Elektrické obvody a obvodové veličiny


Elektrické obvody a jejich modely


    Elektrický obvod  -  uspořádání obvodových prvků (součástek a bloků), splňující

                                        požadovanou funkci,

                                    -  elektrický obvod je tedy reálně, fyzicky existující systém.


















      Obvodové prvky   -   základní stavební elementy elektrických  obvodů,

                                      (rezistory, kondenzátory, cívky, transformátory, tranzistory,

                                       diody, operační zesilovače OZ, integrované obvody IO apod.),

                                  -   opět jde o reálně existující objekty.


















      Model -   popis reálného objektu (el. obvodu) omezenými prostředky.


Typy modelů —               obvodové (schémata),

                                           —  matematické (soustava rovnic, popisující chování
obvodu) ,

                                           —  jiné.















      Analýza   -   jednorázová činnost, zkoumající model a zjišťující určitou vlastnost

                         reálného objektu (el. obvodu).

      Simulace -   pokus o věrný obraz chování reálného obvodu

                         analýzou modelu.




2. Rozdělení elektrických obvodů a obvodových prvků





















                                               - 2 -

3. Základní dvojpóly


Zdrojová a spotřebičová orientace čítačích šipek napětí a proudů












      To, zda je obvodový prvek či celý obvod zdrojem či spotřebičem, závisí na

      orientaci čítacích šipek napětí a proudů.

      V některých případech může zdroj hrát roli spotřebiče a naopak (nabíjení

      a vybíjení akumulátoru).




      Ideální zdroje napětí a proudů


         Nezávislé zdroje



         Zdroje konstantního napětí (stejnosměrné zdroje)









Proud do zátěže je omezen pouze velikostí  odporu zátěže !!!


         Zdroje harmonického napětí a napětí obecného průběhu








Spojování zdrojů


    Elektrický náboj - funkce všech el. obvodů je založena na existenci a vzájemném

                                    působení el. nábojů.

                                  - elementární náboj

                                  - množství náboje


                                  - objemová hustota náboje



    Elektrické napětí  - dva náboje s opačným znaménkem se přitahují, se stejným

                                      odpuzují,

                                    - při snaze o oddělení elektronu od jádra atomu je  nutno
působit

                                      silou proti přitažlivé síle nábojů elektronu a jádra, je
nutno

                                      vykonat práci,

                                    - el. napětí vyjadřuje práci, nutnou k vytvoření nábojového


el. napětí je orient. veličina

                                      rozdílu







Proud do obvodu nezávisí na zátěži. Je konstantní.

V praxi většinou elektronicky.












    Elektrický proud - síla, působící mezi el.náboji, může vyvolat pohyb nosičů náboje,

                                  - el. proud je definován jako změna el. náboje v čase.


Proud je veličinou skalární.

Šipka označuje nikoliv směr, ale vektor normály plochy, kterým náboje procházejí.








         -                           proudová hustota



Závislé (řízené) zdroje


         Jde o zdroje, jejichž výstupní napětí či proud jsou řízeny jistou veličinou v obvodu.
Používají se k modelování obvodů s aktivními prvky (tranzistory, OZ ...), tvorbě modelů celých
složitějších obvodů (zjednodušování) apod.



zdroj napětí, řízený proudem

CCVS   ( Current Controlled

                 Voltage Source)


zdroj napětí, řízený napětím

VCVS   ( Voltage Controlled

                 Voltage Source)




zdroj proudu, řízený napětím

VCCS   ( Voltage Controlled

                 Current Source)


                                zdroj proudu, řízený proudem

                                CCCS   ( Current Controlled

                                                 Current Source)







                                               - 5 -

      Lineární rezistor




Ohmův zákon





                                         G – vodivost [S]

                                         R – odpor [W]


Ampérvoltová charakteristika je lineární.







         Pozor na terminologii: název prvku je rezistor, jeho jedinou vlastností pak odpor.



    Výkon na rezistoru  -   veškerý výkon se přemění v teplo (tepelnou energii).











    Energie spotřebovaná na rezistoru  -  dodaná el. energie se změní zcela na tepelnou.


Jouleovo teplo






Ampérvoltová charakteristika je nelineární.

    Nelineární rezistor  -






DÚ: statický a

       dynamický odpor








    Výpočet odporu dlouhého tenkého vodiče z jeho geometrických rozměrů





 je měrný el. odpor,

 je měrná el. vodivost.

Jde o vlastnosti materiálu vodiče.







      Lineární kapacitor




Jediným parametrem lineárního kapacitoru

je kapacita [F].


Coulombvoltová charakteristika je lineární.







         Pro vztah mezi proudem a napětím lze odvodit:





         Je-li součástí el. obvodu lineární kapacitor, pak vnáší do tohoto obvodu vlastní

      dynamiku a obvod nazýváme dynamickým.


         Vztah mezi proudem a napětím na libovolném prvku nazýváme prvkovou rovnicí.


    Energie elektrického pole lineárního kapacitoru







Lineární induktor









         Prvková rovnice má tvar:




         Je-li součástí el. obvodu lineární induktor, pak vnáší do tohoto obvodu vlastní

      dynamiku a obvod nazýváme dynamickým.


      Je-li obvod sestaven pouze z rezistorů (lin. i nelin.) a zdrojů, je statickým obvodem

      (bez vnitřní dynamiky).



    Energie elektrického pole lineárního induktoru