Основы ядерной электроники

Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока.
В общем случае электрическая цепь состоит из:
источников электрической энергии;
приемников электрической энергии
промежуточных звеньев, связывающих источники с приемниками

Источники электрической энергии – гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы и другие устройства, в которых происходит процесс преобразования химической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.
Приемниками (нагрузкой) электрической энергии служат электрические двигатели, электронагревательные приборы и др. устройства, в которых электрическая энергия превращается в световую, тепловую, механическую и другие виды.

В электрических цепях различают активные и пассивные элементы.
Активные элементы – это источники электрической энергии. Различают источники напряжения и источники тока.
Пассивные элементы – это сопротивления, индуктивности, емкости.
Первые вносят энергию в электрическую цепь, а вторые ее потребляют.

Электрический ток в общем случае представляет собой движения электрических зарядов отрицательного и положительного знаков в разные стороны.
q - количество электричества, прошедшее через рассматриваемое сечение проводника за время t.

При протекании тока от точки 1 к точке 2 подразумевается, что потенциал точки 1 выше потенциала точки 2.

Под напряжением на данном участке подразумевается разность электрических потенциалов точек 1 и 2.
Единица измерения напряжения Вольт [B].
При условии, что ϕ1 больше ϕ2 U12 = ϕ1 - ϕ2 будет положительным.

Идеальный источник напряжения
активный элемент с двумя зажимами, напряжение на котором не зависит от тока, проходящего через источник

В реальности любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением r.
Это исключительно конструктивное свойство источника.

Идеальный источник тока
активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Реальный источник тока - ?

Величина обратная сопротивлению носит название проводимости:
Сопротивление

Индуктивностью называется идеализированный элемент электрической цепи, приближающейся по свойствам к индуктивной катушке, в котором накапливается энергия магнитного поля.

Емкостью называется идеализированный элемент электрической цепи приближенно заменяющий конденсатор, в котором накапливается энергия электрического поля.

Топологические элементы схемы: ветви, узлы, контуры.
Ветвь – участок схемы, расположенный между двумя узлами и образованный одним или несколькими последовательно соединенными электрическими элементами цепи.
Под последовательным соединением элементов цепи понимается такое их соединение, при котором через все эти элементы проходит один и тот же ток.

Узел – место соединения ветвей.
Ветви присоединенные к одной паре узлов называются параллельными

Под контуром понимается любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Одноконтурная схема

Первый закон Кирхгофа:
Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю
ИЛИ
сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из узла:
I1 + I3 = I2 + I4

Второй закон Кирхгофа:
Алгебраическая сумма э.д.с. в любом замкнутом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:
Σ Ui = Σ Ei

Э.Д.С. и падения напряжения, которые совпадают по направлению с выбранным направлением обхода, записываются в выражении со знаком «+»; если Э.Д.С. и падения напряжения не совпадают с направлением обхода контура, то перед ними ставится знак «–».

,

Е1=5 В, R1=100 Ом, R2=510 Ом, R3=10 кОм.
Требуется рассчитать напряжения на резисторах и ток через каждый резистор.

Электроизмерительные приборы – класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах.
Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах в соответствии с пределами измерения прибора.
В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют.

Вольтметр – это электроизмерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Мультиметр, тестер – электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций.
В минимальном наборе включает функции вольтметра, амперметра и омметра.
Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.
Наиболее простые цифровые мультиметры имеют портативное исполнение.

Осциллограф – прибор, предназначенный для исследования амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, и наглядно отображаемого (визуализации) непосредственно на экране либо регистрируемого на фотоленту.

Генератор сигналов – это устройство, позволяющее производить сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).
По форме выходного сигнала генераторы бывают:
– синусоидальных, гармонических колебаний (сигналов);
– прямоугольных импульсов;
– функциональный генератор – прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов;
­– генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН);
– генератор шума.

Основные характеристики периодических сигналов:
Амплитуда — наибольшее значение, которое принимает какая-либо величина, изменяющаяся по гармоническому закону.
Максимальное значение сигнала — наибольшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени;
Минимальное значение сигнала —
Размах сигнала — разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного интервала времени

Основные характеристики периодических сигналов:
Период периодического сигнала — параметр, равный наименьшему интервалу времени, через который повторяются мгновенные значения периодического сигнала.
Частота периодического сигнала — параметр, представляющий собой величину, обратную периоду периодического сигнала.

Амплитудное значение напряжения (Um, Vp) – это максимальное, мгновенное значение напряжения, то есть амплитуда синусоиды.
Действующее значение переменного тока - это величина постоянного тока, который может выполнить ту же самую работу (нагрев).
Действующее значение напряжения (U) обозначают латинской буквой без индекса, в литературе может еще использоваться термин – эффективное значение напряжения.
То есть амплитудное значение в 1,414 раза больше действующего.

Пиковое напряжение (Vpp) – параметр, который измеряется между максимальным значением амплитуды и его минимальным значением в течение того же периода.
Если предположить, что максимальное значение равно 5 В, а минимальное -5 В. то пиковое напряжение Vpp будет равно 10 В.
В случае синусоидального сигнала, значение Vpp будет всегда в два раза больше Vp.

имеет разную длительность импульса и паузы

Меандр - это прямоугольный сигнал, у которого длительность импульса и паузы равны.

Для классического треугольного сигнала время возрастания равно времени убывания (и равно половине периода).