 2-2: 50
;
Plonus

Предварительные требования

ELEC_RUS 202

Описание

ОПИСАНИЕ КАТАЛОГА: Основные понятия в электрических цепях; схемотехнический анализ и сетевые теоремы; линейность и суперпозиция; последовательные / параллельные комбинации цепей R, L и C; синусоидальное нагнетание; комплексные частотные графики и графики Боде; взаимная индуктивность и трансформаторы; две портовые сети.

НЕОБХОДИМЫЙ ТЕКСТ:

  • Хейт, Кеммерли и Дурбин, Engineering Circuit Analysis, McGraw Hill, 8-е издание (2012)

ИНСТРУКТОР КУРСА: проф. Мартин Плонус (осень), проф. Прем Кумар (весна)

КООРДИНАТОР КУРСА: Проф. Прем Кумар

ЦЕЛИ КУРСА: Ознакомить второкурсников в области электротехники с фундаментальными концепциями в подобласти электрических цепей. Этот курс будет одним из пяти основных курсов, необходимых для всех специальностей электротехники.Другая цель — подготовить студентов к прохождению более продвинутых курсов в области схем и электроники.

ПРЕДПОСЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Введение в электротехнику и концепции электрических схем

ПОДРОБНЫЕ ТЕМЫ КУРСА:

  • Неделя 1: Обзор законов Кирхгофа, анализ цепей — узел и сетка
  • Неделя 2: линейность и суперпозиция, преобразования источников, эквиваленты Тевенина и Нортона
  • Неделя 3: Обзор индуктивности и конденсатора как элементов схемы, безисточниковых цепей RL и RC, переходных процессов
  • , неделя 4: единично-пошаговое форсирование, принудительный ответ, цепь RLC
  • Неделя 5: синусоидальное форсирование, комплексное форсирование, фазоры и комплексный импеданс, синусоидальный ответ установившегося состояния
  • Неделя 6: Возвращение к узлам и сетке, средняя мощность, среднеквадратичное значение, введение в многофазные схемы
  • Неделя 7: Взаимная индуктивность, линейные и идеальные трансформаторы, схемы с взаимной индуктивностью
  • Неделя 8: Частотная характеристика последовательных / параллельных резонансов, высокодобротные схемы
  • Неделя 9: Комплексная частота, s-плоскость, полюсы и нули, функция отклика, графики Боде
  • Неделя 10: Двухпортовые сети, параметры полной проводимости, импеданса, гибридности и передачи

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРА: Использование PSPICE для моделирования схем и управления приборами с помощью Agilent-VEE.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:

Еженедельные домашние задания для проверки концепций, преподаваемых в классе.

ЛАБОРАТОРНЫХ ПРОЕКТОВ:

  • Лаборатория 1: Введение в Agilent VEE и PSPICE
  • Лаборатория 2: Теорема Тевенина / Нортона и законы Кирхгофа
  • Лабораторная работа 3. Переходные характеристики первого порядка
  • Лаборатория 4: Переходные характеристики второго порядка
  • Лаборатория 5: Частотная характеристика RC-цепей
  • Лаборатория 6: Частотная характеристика цепей RLC
  • Лаборатория 7: фильтры

КЛАССЫ:

Ориентировочно разбивка будет следующей: домашние работы — 20%, лабораторные работы — 20%, экзамены — 60%

РЕЗУЛЬТАТЫ КУРСА: Когда студент завершает этот курс, он / она должен уметь:

  1. Примените узловой и сеточный методы анализа цепей.
  2. Выражение сложных схем в их более простых эквивалентных формах Тевенина и Нортона.
  3. Применяйте концепции линейности и суперпозиции для анализа цепей RL, RC и RLC во временной и частотной областях.
  4. Анализируйте резонансные цепи как во временной, так и в частотной областях.
  5. Анализировать цепи с взаимной индуктивностью.
  6. Создавайте и выполняйте измерения во временной и частотной областях на элементарных цепях RL, RC и RLC.
  7. Проанализируйте две сети портов.

КАТЕГОРИЯ СОДЕРЖАНИЯ ABET: 25% математика и фундаментальные науки, 75% инженерия (компонент дизайна).

Интегральные схемы | Электротехника и информатика

Меньшие по размеру и быстрые интегральные схемы произвели революцию в электронике для широкого спектра приложений, от мобильных телефонов до кардиостимуляторов. Интегральные схемы — это миниатюрные электронные схемы (как активные транзисторные устройства, так и пассивные компоненты), которые были изготовлены на единой полупроводниковой подложке.В связи с постоянным совершенствованием технологии производства, физический размер этих транзисторов продолжает уменьшаться, что приводит к повышению производительности транзистора в дополнение к интеграции большего количества функций для данной области подложки. Изучение интегральных схем состоит из разработки новых топологий схем, анализа и экспериментов, чтобы воспользоваться преимуществами этих новых усовершенствований транзисторов. В штате Орегон есть одна из ведущих программ в стране в области аналоговых интегральных схем, в которой особое внимание уделяется датчикам, накоплению энергии и устройствам связи для различных приложений, от Интернета вещей до энергосистем.

Возможности трудоустройства включают инженерные работы для создания новых схем и архитектур для вычислительных платформ следующего поколения, включая бытовую электронику (например, сотовые телефоны, игровые консоли, MP3-плееры) и настольные / портативные компьютеры (например, микропроцессоры).

Возможные вакансии

Инженер-проектировщик схем: проектирование схем, моделирование и устранение неисправностей

Инженер-испытатель: проверяет функционирование микросхем, компонентов, плат, межфланцевого уровня, программное обеспечение для автоматического испытательного оборудования

Инженер по приложениям (полевой инжиниринг): работа с клиентами для использования ИС в проектах их системного уровня

Технический инженер по продажам: поддержка маркетинга и продаж в качестве интерфейса с клиентом

Технический писатель: напишите документацию для правильного использования ИС (таблицы данных) и заметки по применению

Потенциальные работодатели

  • Аналоговые устройства
  • Боинг
  • Broadcom
  • Hewlett-Packard
  • Intel
  • Максим
  • Medtronics
  • НАСА
  • National Semiconductor
  • Qualcomm
  • Страйкер
  • Tektronix
  • Texas Instruments

Факультет

Курсы

Ядро
  • ECE 390 (электромагнетизм)
  • ECE 416 (Электронные материалы и устройства)
  • ECE 422 и 423 (интегральные схемы CMOS I и II)
Факультативы
  • ECE 413 (датчики)
  • ECE 417 (Основные полупроводниковые приборы)
  • ECE 418 (Обработка полупроводников)
  • ECE 461 и 462 (Связь)
  • ECE 464 (цифровая обработка сигналов)
  • ECE 473 (Конструкция микропроцессорной системы)
  • ECE 474 (Проектирование цифровых систем)
  • ECE 485 (методы микроволнового проектирования)
  • ECE 482 (Оптические электронные системы)
  • ECE 483 (Волноводная оптика)

Информация по электротехнике в Интернете: формулы и теоремы

Информация по электротехнике в Интернете: формулы и теоремы

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНЕТИЗМА, ТЕОРЕМЫ ЦЕПЕЙ И
УРАВНЕНИЯ

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------>

На этой странице кратко разъясняется, что такое электротехника (EE), и приводятся основные формулы и теоремы.Дисциплина электротехники занимается электричеством, магнетизмом и их приложениями. Приложения EE включают электронику, преобразование энергии, передачу данных, информатику, информационные технологии и другие. Термин EE обычно включает электронную технику или электронику. Электроника занимается проектированием и анализом электронных схем.

В научных кругах и электронной промышленности термины «инженер-электрик» и «инженер-электронщик» часто используются как синонимы.В других отраслях промышленности термин «инженер-электрик» может относиться к тем, кто работает с коммунальными и промышленными энергосистемами и другим электрическим оборудованием. В любом случае обе дисциплины пересекаются.

Теоретической основой ЭЭ является электромагнетизм. Теория классического электромагнетизма основана на уравнениях Максвелла. Они обеспечивают единое описание поведения электрических и магнитных полей, а также их взаимодействия с веществом. Однако на практике уравнения Максвелла редко используются при проектировании электротехники.Разработчики схем обычно используют упрощенные уравнения электричества и магнетизма и теоремы, в которых используются термины теории схем, такие как закон Ома, модифицированный для цепей переменного тока, законы Кирхгофа напряжения и тока, а также зависимости мощности (см. Ниже).

Эта веб-страница предназначена для тех, кто уже изучил EE и нуждается в быстрой справочной информации. Здесь вы найдете основы электричества и магнетизма, справочную информацию по электронике, а также некоторую информацию о карьере в Интернете.

См. Также:
Электрические формулы и расчеты импеданса;
Техническое описание электронных компонентов и перекрестные ссылки;
Руководство по дистанционному обучению: диплом инженера онлайн в аккредитованных школах.

ЗАКОНЫ ОБ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕОРЕМАХ И АНАЛИЗЕ ЦЕПЕЙ

ЗАКОН ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЕ К ДРУГИМ ЗАКОНАМ
Закон Ома расширен для цепей переменного тока с одночастотными синусоидальными сигналами В = Z × Ĩ,
где V и Ĩ — векторы напряжения и тока, Z — комплексное сопротивление
(для резистивных цепей: Z = R и V = R × I)
Закон силы Лоренца и модель Друде для резисторов
Текущий закон Кирхгофа (KCL) Сумма электрических токов, протекающих в любом переходе в цепи, равна сумме выходящих токов Сохранение электрического заряда
Закон Кирхгофа о напряжении (KVL) Сумма напряжений в замкнутой цепи должна быть равна нулю Сохранение энергии

Обратите внимание, что законы Кирхгофа могут быть выведены из уравнений Максвелла в статических условиях, хотя исторически они предшествовали уравнениям Максвелла.
Вы можете скачать распечатанный справочный лист с этими и другими уравнениями в формате pdf.

УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ (в единицах СИ)

ЗАКОН ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ФОРМА ИНТЕГРАЛЬНАЯ ФОРМА
Закон Гаусса для электричества

Закон Гаусса для магнетизма

Закон индукции Фарадея

Закон Ампера

ПРИМЕЧАНИЯ :
E — электрическое поле, ρ — плотность заряда, ε 0
8.85 × 10 -12 — электрическая проницаемость свободного пространства, π ≈ 3,14159,
k — постоянная Больцмана, q — заряд, B — магнитная индукция, Φ —
магнитный поток, Дж — плотность тока, i — электрический ток,
c ≈ 299 792 458 м / с — скорость света, µ 0
= 4π × 10 -7 — магнитная проницаемость свободного пространства,
— оператор del (если V — векторная функция, то . V — расхождение V ,
× V — это завиток V ).

ТЕОРЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ДЛЯ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ТЕОРЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТ
Теорема Тевенина Любая комбинация одночастотных источников синусоидального переменного тока и импедансов.
с двумя выводами может быть заменен одним источником напряжения V последовательно с полным сопротивлением Z.
В — вектор напряжения холостого хода исходной цепи;
Z — полное сопротивление между двумя выводами при закороченных источниках напряжения и размыкании всех источников тока.
Теорема Нортона Любая комбинация одночастотных источников синусоидального переменного тока и импедансов с двумя клеммами A и B может быть заменена одним источником тока I, подключенным параллельно, с полным сопротивлением Z. I — вектор тока короткого замыкания исходной цепи;
Z — полное сопротивление между двумя выводами при закороченных источниках напряжения и размыкании всех источников тока.
Теорема суперпозиции Вектор тока (напряжения) в любой части линейной цепи равен
алгебраическая сумма векторов тока (напряжения), создаваемых каждым источником в отдельности.
Чтобы найти отдельный ток (напряжение) от каждого источника, замкните все остальные напряжения.
sources и открыть все остальные текущие источники.
Теорема о максимальной передаче мощности Источник напряжения обеспечивает максимальную мощность регулируемой нагрузки, когда полное сопротивление источника и нагрузки является сложным.
конъюгаты друг друга
Активные составляющие импеданса источника и нагрузки должны быть равны, а реактивные составляющие — равной величины, но противоположного знака.
Преобразование дельты в звезду Схема треугольника с тремя сопротивлениями может быть преобразована в схему звезды (Y) с тремя сопротивлениями Za =
ZcaZab / (Zab + Zbc + Zca)
Zb = ZabZbc / (Zab + Zbc + Zca)
Zc = ZbcZca / (Zab + Zbc + Zca)
Преобразование звезда-треугольник

Сеть типа звезда (Y) с тремя импедансами может быть преобразована в треугольник.
сеть из трех импедансов
Zab = Za + Zb + (ZaZb / Zc)
Zbc = Zb + Zc + (ZbZc / Za)
Zca = Zc + Za + (ZcZa / Zb)

цепей | Электротехника и вычислительная техника

Схемы являются основными строительными блоками всех электрических и электронных систем.Эти системы генерируют, хранят и передают информацию, обрабатывают данные, выполняют вычисления, производят измерения и передают энергию посредством электрических сигналов. Ультрасовременный микропроцессор, лежащий в основе любого современного компьютера, по сути, представляет собой одну большую схему, содержащую несколько миллионов транзисторов, заключенную в небольшой корпус. С другой стороны, вся сеть распределения электроэнергии в США представляет собой одну огромную цепь, охватывающую расстояния в тысячи миль.

Цепи обычно делятся на цифровые и аналоговые.Цифровая схема — это схема, в которой сигналы квантуются на дискретные уровни, обычно два. Например, в схемах с положительной двоичной логикой высокое напряжение (выше заданного порога) представляет собой «единицу», а низкое напряжение (ниже заданного порогового значения). ) представляет «ноль». С помощью таких схем может выполняться двоичная арифметика и могут выполняться различные другие функции обработки сигналов. Аналоговая схема — это схема, в которой напряжения и токи не разделены на квантованные уровни.Во многих случаях при проектировании электрических или электронных систем используются как цифровые, так и аналоговые схемы.

Современные схемы являются интегрированными в том смысле, что сотни тысяч или даже миллионы транзисторов изготовлены и соединены между собой на едином кремниевом элементе, называемом микросхемой. Достижения в технологии интегральных схем за последние несколько лет привели к разработке мощных портативных компьютеров, электронных часов, сложных электронных камер и игр, настольных компьютеров, суперкомпьютеров, сложного медицинского оборудования, а также мощных систем управления и связи, среди прочего. технические системы.Несмотря на весь этот прогресс, мы продолжим видеть, как технология интегральных схем делает быстрые и значительные успехи в области измерительных приборов, связи, вычислений и управления.

Чтобы узнать об интегральных схемах, нужно изучить процессы изготовления, теорию схем, проектирование схем и проектирование систем, и все это в интегрированном виде.

За дополнительной помощью и советом обращайтесь к любому преподавателю Округа: Милтону Фенгу, Элизе Розенбаум и Нарешу Шанбхагу.

Курсы в области «Схемы» охватывают темы по теории и производству устройств с интегральными схемами, проектированию цифровых и аналоговых интегральных схем и проектированию очень крупномасштабных интегральных систем (СБИС) с использованием компьютерных средств. Следующие предлагаемые факультативы объясняют эти темы и предоставляют комплексные и обширные знания о концепциях, необходимых для выполнения проектирования интегральных схем.

Рекомендуемые факультативные курсы ЕЭК

ECE 482 — Цифровая ИС (требуется ECE290 и ECE 342).Проектирование и анализ схем СБИС, таких как логика, память, высокоскоростной ввод / вывод и межсоединения; маломощный дизайн. Предлагается каждую осень; в основном пожилые люди.

ECE 483 — Аналоговая конструкция ИС (требуется ECE342). Основные методы проектирования линейных аналоговых интегральных схем с использованием биполярных, полевых транзисторов и МОП-технологий и приложений. Преобразователи A / D и D / A. Предлагается everyspring; в основном пожилые люди.

ECE 444 — Теория и изготовление ИС устройства (требуется ECE 340). Лаборатория и курс лекций по физической теории, проектированию и производству устройств для интегральных схем.Предлагается каждый семестр; лаборатория; юниоры и пенсионеры.

ECE 425 / CS 435 — Введение в конструкцию системы VLSIS (требуется ECE 385 и ECE411 или CS 232). Проектирование и компоновка схем СБИС с использованием МОП-технологии. Предложение каждый семестр; включает в себя практическое проектирование с использованием средств автоматизированного проектирования; в основном пожилые люди.

Другие факультативы ЕЭК для рассмотрения

Рекомендуемые технические факультативы, не относящиеся к ЕЭК

Что такое электротехника? | Живая наука

Электротехника — одна из новейших отраслей машиностроения, возникшая в конце 19 века.Это отрасль техники, которая занимается технологиями электричества. Инженеры-электрики работают над широким спектром компонентов, устройств и систем, от крошечных микрочипов до огромных генераторов электростанций.

Ранние эксперименты с электричеством включали примитивные батареи и статические заряды. Однако фактическое проектирование, конструирование и производство полезных устройств и систем началось с реализации закона индукции Майкла Фарадея, который, по сути, гласит, что напряжение в цепи пропорционально скорости изменения магнитного поля в цепи.Этот закон применяется к основным принципам работы электрогенератора, электродвигателя и трансформатора. Наступление современной эпохи ознаменовано появлением электричества в домах, на предприятиях и в промышленности, и все это стало возможным благодаря инженерам-электрикам.

Среди самых выдающихся пионеров электротехники — Томас Эдисон (электрическая лампочка), Джордж Вестингауз (переменный ток), Никола Тесла (асинхронный двигатель), Гульельмо Маркони (радио) и Фило Т.Фарнсворт (телевидение). Эти новаторы превратили идеи и концепции об электричестве в практические устройства и системы, которые открыли современную эпоху.

С самого начала область электротехники выросла и разветвлялась на ряд специализированных категорий, включая системы генерации и передачи энергии, двигатели, аккумуляторы и системы управления. Электротехника также включает электронику, которая подразделяется на еще большее количество подкатегорий, таких как радиочастотные (РЧ) системы, телекоммуникации, дистанционное зондирование, обработка сигналов, цифровые схемы, приборы, аудио, видео и оптоэлектроника.

Область электроники родилась с изобретением в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом термоэлектронной ламповой диодной лампы. Электронная лампа в основном действует как усилитель тока, выдавая ток, кратный входному. Он был основой всей электроники, включая радио, телевидение и радары, до середины 20 века. Он был в значительной степени вытеснен транзистором, который был разработан в 1947 году в лабораториях AT&T Bell Laboratories Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном, за что они получили Нобелевскую премию по физике 1956 года.

Чем занимается инженер-электрик?

«Инженеры-электрики проектируют, разрабатывают, тестируют и контролируют производство электрического оборудования, такого как электродвигатели, радиолокационные и навигационные системы, системы связи и оборудование для выработки электроэнергии, — заявляет Бюро статистики труда США.» Инженеры-электронщики проектируют и разрабатывают электронное оборудование. оборудование, такое как системы вещания и связи — от портативных музыкальных плееров до систем глобального позиционирования (GPS) ».

Если это практическое, реальное устройство, которое производит, проводит или использует электричество, то, по всей вероятности, оно было разработано инженер-электрик.Кроме того, инженеры могут проводить или составлять спецификации для разрушающих или неразрушающих испытаний производительности, надежности и долговечности устройств и компонентов.

Современные инженеры-электрики проектируют электрические устройства и системы с использованием основных компонентов, таких как проводники, катушки, магниты, батареи, переключатели, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды и транзисторы. Почти все электрические и электронные устройства, от генераторов на электростанции до микропроцессоров в вашем телефоне, используют эти несколько основных компонентов.

Критические навыки, необходимые в области электротехники, включают глубокое понимание теории электричества и электроники, математики и материалов. Эти знания позволяют инженерам разрабатывать схемы для выполнения определенных функций и удовлетворения требований безопасности, надежности и энергоэффективности, а также прогнозировать их поведение до реализации проекта оборудования. Однако иногда схемы конструируются на «макетных платах» или прототипах печатных плат, изготовленных на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), для тестирования перед запуском в производство.

Инженеры-электрики все чаще полагаются на системы автоматизированного проектирования (САПР) для создания схем и компоновки схем. Они также используют компьютеры для моделирования работы электрических устройств и систем. Компьютерное моделирование можно использовать для моделирования национальной электросети или микропроцессора; поэтому для инженеров-электриков очень важно владение компьютерами. Помимо ускорения процесса создания схем, макетов печатных плат (PCB) и чертежей для электрических и электронных устройств, системы CAD позволяют быстро и легко изменять конструкции и быстро создавать прототипы с помощью станков с ЧПУ.Полный список необходимых навыков и способностей для инженеров-электриков и электронщиков можно найти на MyMajors.com.

Работа и заработная плата в области электротехники

Инженеры-электрики и электронщики работают в основном в научно-исследовательских и опытно-конструкторских отраслях, компаниях, оказывающих инженерные услуги, на производстве и в федеральном правительстве, согласно BLS. Как правило, они работают в помещении, в офисах, но им, возможно, придется посетить места, чтобы увидеть проблему или сложное оборудование, сообщает BLS.

Обрабатывающие отрасли, в которых работают инженеры-электрики, включают автомобильную, морскую, железнодорожную, аэрокосмическую, оборонную, бытовую электронику, коммерческое строительство, освещение, компьютеры и компоненты, телекоммуникации и управление движением. Государственные учреждения, в которых работают инженеры-электрики, включают транспортные департаменты, национальные лаборатории и военные.

Для большинства рабочих мест в области электротехники требуется как минимум степень бакалавра инженерных наук. Многие работодатели, особенно те, которые предлагают услуги инженерного консалтинга, также требуют государственной сертификации в качестве профессионального инженера.Кроме того, многие работодатели требуют сертификации Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) или Института инженерии и технологий (IET). Степень магистра часто требуется для продвижения к руководству, а постоянное образование и подготовка необходимы, чтобы идти в ногу с достижениями в области технологий, испытательного оборудования, компьютерного оборудования и программного обеспечения, а также государственных постановлений.

По состоянию на июль 2014 года, диапазон заработной платы для недавно получившего диплом инженера-электрика со степенью бакалавра составляет от 55 570 до 73 908 долларов, согласно Salary.com. Диапазон для инженера среднего звена со степенью магистра и стажем от пяти до 10 лет составляет от 74 007 до 108 640 долларов, а для старшего инженера со степенью магистра или доктора и более 15 лет опыта — от 97 434 до 138 296 долларов. Многие опытные инженеры с учеными степенями продвигаются на руководящие должности или открывают собственный бизнес, где они могут зарабатывать еще больше.

Будущее электротехники

Предполагается, что занятость инженеров-электриков и электронщиков вырастет на 4 процента в период с настоящего момента до 2022 года из-за «универсальности» этих специалистов в разработке и применении новых технологий, говорится в сообщении BLS.

Приложения этих новых технологий включают изучение красных электрических вспышек, называемых спрайтами, которые парят над некоторыми грозами. Виктор Пасько, инженер-электрик из Пенсильванского университета, и его коллеги разработали модель эволюции и исчезновения странной молнии.

Другой инженер-электрик, Андреа Алу из Техасского университета в Остине, изучает звуковые волны и разработала одностороннюю звуковую машину. «Я могу слушать вас, но вы не можете обнаружить меня; вы не можете слышать мое присутствие», — сказал Алу LiveScience в статье 2014 года.

И Мишель Махарбиз, инженер-электрик из Калифорнийского университета в Беркли, изучает способы беспроводной связи с мозгом.

BLS заявляет: «Быстрые темпы технологических инноваций и разработок, вероятно, будут стимулировать спрос на инженеров-электриков и электронщиков в исследованиях и разработках, в области, в которой потребуется инженерный опыт для разработки систем распределения, связанных с новыми технологиями».