Министерство  образования Республики Беларусь

Учреждение  образования «Республиканский институт высшей школы»

Учреждение  образования «Белорусский государственный  университет информатики  и радиоэлектроники» 
 
 

Утверждаю

Первый  заместитель министра образования

Республики Беларусь

_________________А.И.  Жук

16.01.2006

Регистрационный № ТД-I.004/тип.

ОСНОВЫ  ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЦЕПЕЙ

Учебная программа для высших учебных  заведений

по специальностям 1-45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций, 1-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения, 1-45 01 03 Сети телекоммуникаций, 1-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей,1-98 01 02 Защита информации в телекоммуникациях

 

Согласовано

УМО вузов Республики Беларусь

по  образованию в области

информатики и радиоэлектроники

М. П. Батура

09.12.2005 

Управление  высшего и среднего

специального  образования

Ю.И. Миксюк

10.01.2006 

Учреждение  образования «Республиканский институт высшей школы»

В.И. Дынич

10.01.2006 

Эксперт

С.М. Артемьева

      10.01.2006 
 
 

Минск 2005 

Составители:

В.М. Коваленко, доцент кафедры теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;

Л.Ю. Шилин, профессор кафедры теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук;

И.Л. Свито, доцент кафедры теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук 
 

Рецензенты:

Кафедра электротехники и  электроники Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет (протокол № 3 от 19.10.2005 г.);

Кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол № 3 от 17.10.2005 г.) 
 

Рекомендована к утверждению  в качестве типовой:

кафедрой  теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 4 от 10.10.2005 г.);

Научно-методическим советом Учреждения образования  «Белорусский государственный университет  информатики и радиоэлектроники» (протокол №2  от  23.11.2005 г.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова

Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

     Типовая программа “Основы теории электрических  цепей” (ОТЭЦ) разработана для специальностей: 1-45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций; 1-45 01 02 Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения; 1-45 01 03 Сети телекоммуникаций; 1-54 01 04 Метрологичес-кое обеспечение информационных систем и сетей; 1-98 01 02 Защита информации в телекоммуникациях. Она предусматривает лекционные занятия, лабораторные работы, практические занятия, курсовую работу.

     Целью изучения дисциплины является обеспечение  профессиональной подготовки, развитие всех позитивных творческих способностей инженера, его умения формулировать и исследовать на должном  научном уровне общетеоретических проблем будущей специализации, развивать и реализовывать свои знания в этой области инженерной практики.

     Курс  “ОТЭЦ” занимает основное место среди  фундаментальных дисциплин, определяющих теоретический уровень профессиональной подготовки инженеров.

      Предметом изучения курса являются электромагнитные явления и их применение для решения  проблем радиоэлектроники, автоматики, вычислительной техники  при разработке  электротехнических устройств, отвечающих современным требованиям.

      Большую роль при решении перечисленных  проблем предполагается отвести  современным средствам вычислительной техники - персональным ЭВМ, что особенно важно в условиях быстро увеличивающегося объема научно-технической информации. Это позволит освоить основы методов вычислительного эксперимента, что связано с развитием вопросов теории и разработок многочисленных алгоритмов электротехнических расчетов с применением ЭВМ.

     Основная  задача изучения курса “ОТЭЦ” состоит  в усвоении современных методов моделирования электромагнитных процессов, методов анализа, синтеза и расчета электрических цепей, знание которых необходимо для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей специальности. При этом предполагается разумное и обоснованное применение средств и методов вычислительной техники.

      Изучение  электротехники должно способствовать выработке развитых представлений  о методах применения теории электромагнитных явлений и методологии курса  “ОТЭЦ” в специальных дисциплинах.

     При изложении курса “ОТЭЦ” предполагается знание студентами курса физики, особенно разделов электричества и магнетизма, а также таких разделов курса высшей математики, как теория матриц, дифференциальные уравнения и методы их решения, включая численные методы, теорию функций комплексного переменного, преобразование Фурье-Лапласа и др.

      Содержание  курса “ ОТЭЦ ”  составляет обобщение  понятий и законов из области  электромагнитных явлений на основе сведений, полученных при изучении курса физики, а также развитие формулировок и определений главных понятий и законов теории электрических и магнитных цепей, относящихся ко всем разделам курса. Здесь формулируются основные физические понятия курса “ОТЭЦ”, что имеет большое значение для правильной математической формулировки задач, решаемых методами, излагаемыми в последующих разделах курса. Материал курса состоит из теории линейных и нелинейных электрических цепей, где рассматриваются главным образом вопросы анализа на основе изучения свойств таких цепей. Задачи синтеза изучаются только для линейных электрических цепей.

      При освоении современных методов анализа  и синтеза электрических цепей  необходимо широкое, проблемно-ориентированное  применение средств и методов  вычислительной техники. При этом важнейшей  составной частью процесса изучения курса является контролируемая самостоятельная работа студентов в виде системы расчетных заданий разумной сложности, ориентированных на использование вычислительной техники и оптимально приближенных к реальным инженерным задачам будущей специальности. Выбор и составление задач для практических занятий должны также наиболее полно учитывать инженерные проблемы по данной специальности. Необходимо выявление наиболее актуальных и теоретически важных примеров-задач общефизических и расчетно-теоретических положений курса с учетом специфики методических подходов, применяемых в данной специальности.

      В курсе предполагается широкое использование  матричной алгебры и решения  матричных уравнений с помощью  ЭВМ. В дальнейшем подразумевается, что многие методы расчета электрических цепей формируются в матричном виде.

      Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов и рассчитана на объем 153 учебных часов. Примерное  распределение учебных часов  в 2, 3, и 4 семестрах по видам занятий: лекций – 85 ч, лабораторных работ – 34 ч, практических занятий – 34 ч.

      В результате освоения курса “ОТЭЦ” студент должен:

знать:

• свойства и методы анализа линейных и нелинейных электрических цепей;
• методы синтеза линейных электрических цепей;
• свойства и методы анализа магнитных цепей;

уметь анализировать:

• установившиеся процессы в цепях с сосредоточенными параметрами;
• переходные процессы в цепях с распределенными параметрами;
• процессы в нелинейных цепях;

приобрести  навыки:

• правильной математической формулировки задач, решаемых методами, излагаемыми в курсе;
• применения средств и методов вычислительной техники.

СОДЕРЖАНИЕ  ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЦЕПЕЙ 

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО  ПОЛЯ

 

Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ

     Электрические и магнитные цепи. Элементы электрических  цепей. Активные пассивные электрические  цепи. Физические явления в электрических  цепях. Научные абстракции, принимаемые  в теории электрических цепей, их практическое значение и границы  применяемости. Цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами.

     Параметры электрических цепей. Линейные и  нелинейные электрические и магнитные  цепи. Условно-положительные направления  тока и ЭДС в элементах цепи и напряжения на их зажимах. Источники  ЭДС и источники тока. Схемы электрических цепей. Топологические понятия схемы электрической цепи. Граф цепи. Матрицы соединений, контуров, сечений и связь между ними.

     Законы  электрических цепей. Узловые и  контурные уравнения электрических  цепей. Полная система уравнений электрических цепей. Дифференциальные уравнения процессов в цепях с сосредоточенными параметрами. Анализ и синтез – две основные задачи теории электрических цепей. 

Тема 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  И ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО  ПОЛЯ

     Электромагнитное  поле и системы уравнений Максвелла. Закон сохранения энергии в электродинамике. Электростатическое поле. Электростатическая емкость, энергия и силы в электростатическом поле. Поле постоянного тока. Постоянное магнитное поле и методы его расчета. Индуктивность, энергия и силы в магнитном поле. Электромагнитные волны в идеальных изотропных диэлектриках, электромагнитные волны в поглощающих и анизотропных средах. Электромагнитное поле в направляющих системах, резонаторы. 

Раздел 2. ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЦЕПЕЙ 

Тема 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ  ПАРАМЕТРЫ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЦЕПЕЙ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКАХ

     Синусоидальные  ЭДС, напряжения и токи. Источники  синусоидальных ЭДС и токов. Действующие  и среднее значения периодических  ЭДС, напряжений и токов. Комплексный метод. Векторные диаграммы.

     Синусоидальный  ток в цепи с последовательным соединением участков r, L и C. Синусоидальный ток в цепи с параллельным соединением участков g, L и C. Комплексные сопротивления и проводимость. Законы Кирхгофа и Ома в комплексной форме.