1.6.4 Моделювання електронних пристроїв

за допомогою RC- та RL-схем

Прості та складні радіоелектронні схеми при їх аналізі зображають за допомогою еквівалентних схем, що містять в собі резистори, конденсатори, індуктивності, керовані генератори струму та напруги. У таких схемах інерційність, наявність часових та частотних спотворень моделюють за допомогою L- та C-елементів. Електричні кола з елементами, що накопичують енергію (C та L) суттєво відрізняються від кіл, що складаються виключно з резисторів. В останніх з вимкненням незалежних джерел усі напруги і струми миттєво стають рівними нулю. Навпаки, в електричних колах з С- та L-елементами струми і напруги залишаються деякий час навіть після вимкнення незалежних джерел. Ці напруги та струми зменшуються за відповідним для даної схеми законом. Перехідний процес продовжується доти, доки вся накопичена енергія не розсіється на резисторах.

В електричних та електронних схемах з конденсаторами використовують три характерні залежності: дві характеристики розглядались вище (лінійна залежність між струмом та напругою і нелінійний процес заряду), а треття – це залежність опору конденсатора від частоти. В першому наближені конденсатори та індуктивності є частотозалежними опорами. Для постійного струму опір конденсатора зростає до нескінченності, а опір індуктивності зменшується до нуля. З урахуванням цього проаналізуйте зміни коефіцієнта передачі подільника у випадках, коли замінювати резистори конденсаторами та індуктивностями.

Параметри та можливості використання конкретної електронної схеми та пристрою можна оцінювати аналізуючи процеси в RC- та RL-колах. У схемах можуть бути безліч комбінацій резисторів з індуктивностями та конденсаторами. Шляхом різних перетворювань згадані комбінації зводяться до двох типів RC-схем (LC-схем): диференціюючих -ДС (рис. 1.12.) та інтегруючих -ІС (рис. 1.13.).

Електричні кола, побудовані винятково на ідеальних резисторах, не змінюють співвідношення опорів зі змінюванням частоти вхідного сигналу, а тому мають сталий коефіцієнт передачі напруги. Амплітудно-частотна характеристика схеми, тобто залежність модуля коефіцієнта передачі від частоти K_U(), у цьому випадку являє собою горизонтальну лінію.

Рис. 1.12. Диференціююча RC-схема	Рис.1.13 Інтегруюча RС- схема

Наявність передбачених та непередбачених (паразитних) ємностей та індуктивностей зумовлює значну залежність коефіцієнта передачі схеми (К) від частоти. Наприклад, в ДС через конденсатор не передається постійна складова ЕІС, а тому модуль коефіцієнта передачі на частоті ω = 0 дорівнює нулю. Зі збільшенням частоти сигналів опір конденсатора зменшується, що забезпечує збільшення коефіцієнта передачі до максимального значення. Якщо не враховувати вплив паразитних ємностей та індуктивностей К залишається постійним при подальшому збільшені частоти до нескінченності

Диференціююча схема пропускає лише високочастотні складові ЕІС, а тому відноситься до фільтрів високої частоти (ФВЧ, рис.1.14).

В інтегруючих схемах навпаки, в області низьких частот опір конденсатора на виході забезпечує максимальний коефіцієнт передачі. Зі збільшенням частоти ЕІС опір конденсатора зменшується, співвідношення опорів зменшується К спадає. Маємо фільтр нижніх частот (ФНЧ, рис.1.15).

Рис.1.14. Амплітудно-частотна характеристика диференцюючої схеми.	Рис.1.15. Амплітудно-частотна характеристика інтегруючої схеми.

За допомогою таких схем створюють та моделюють різноманітні електронні пристрої та системи, а тому вивчення та аналіз поведінки таких схем в частотній та часовій областях дасть можливість вивчати та досліджувати підсилювачі й більш складні пристрої та системи.