Основи радіоелектроніки
VIII. Радіотехнічні кола
8.1. Елементи радіотехнічних кіл. Класифікація кіл
Радіотехнічне коло являє собою сукупність елементів, що забезпечують проходження постійних і змінних струмів в інтервалі частот до сотень гігагерц і їх перетворення. Радіотехнічне коло включає джерела енергії, її споживачі і накопичувачі, а також з'єднувальні проводи. Елементи кіл поділяють на активні і пасивні. У активних елементах можливе перетворення струмів або напруг і одночасне збільшення їх потужності. До них відносяться транзистори, тиристори, діоди і ін. У пасивних елементах перетворення струмів або напруг збільшенням потужності не супроводиться, а, як правило, спостерігається її зменшення.
Джерелами електричної енергії в радіотехнічних колах є батареї, випрямлячі, генератори постійних, синусоїдальних і імпульсних напруг, датчики напруги або струму, Джерела енергії поділяються на джерела е.р.с. (напруги) і джерела струму, звані відповідно генераторами е.р.с. (генераторами напруги) і генераторами струму. Генератор е.р.с. це джерело постійної або змінної напруги з певним значенням е.р.с. Е і рівним нулю внутрішнім опором (r=0). Напруга на його затисках не змінюється при підключенні до нього будь-якого опору навантаження. При рівному нулю опорі навантаження (Rн=0) в колі проходить нескінченно великий струм. Генератором струму називають джерело постійного або змінного струму, що має нескінченно великий внутрішній опір і створюючий струм Іг певної величини не залежить від опору навантаження, який приєднується до генератора струму.
Реальних джерел енергії з рівним нулю або нескінченно великим внутрішнім опором не існує. Тому таке джерело енергії подають схемою заміщення, що містить джерело е.р.с. Ег з послідовно включеним внутрішнім опором rг (рис. 8.1, а) або джерело струму G з паралельно включеним опором rг (рис. 8.1, б).
Споживачами
енергії є резистивні елементи, в яких
проходять незворотні перетворення
електричної енергії в теплоту або інші
види енергії. Основними параметрами
резистивних елементів є активний опір
r.
Опір виражають в омах (Ом) к
ілоомах
(кОм) і мегаомах (МОм).
В
Рис.
8.1.
Схеми заміщення джерел енергії (з
підключеними опорами навантаження):
а
- джерела е.р.с.,
б – джерела струму
В якості ємнісних елементів кіл використовуються конденсатори. Основний їх параметр - ємність С. Одиницею ємності є фарад (Ф). Ємність виражають також в нанофарадах (нФ), мікрофарадах (мкФ), пікофарадах (пФ).
Якщо параметри елементів r, L, C не залежать від напруги або струму, їх називають лінійними. Зв'язок між напругами на елементах і струмами що проходять по них відображають лінійні рівняння
ur=ir;
uL=L
uC
=
. (8.1)
Кола, що містять тільки лінійні елементи, є лінійними. Прикладена до лінійних кіл гармонічна напруга спричиняє проходження по колу струмів, що змінюються згідно з гармонічним законом.
Графічно залежність між миттєвими значеннями струму в колі лінійного резистивного елемента і прикладеною до нього напруги виражається вольтамперною характеристикою у вигляді прямої. Такий же вигляд має характеристика, що відображає взаємозв'язок між амплітудами гармонічних напруг і струмів в лінійних індуктивних і ємнісних елементах.
Параметри елементів кіл можуть змінюватися з течією часу згідно з певним законом в результаті зовнішніх впливів, не пов'язаних з напругами або струмами в колі. Такі елементи (і складені з них кола) називають параметричними. До параметричних елементів відносяться терморезистор, опір якого є функцією температури, порошковим вугільний мікрофон з керованим під дією тиску повітря опором і ін.
Елементи, параметри яких залежать від величини струмів що проходять по них або напруг на елементах, а взаємозв'язки між струмами і напругами описуються нелінійними рівняннями, називають нелінійними. До числа нелінійних елементів відносяться котушки з феромагнітними або феритовими осердями, напівпровідникові діоди, транзистори, електровакуумні прилади і ін. Вольт-амперні характеристики нелінійних елементів не є прямими.
Коли розглядається коло, що складається з резисторів, конденсаторів і котушок індуктивності, звичайно нехтують паразитними параметрами цих елементів, не враховують наявність з'єднувальних проводів, вважають, що активним опором володіє тільки резистор, ємністю - конденсатор, індуктивністю - котушка. Електричне коло, в якому активний опір, ємність і індуктивність віднесені до певних її ділянок, називається колом із зосередженими параметрами. Якщо параметри кола розподілені вздовж нього, її вважають колом з розподіленими параметрами.
Розрахунки, струмів в колах із зосередженими параметрами базуються на припущенні, що в даний момент часу в послідовно з'єднаних елементах кола проходить струм однакової величини, хоч відомо, що поширення електромагнітних процесів в колі здійснюється з певною швидкістю. Таке допущення можливе, якщо геометричні розміри кола набагато менші довжини електромагнітної хвилі, що розповсюджується вздовж нього.
Електричні кола є складовими частинами радіоелектронних пристроїв, призначених для виконання певних операцій по перетворенню струмів, напруг або інших електричних величин. При зображенні складу елементів в колах і пристроях, з'єднань між елементами кіл, функціональних частин приладів застосовують спеціальні графічні позначення, так звані схеми. Є декілька різновидів схем.
Принципова електрична схема містить умовні позначення елементів приладу і з'єднань між ними, визначає склад елементів і зв'язку між ними, дає детальне уявлення про принципи роботи приладу.
Функціональні схеми включають умовні позначення вузлів для виконання певних функцій перетворення електричних величин і з'єднань між ними. Призначаються вони для пояснення процесів, що протікають як в окремих вузлах, так і у приладі загалом, і використовуються при вивченні принципів роботи приладів, їх наладці, контролі і ремонті.
Структурна схема визначає основні функціональні частини приладу, їх призначення і взаємозв'язки.