Важным частным режимом работы электрической цепи является такой режим, при котором к цепи подведены только неизменные по времени воздействия в виде источников постоянного напряжения или тока.
В резистивной цепи, где реакция повторяет воздействие с точностью до постоянного множителя, в момент подведения постоянного воздействия возникают постоянные токи во всех ветвях и между всеми узлами устанавливаются постоянные напряжения, т. е. устанавливается режим постоянного тока.
В цепях общего вида, содержащих реактивные элементы, при подведении воздействия в виде источников постоянного напряжения или тока спустя некоторое время также устанавливается режим постоянного тока, т. е. все напряжения и все токи в цепи будут постоянными. Таким образом, производные тока и напряжения по времени равняются нулю. Отсюда вытекают весьма важные выводы, которые будут использоваться при рассмотрении процессов в цепях:
а) во-первых, следует заметить, что напряжения на всех емкостях в режиме постоянного тока будут представлять собой постоянные величины и поэтому через емкости токи проходить не будут. Следовательно, в данном режиме работы цепи элементы емкости представляют собой разрывы цепи;
б) во-вторых, в режиме постоянного тока через элемент индуктивности будет протекать постоянный ток. Поэтому напряжение на зажимах индуктивности будет равняться нулю тождественно. Таким образом, элемент индуктивности для режима постоянного тока будет представлять собой короткое замыкание зажимов. Одновременно следует заметить, что индуктивность с током будет определять некоторый запас энергии магнитного поля.
Из указанных особенностей реактивных элементов электрической цепи следует, что в режиме постоянного тока электрическая цепь может быть охарактеризована схемой замещения, в которой элементы емкости исключены (разрыв цепи), но напряжения на зажимах в схеме замещения указываются. Элементы индуктивности в этом случае заменяются короткозамкнутыми перемычками с известным током.
Расчет режима постоянного тока сводится к расчету резистивной цепи. При расчете или ставится задача по определению токов во всех ветвях и напряжений между всеми узлами, или, что бывает чаще, требуется найти лишь заданную реакцию цепи.
Пусть требуется определить ток в индуктивности и напряжение на емкости для цепи, изображенной на рис. 1.8 а.
(а) (б)
Рис. 1.8.
Для режима постоянного тока схема замещения цепи изображена на рис. 1.8 б.
При расчете режима постоянного тока в линейных активных цепях обычно возникает задача определения параметров резистора, обеспечивающих заданные (или выбранные) значения постоянного напряжения и тока электронной лампы или транзистора. Эта задача также сводится к расчету резистивной цепи.
Пусть, например, требуется вычислить величины сопротивлений резисторов, необходимых для обеспечения заданного режима постоянного тока транзистора (рис. 1.9).
Рис. 1.9.
Здесь читаются известными 
Искомыми являются значения резисторов 
Для определения 
составляем уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, включающего источник, напряжение 
и резистор 
:
откуда 
Определение 
производим на основании уравнения, составленного для контура 
, учитывая, что напряжение на резисторе 
равно 
:
откуда 
Ток в резисторе 
в соответствии с первым законом Кирхгофа:
тогда 
О том, как выбрать значения постоянных токов и напряжений в транзисторе, изложено в теме "Усилители электрических сигналов".
Заключение
При расчете сложных электрических цепей методами узловых напряжений или контурных токов определяют ток в любой ветви и напряжение между любыми узлами цепи. При использовании метода узловых напряжений неизвестными, подлежащими определению, являются так называемые узловые напряжения. Определив их, находят напряжение между любыми другими узлами цепи и соответственно токи в любых ветвях.
При использовании метода контурных токов неизвестными являются контурные токи. Определив их, находят токи в ветвях как алгебраическая сумма контурных токов, протекающих через данную ветвь, и соответственно напряжения между любыми узлами.
Теорема взаимности оказывается полезной в задачах анализа свойств линейных пассивных электрических цепей. При практическом использовании теоремы нужно внимательно проверить возможность и правильность ее применения.
Необходимость определения напряжений на зажимах элементов емкости и токов в элементах индуктивности объясняется тем, что эти величины при изменении режима работы цепи (при коммутациях) изменяются непрерывно. Поэтому указанные величины могут быть использованы при определении начальных условий.
Литература
Теория линейных электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1986
Бакалов В.П. и др. Теория электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1998.
Качанов Н.С. и др. Линейные радиотехнические устройства. М.: Воен. издат., 1974
В.П. Попов Основы теории цепей – М.: Высшая школа, 2000