Введение. 
Теория электрических цепей. 
Часть 1

Курс «Теория электрических цепей» является базовым для подготовки специалистов в двух смежных областях знания — электротехнике и радиоэлектронике. Эти два направления науки и техники имеют между собой много общего, построены на общей физической основе, но нацелены на решение различных технических задач.

Основная задача, решаемая в электротехнике, — это производство и передача электрической энергии, преобразование этой энергии в другие виды энергии, например, в механи ческую, тепловую или световую. Радиоэлектроника решает широкий круг задач, связанных с использованием электрических явлений для передачи и обработки информации.

К ним в первую очередь относятся задачи связи, радиолокации и радионавигации, телеуправления, телеизмерения, автоматизации различных производственных процессов и многие другие. Не боясь преувеличений, можно сказать, что электротехника и радиоэлектроника являются ведущими отраслями науки и техники, стоящими в авангарде научно-технического прогресса и имеющими исключительное значение для дальнейшего повышения производительности труда, улучшения качества продукции и роста материального благосостояния человечества.

Во всех электротехнических и радиоэлектронных устройствах независимо от их назначения и принципа действия имеют место одни и те же электромагнитные процессы, подчиняющиеся одним и тем же физическим законам. Знакомство с основными электрическими явлениями и процессами составляет существенную часть школьного и вузовского курсов физики. Знания, полученные из курса физики, дают общие представления об устройстве и принципе действия различных электротехнических и радиоэлектронных устройств, однако они недостаточны для специалистов, готовящихся к расчету, проектированию и производству таких устройств. Курс «Теория электрических цепей», базирующийся на курсах физики и высшей математики, вооружает будущих специалистов инженерными методами исследовани я процессов в различных электротехнических и радиоэлектронных устройствах и является фундаментом для всех последующих специальных курсов.

Основной задачей курса является обучение студентов современным методам расчета радиотехнических цепей, а также методам анализа по временным и частотным характеристикам установившихся и нсустановившихся процессов в них.

Электромагнитные явления и устройства на их основе можно достаточно строго описать методами теории электромагнитного поля. В теории электромагнитного поля оперируют с векторными величинами, такими, как плотности токов, напряженности электрического и магнитного полей. Эта теория позволяет описать процессы в каждой точке электромагнитного поля с помощью дифференциальных уравнений в частных производных (уравнений Максвелла). Методы теории ноля дают возможность рассмотреть в общем виде самые разнообразные явления в любых электротехнических и радиотехнических устройствах, в том числе в таких сложных, как антенны, волноводы, электровакуумные и полупроводниковые приборы. В то же время эти методы весьма сложны, трудоемки и на практике позволяют решить ограниченное число задач.

Для исследования широкого круга устройств можно применять упрощенные методы, так называемые методы теории цепей, основанные на замене реального устройства некоторой упрощенной моделью, процессы в которой описываются скалярными величинами — токами и напряжениями. Отдельные составные части (элементы) устройства при этом заменяют моделями, приближенно отражающими основные (в рамках решаемой задачи) свойства соответствующих элементов.

Разработка инженерных методов исследования процессов в электротехнических и радиоэлектронных устройствах, основанных на замене этих устройств упрощенными моделями, процессы в которых описываются в терминах токов и напряжений, составляет предмет теории цепей.

Методы теории электрических цепей вследствие принятых допущений и упрощений менее универсальны, чем методы теории поля, в частности их нельзя применять на достаточно высоких частотах, когда длина волны электромагнитных колебаний становится соизмеримой с размерами исследуемого устройства, а также при исследовании процессов излучения, распространения и приема радиоволн; ограничено использование методов теории электрических цепей в технике высоких напряжений, при определении параметров и построении упрощенных моделей различных элементов цепей. В этих случаях для исследования процессов, а также для оценки пределов применимости результатов, полученных с помощью теории цепей, необходимо использовать методы теории электромагнитного поля.

В результате изучения дисциплины студент должен освоить:

трудовые действия

• • владение навыками составления схем замещения и моделирования электрических сетей, аппаратов и машин;
• • навыками экспериментальных исследований электрических цепей с использованием современных метрологических средств измерения;

необходимые знания

• • основные понятия и определения по электрическим системам и цепям и основные законы для их анализа и расчета;
• • резонансные методы передачи и применения электрической энергии;

необходимые умения

• • анализировать и рассчитывать электрические цепи постоянного, переменного однофазного и трехфазного токов;
• • анализировать и рассчитывать переходные процессы в цепях с сосредоточенными параметрами классическим и операторным методами.