Вопросы к экзамену по предмету «Теория электрических цепей»
Для специальностей «Средства связи с подвижными объектами», «Многоканальные телекоммуникационные системы», «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», «Сети связи и системы коммутации».
1. Электрическое поле. Графическое изображение электрических полей. Напряжённость электрического поля. Потенциал. Напряжение. Электрическое смещение. Ток смещения. Энергия электрического поля, её расчёт.
2. Электрическая ёмкость. Конденсаторы. Плоский конденсатор. Ёмкость плоского конденсатора.
3. Последовательное, параллельное и смешанное соединение конденсаторов. Определение эквивалентной ёмкости, напряжения и зарядов на отдельных конденсаторах.
4. Постоянный электрический ток. Электрическая цепь и её элементы. Направление, величина и плотность тока. Электродвижущая сила (ЭДС). Электрическое сопротивление и проводимость.
5. Закон Ома для участка цепи, для полной цепи. Работа и мощность тока. Условие получения максимальной мощности во внешней цепи.
6. Двухполюсные элементы электрической цепи. Активные и пассивные двухполюсники. Закон Ома для активной ветви.
7. Четырехполюсники. Активные и пассивные четырехполюсники. Основные уравнения и параметры четырехполюсников. Определение параметров четырехполюсников. Схемы замещения. Частотные характеристики четырехполюсников.
8. Независимые и зависимые (управляемые) источники напряжения и тока.
9. Последовательное и параллельное соединения двухполюсных элементов. Понятие узла, ветви, контура. Делители напряжения и тока.
10. Пассивные идеализированные элементы эл. цепи: сопротивление, емкость, индуктивность.
11. Активные идеализированные элементы эл. цепи: источник напряжения, источник тока. Условия эквивалентности источника напряжения и источника тока.
12. Последовательное, параллельное и смешанное соединение резисторов. Определение эквивалентного сопротивления, напряжения и тока на отдельных резисторах.
13. Основные законы теории электрических цепей: закон Ома для ветви, I закон Кирхгофа, II закон Кирхгофа.
14. Анализ электрических цепей постоянного тока методом наложения.
15. Анализ электрических цепей постоянного тока методом контурных токов.
16. Анализ электрических цепей постоянного тока методом узловых напряжений.
17. Анализ электрических цепей постоянного тока методом эквивалентных преобразований.
18. Напряжённость магнитного поля. Магнитная проницаемость, магнитная индукция, магнитный поток.
19. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Правило буравчика.
20. Магнитное поле катушки с током. Магнитное поле земли. Действие магнитного поля на проводник с током. Правило левой руки.
21. Явление электромагнитной индукции. Электродвижущая сила в прямолинейном проводнике при движении его в магнитном поле. Величина и направление ЭДС. Правило правой руки.
22. ЭДС индукции, наведённая в контуре. Правило Ленца. ЭДС индукции в катушке. Потокосцепление.
23. Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции, её величина и направление. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Явление взаимной индукции.
24. Взаимная индуктивность двух катушек, коэффициент связи. Согласное и встречное включение двух катушек при их последовательном соединении.
25. Характеристики синусоидальных величин: мгновенное, амплитудное, действующее и среднее значения, период, частота, длина волны, угловая частота, фаза, начальная фаза. Графическое изображение синусоидальных величин: волновые (временные) и векторные диаграммы.
26. Уравнения, описывающие зависимость мгновенных значений ЭДС, напряжения или тока от времени.
27. Цепь синусоидального тока с резистором. Поверхностный эффект и эффект близости. Понятие об активном сопротивлении.
28. Цепь синусоидального тока с резистором. Закон Ома для мгновенных, максимальных и действующих значений тока и напряжения. Волновая и векторная диаграммы.
29. Цепь синусоидального тока с резистором. Энергетический процесс. Мгновенная и средняя (активная) мощности.
30. Цепь синусоидального тока с индуктивностью. Цепь с индуктивным сопротивлением (идеальная катушка). Мгновенное значение тока, магнитного потока, ЭДС самоиндукции и напряжения. Временная и векторная диаграммы.
31. Цепь синусоидального тока с индуктивностью. Закон Ома для действующих и амплитудных значений тока и напряжения. Индуктивное сопротивление, его зависимость от частоты.
32. Цепь синусоидального тока с индуктивностью. Энергетический процесс. Мгновенная, активная и реактивная мощности.
33. Последовательное соединение активного и реактивного сопротивлений (анализ реальной катушки). Временная и векторная диаграммы. Закон Ома для действующих и амплитудных значений тока и напряжения.
34. Треугольники напряжений и сопротивлений. Полное сопротивление цепи. Угол сдвига фаз между напряжением и током.
35. Энергетический процесс. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности.
36. Цепь синусоидального тока с емкостью. Изменение заряда на обкладках конденсатора при синусоидальном напряжении (конденсатор без потерь). Мгновенное значение тока. Временная и векторная диаграммы.
37. Интегрирующая и дифференцирующая цепи.
38. Цепь синусоидального тока с емкостью. Закон Ома для действующих и амплитудных значений тока и напряжения. Ёмкостное сопротивление, его зависимость от частоты.
39. Цепь синусоидального тока с емкостью. Энергетический процесс. Мгновенная, активная и реактивная мощности.
40. Последовательное соединение резистора и конденсатора (конденсатор с потерями). Временная и векторная диаграммы. Закон Ома для действующих и амплитудных значений тока и напряжения.
41. Треугольники напряжений и сопротивлений. Полное сопротивление. Угол сдвига фаз между напряжением и током. Закон Ома для действующих и амплитудных значений тока и напряжения.
42. Энергетический процесс. Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности. Треугольник мощностей. Коэффициент мощности.
43. Последовательное соединение активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений. II закон Кирхгофа для мгновенных значений. Временная и векторная диаграммы для различного характера цепи.
44. Компенсация реактивной мощности в электрических сетях с помощью конденсаторов.
45. Параллельное соединение активно-индуктивного и активно-ёмкостного сопротивлений. I закон Кирхгофа для мгновенных значений. Векторные диаграммы для различного характера цепи. Разложение токов на активную и реактивную составляющие.
46. Проводимости ветвей и полная проводимость. Треугольники токов и проводимостей. Связь между действующими (и амплитудными) значениями тока и напряжения. Энергетический процесс.
47. Сущность символического метода. Три формы записи комплексного числа.
48. Выражение тока, напряжения, сопротивления, проводимости, ЭДС электромагнитной индукции, мощности комплексными числами. Законы Ома и Кирхгофа в символическом виде.
49. Комплексная передаточная функция. Частотные характеристики. АЧХ, ФЧХ. Годограф. Частотные характеристики простейших двухполюсников.
50. Понятие о колебательном контуре. Свободные колебания в идеальном контуре. Период, частота и длина волны свободных колебаний. Характеристическое сопротивление контура. Свободные колебания в реальном контуре. Затухание колебаний. Добротность контура.
51. Последовательный колебательный контур. Вынужденные колебания. Полное сопротивление контура, его составляющие и зависимость их от частоты. Резонанс напряжений, условие его возникновения. Признаки резонанса. Резонансная частота. Векторная диаграмма.
52. Последовательный колебательный контур. Коэффициент мощности. Коэффициент передачи по напряжению. Добротность. Амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики.
53. Последовательный колебательный контур. Расстройка. Полоса пропускания и избирательность. Практическое использование последовательных колебательных контуров.
54. Параллельный колебательный контур. Токи в ветвях и в неразветвлённой части цепи. Резонанс токов, условие его возникновения. Признаки резонанса. Резонансная частота. Векторная диаграмма.
55. Параллельный колебательный контур. Полное эквивалентное сопротивление контура при резонансе и при расстройках, его активная и реактивная составляющие. Эквивалентная добротность параллельного контура с учётом влияния внутреннего сопротивления генератора.
56. Параллельный колебательный контур. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики параллельного контура. Полоса пропускания контура и её зависимость от внутреннего сопротивления генератора. Избирательность параллельного контура при различных внутренних сопротивлениях генератора.
57. Параллельный колебательный контур. Автотрансформаторное (неполное) включение контура. Практическое использование параллельных контуров.
58. Определение связанных контуров. Виды связи. Коэффициент связи при различных видах связи. Вносимое сопротивление.
59. Схема замещения связанной системы эквивалентной одноконтурной цепью. Условия резонанса для связанной цепи. Настройка связанных контуров.
60. Виды резонансов в связанных системах. Критическая связь.
61. Понятие о несинусоидальных (негармонических) токах и напряжениях. Возникновение несинусоидальных токов. Понятие о нелинейных элементах. Сложение синусоид, имеющих разные частоты.
62. Выражение сложной периодической кривой с помощью тригонометрического ряда (ряда Фурье). Постоянная составляющая, основная и высшие гармоники. Симметричные и несимметричные кривые. Разложение периодических кривых на гармоники. Понятие о спектрах.
63. Влияние активного сопротивления, индуктивности и ёмкости на форму кривой тока при несинусоидальном напряжении.
64. Резонанс отдельных гармонических составляющих. Использование несинусоидальных токов в технике связи. Понятие о фильтрации.
65. Действующие значения несинусоидального тока и напряжения. Мощность несинусоидального тока. Коэффициенты, характеризующие степень несинусоидальности периодических кривых (коэффициент искажений, коэффициент амплитуды).
66. Катушки с магнитными сердечниками. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетизм. Кривая намагничивания. Петля гистерезиса. Потери на гистерезис. Вихревые токи. Влияние ферромагнитного сердечника на магнитное поле и индуктивность катушки.
67. Катушки с магнитными сердечниками. Искажающее действие гистерезиса и магнитного насыщения на форму кривой тока. Потоки рассеяния. Влияние воздушного зазора на работу катушки.
68. Устройство и принцип работы трансформатора. Коэффициент трансформации. Преобразование напряжений, токов, сопротивлений.
69. Схема замещения трансформатора. Согласующие свойства трансформатора. Использование трансформатора в технике связи.
70. Понятие о переходных процессах. Причины возникновения переходных процессов. Законы коммутации. Независимые начальные условия.
71. Переходные процессы в RL-цепи первого порядка. Включение RL-цепи на постоянное напряжение. Короткое замыкание RL-цепи. Законы изменения тока и напряжения. Постоянная времени RL-цепи. Длительность процесса. Энергетический процесс.
72. Переходные процессы в RС-цепях первого порядка. Включение RС-цепи на постоянное напряжение. Короткое замыкание RС-цепи. Законы изменения тока и напряжения. Постоянная времени RC-цепи. Реакция при нулевом входе и нулевом начальном состоянии. Длительность процесса. Энергетический процесс.
Типовые задачи и практические задания к билетам
1. Напряжения на последовательно включенных реостате (4 Ом) и конденсаторе равны. Найти емкость конденсатора, если частота 50 Гц.
2. Для «погашения» общей части напряжения сети 220 В последовательно с лампой (127 В, 60 Вт) включен конденсатор. Определить емкость конденсатора, если частота в сети 50 Гц.
3. Чему равно показание вольтметра (r = 10000 Ом,), если он включен последовательно с конденсатором 0,637 мкФ и приложено напряжение 224 В частотой 50 Гц?
4. Используя метод контурных токов определить токи ветвей в цепи, схема которой
Соответствует приведенной на рисунке, если Е = 15 В, а R = 2 Ом. Составить
уравнение баланса мощностей.
5. Неразветвленная цепь содержит сопротивление R, индуктивность L = 0,142 Гн и емкость C. Напряжение между зажимами цепи 120 В, ток цепи 4 А, активная мощность 240 Вт, частота 50 Гц.
6. Записать в показательной и алгебраической комплексной форме значения переменного напряжения, мгновенные значения которого имеют вид: а) u = 311sin(314 t - 45°); б) u = 155sin(314 t + 75°); в) u = 536sin(1256 t - 45°).
7. В неразветвленной цепи содержится сопротивление 8 Ом, индуктивность 0,07 Гн и емкость 122 мкФ. Цепь включена на напряжение 120 В, 50 Гц. Определить ток в цепи, напряжения на отдельных её элементах, активную и реактивную мощность. Найти частоту, при которой наступает резонанс напряжения.
8. Контур параллельно включенных конденсаторов и катушки настроен в резонанс. Чему равен ток в катушке, если ток в конденсаторе 10 А, а в суммарном 5 А?
9. Комплекс напряжения задан в алгебраической форме: U = 100 + j ·173…, В. Написать его тригонометрическую и показательную формы.
10. В сеть напряжением 
и частотой 
включен приемник с индуктивным сопротивлением X = 50 Ом. Найти амплитуду и действующее значение тока приемника. Подсчитать значение активной и реактивной мощности. Записать выражение для мгновенных значений тока и напряжения, приняв начальную фазу напряжения 
.
11. Сопротивления двух участков цепи переменного тока записываются в виде следующих комплексных чисел:
Z 1 = 10 e - j 30° Ом; Z 2= 5 ej 60° Ом.
Найти общее сопротивление цепи при последовательном и параллельном соединении ее участков.
12. В сеть напряжением и частотой включена цепь, состоящая из последовательного соединения активного сопротивления и двух емкостных. Определить показания приборов, величину полной и реактивной мощностей. Построить векторную диаграмму, треугольники сопротивлений и мощностей. Данные для решения: r = 20 Ом, С 1 = 160 мкФ, С 2 = 280 мкФ.
13. В сеть с напряжением включена цепь, состоящая из смешанного соединения элементов. Определить символическим методом токи во всех ветвях, ток от источника, активную, реактивную и полную мощности всей цепи. Данные для решения:
14. В цепи со смешанным соединением сопротивлений I 1 = 5 А, R 1 = 19 Ом, R 2 = 70 Ом, R 3 = 30 Ом, R 4= 60 Ом, R 5 = 5 Ом, R 0 = 1 Ом, U 6 = U ВС = 20 В. Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка цепи и всей цепи, найти значение сопротивления R 5, определить ЭДС Е цепи. Составить баланс мощностей.
15. В цепи С 1 = 80 пФ, С 2 = 80 пФ, С 3 = 40 пФ, С 4 = 30 пФ, U = 100 В.
16. В цепи С 1 = 8 мкФ, С 2 = 4 мкФ, С 3 = 6 мкФ, С 4 = 4 мкФ, U = 36 В. Определить эквивалентную емкость цепи, а также заряд и энергию электрического поля каждого конденсатора и всей цепи.
17. В цепи С 1 = 30 мкФ, С 2 = 15 мкФ, С 3 = 5 мкФ, С 4= 60 мкФ, U = 30 В. Определить эквивалентную емкость цепи, напряжение, приложенное ко всей цепи, а также заряд и энергию электрического поля каждого конденсатора и всей цепи.
18. Записать выражение для мгновенного значения тока в цепи с резистором, имеющим сопротивление 100 Ом, который подключен к источнику переменного напряжения 42 В с частотой 50 Гц, если начальная фаза 
= - 45°.
19. Ключ в цепи замыкается. Рассчитать ток i 1 после коммутации, если R 1 = R 2 = R 3 = 100 Ом, C = 1 мкФ, E = 60 В.
20. Определить токи в ветвях, написать выражение для мгновенных значений тока в неразветвленной части схемы, а также определить показания амперметра, если напряжение u = 179sin314 t, а сопротивления ветвей r 1 = 10 Ом и r 2 = 25,4 Ом.
