
- •Аннотация
- •Оглавление
- •Дорогие читатели!
- •Предисловие
- •Введение
- •Книга 1. Основные понятия теории цепей
- •Модуль 1.1. Основные определения
- •Электрическая цепь
- •Электрический ток
- •Напряжение
- •Электродвижущая сила
- •Мощность и энергия
- •Схема электрической цепи
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 1.2. Идеализированные пассивные элементы
- •Резистивный элемент
- •Емкостный элемент
- •Индуктивный элемент
- •Дуальные элементы и цепи
- •Схемы замещения реальных элементов электрических цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Модуль 1.3. Идеализированные активные элементы
- •Идеальный источник напряжения
- •Идеальный источник тока
- •Схемы замещения реальных источников
- •Управляемые источники тока и напряжения
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 1.4. Топология цепей
- •Схемы электрических цепей. Основные определения
- •Понятие о компонентных и топологических уравнениях. Законы Кирхгофа
- •Графы схем электрических цепей
- •Определение числа независимых узлов и контуров
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 1.5. Уравнения электрического равновесия цепей
- •Основные задачи теории цепей
- •Понятие об уравнениях электрического равновесия
- •Классификация электрических цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Ответы
- •Модуль 2.1. Анализ линейных цепей с источниками гармонических токов и напряжений
- •Понятие о гармонических функциях
- •Линейные операции над гармоническими функциями
- •Среднее, средневыпрямленное и действующее значения гармонических токов и напряжений
- •Дифференциальное уравнение цепи при гармоническом воздействии
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 2.2. Метод комплексных амплитуд
- •Понятие о символических методах
- •Комплексные числа и основные операции над ними
- •Операции над комплексными изображениями гармонических функций
- •Комплексные сопротивление и проводимость пассивного участка цепи
- •Порядок анализа цепи методом комплексных амплитуд
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 2.3. Идеализированные пассивные элементы при гармоническом воздействии
- •Резистивный элемент
- •Емкостный элемент
- •Индуктивный элемент
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Делители напряжения и тока
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Мгновенная мощность пассивного двухполюсник
- •Активная, реактивная, полная и комплексная мощности
- •Баланс мощностей
- •Коэффициент мощности
- •Согласование источника энергии с нагрузкой
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 2.6. Преобразования электрических цепей
- •Понятие об эквивалентных преобразованиях
- •Участки цепей с последовательным соединением элементов
- •Участки цепей с параллельным соединением элементов
- •Участки цепей со смешанным соединением элементов
- •Эквивалентное преобразование треугольника сопротивлений в звезду и обратное преобразование
- •Комплексные схемы замещения источников энергии
- •Перенос источников
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 2.7. Цепи с взаимной индуктивностью
- •Понятие о взаимной индуктивности
- •Понятие об одноименных зажимах
- •Коэффициент связи между индуктивными катушками
- •Цепи с взаимной индуктивностью при гармоническом воздействии
- •Понятие о линейных трансформаторах
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Книга 3. Частотные характеристики и резонансные явления
- •Понятие о комплексных частотных характеристиках
- •Комплексные частотные характеристики цепей с одним реактивным элементом
- •Понятие о резонансе в электрических цепях
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 3.2. Последовательный колебательный контур
- •Cхемы замещения и параметры элементов контура
- •Энергетические процессы в последовательном колебательном контуре
- •Входные характеристики
- •Передаточные характеристики
- •Избирательные свойства последовательного колебательного контура
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 3.3. Параллельный колебательный контур
- •Схемы замещения
- •Параллельный колебательный контур основного вида
- •Параллельный колебательный контур с разделенной индуктивностью
- •Параллельный колебательный контур с разделенной емкостью
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 3.4. Связанные колебательные контуры
- •Общие сведения
- •Схемы замещения
- •Настройка связанных контуров
- •Частотные характеристики
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Общие сведения
- •Методы, основанные на непосредственном применении законов Кирхгофа
- •Метод контурных токов
- •Метод узловых напряжений
- •Формирование уравнений электрического равновесия цепей с зависимыми источниками
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 4.2. Основные теоремы теории цепей
- •Принцип наложения
- •Теорема взаимности
- •Теорема компенсации
- •Автономные и неавтономные двухполюсники
- •Теорема об эквивалентном источнике
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 4.3. Метод сигнальных графов
- •Общие сведения
- •Преобразования сигнальных графов
- •Применение сигнальных графов к анализу цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Книга 5. Нелинейные резистивные цепи
- •Модуль 5.1. Постановка задачи анализа нелинейных резистивных цепей
- •Вводные замечания
- •Нелинейные резистивные элементы
- •Уравнения электрического равновесия нелинейных резистивных цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 5.2. Графические методы анализа нелинейных резистивных цепей
- •Простейшие преобразования нелинейных резистивных цепей
- •Определение рабочих точек нелинейных резистивных элементов
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Задача аппроксимации
- •Выбор аппроксимирующей функции
- •Определение коэффициентов аппроксимирующей функции
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Нелинейное сопротивление при гармоническом воздействии
- •Понятие о режимах малого и большого сигнала
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Книга 6. Методы анализа переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными параметрами
- •Модуль 6.1. Задача анализа переходных процессов
- •Возникновение переходных процессов. Понятие о коммутации
- •Законы коммутации
- •Общий подход к анализу переходных процессов
- •Определение порядка сложности цепи
- •Вопросы для самопроверки
- •Модуль 6.2. Классический метод анализа переходных процессов
- •Свободные и вынужденные составляющие токов и напряжений
- •Порядок анализа переходных процессов классическим методом
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 6.3. Операторный метод анализа переходных процессов
- •Преобразование Лапласа и его применение к решению дифференциальных уравнений
- •Порядок анализа переходных процессов операторным методом
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 6.4. Операторные характеристики линейных цепей
- •Реакция цепи на экспоненциальное воздействие
- •Понятие об операторных характеристиках
- •Методы определения операторных характеристик
- •Дифференцирующие и интегрирующие цепи
- •Вопросы для самопроверки
- •Единичные функции и их свойства
- •Переходная и импульсная характеристики линейных цепей
- •Методы определения временных характеристик
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Определение реакции цепи на произвольное внешнее воздействие
- •Определение реакции цепи на произвольное внешнее воздействие по ее переходной характеристике
- •Определение реакции цепи на произвольное внешнее воздействие по ее импульсной характеристике
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Книга 7. Основы теории четырехполюсников и многополюсников
- •Модуль 7.1. Многополюсники и цепи с многополюсными элементами
- •Задача анализа цепей с многополюсными элементами
- •Классификация и схемы включения многополюсников
- •Основные уравнения и первичные параметры линейных неавтономных многополюсников
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Классификация проходных четырехполюсников
- •Основные уравнения и первичные параметры неавтономных проходных четырехполюсников
- •Методы определения первичных параметров неавтономных проходных четырехполюсников
- •Первичные параметры составных четырехполюсников
- •Схемы замещения неавтономных проходных четырехполюсников
- •Автономные проходные четырехполюсники
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Характеристические постоянные передачи неавтономного проходного четырехполюсника
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Модуль 7.4. Невзаимные проходные четырехполюсники
- •Идеальные усилители напряжения и тока
- •Однонаправленные цепи и цепи с обратной связью
- •Идеальные операционные усилители
- •Преобразователи сопротивления
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Модуль 7.5. Электрические фильтры
- •Классификация электрических фильтров
- •Реактивные фильтры
- •Активные фильтры
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Книга 8. Цепи с распределенными параметрами
- •Модуль 8.1. Задача анализа цепей с распределенными параметрами
- •Общие сведения
- •Общее решение дифференциальных уравнений длинной линии
- •Вопросы для самопроверки
- •Волновые процессы в однородной длинной линии
- •Режим стоячих волн
- •Режим смешанных волн
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Проходной четырехполюсник с распределенными параметрами
- •Входное сопротивление отрезка однородной длинной линии
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Распределение напряжения и тока в однородной линии без потерь при произвольном внешнем воздействии
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Модуль 8.5. Цепи с распределенными параметрами специальных типов
- •Резистивные линии
- •Неоднородные линии
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Ответы
- •Книга 9. Синтез электрических цепей
- •Модуль 9.1. Задача синтеза линейных электрических цепей
- •Понятие физической реализуемости
- •Основные этапы синтеза цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Понятие о положительных вещественных функциях
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 9.3. Методы реализации реактивных двухполюсников
- •Методы выделения простейших составляющих (метод Фостера)
- •Метод разложения в цепную дробь (метод Кауэра)
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 9.4. Основы синтеза линейных пассивных четырехполюсников
- •Задача синтеза четырехполюсников
- •Методы реализации пассивных четырехполюсников
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Ответы
- •Книга 10. Методы автоматизированного анализа цепей
- •Модуль 10.1. Задача автоматизированного анализа цепей
- •Понятие о ручных и машинных методах анализа цепей
- •Общие представления о программах машинного анализа цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Топологические матрицы и топологические уравнения
- •Свойства топологических матриц
- •Компонентные матрицы и компонентные уравнения
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Методы узловых напряжений и контурных токов
- •Метод переменных состояния
- •Формирование уравнений состояния в матричной форме
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи
- •Решения и методические указания
- •Модуль 10.4. Особенности современных программ автоматизированного анализа цепей
- •Выбор методов формирования уравнений электрического равновесия. Понятие о поколениях программ автоматизированного анализа цепей
- •Вопросы для самопроверки
- •Ответы
- •Заключение
- •Приложения
- •Приложение 1. Таблица оригиналов и изображений по Лапласу
- •Приложение 2. Основные уравнения проходных четырёхполюсников
- •Приложение 3. Соотношения между первичными параметрами проходных четырехполюсников
- •Приложение 5. Соотношения между первичными параметрами взаимных и симметричных четырехполюсников
- •Приложение 6. Приставки для образования кратных и дольных единиц
- •Приложение 7. Инструкция для работы с Самоучителем по курсу «Основы теории цепей»
- •Список литературы

Рис. 8.11. Согласование линии с нагрузкой с помощью одного (а) или двух (б) реак тивных шлейфов
а длину шлейфа 1 — так, чтобы входная проводимость шлейфа ш равнялась — .
Очевидно, что при1этих условиях эквивалентное сопротивление нагрузки основной |
||||||
линии |
в точках — |
1 |
будет равно волновому сопротивлению линии |
R |
в: |
Z |
R’ |
|
эк |
||||
эк |
ш |
|
в. |
|
|
|
Во втором случае (рис. 8.11, б) расстояние между шлейфами 0 выбирают рав ным /8 или З /8, длина первого шлейфа 1 подбирается так, чтобы в точках 1—1' выполнялось условие (8.66), а длина второго шлейфа 2 — так, чтобы компенсиро вать мнимую составляющую Y11.
Вопросы для самопроверки
1.Что такое проходной четырёхполюсник с распределёнными параметрами? Какое отношение имеет он к длинной линии (ДЛ)?
2.Как составить основные уравнения четырёхполюсника из вопроса 1 в форме А?
3.Как составить волновые уравнения четырёхполюсника из вопроса 1? Какой смысл имеют сформированные из этих уравнений матрицы: 1) волновая матрица; 2) матрица рассеяния?
4.Как можно пересчитать волновую матрицу в матрицу рассеяния? Возможен ли обратный пересчёт?
5.Как получить аналитическое выражение для входного сопротивления от резка ОДЛ?
6.Как применить формулу из вопроса 5 для анализа колебательных систем из отрезков ОДЛ? Почему вместо ставшего привычным термина «колебатель ный контур» говорится о колебательной системе? Имеет ли это терминоло гическое различие существенное значение или это всего лишь формаль ность?
7.Прокомментируйте частотные характеристики колебательных систем из вопроса 6. Обратите внимание на их периодичность. Какие проблемы созда ёт эта периодичность для практики?
759

8.Почему возникают проблемы согласования линии с нагрузкой? Как она ре шается с помощью согласующих устройств: 1) четвертьволновых транс форматоров; 2) реактивных шлейфов? Приведите поясняющие примеры.
9.Оцените поочерёдно и в сравнении функциональные возможности и прак тическую ценность четвертьволновых трансформаторов и реактивных шлейфов.
10.Что представляют собой четвертьволновые трансформаторы и шлейфы с позиций теории цепей? Каковы их элементная база, частотные характери стики, потребление энергии, особенности подключения к «обслуживаемой» ими линии?
Задачи
8.14м. Заданы характеристические параметры линии в, и ее длина .
Найдите параметры четырехполюсника, эквивалентного этой линии.
8.15м. К отрезку линии длиной , характеристические параметры которой в, и известны, подключены нагрузка н и источник, ЭДС и внутреннее сопротивление которого и н (рис. 8.1). Определите рабочий коэффициент передачи линии
/ .
Рис. Т8.2
Рис. Т8.1
8.16р. Найдите частоты, на которых выполняются условия резонанса токов и резонанса напряжений для короткозамкнутого отрезка коаксиального кабеля дли ной 1 м с погонными параметрами 2,63·10 Гн/км; С 46,5·10 Ф/км. Определите входное сопротивление кабеля на частоте 100 МГц.
( |
8.17р. Рассчитайте наименьшую длину разомкнутого отрезка кабеля |
2,63·10 Гн/км; С1=46,5·10 Ф/км), входное сопротивление которого на ча |
стоте 100 МГц эквивалентно емкости 100 пФ.
8.18р. Решите задачу 8.11р, заменив емкость нагрузки Сн эквивалентным ей разомкнутым отрезком линии минимальной длины. Значения в, , и ф для этого отрезка приведены в условии задачи 8.11р.
( |
8.19. Найдите |
наименьшую длину |
короткозамкнутого отрезка кабеля |
2,63·10 Гн/км; |
46,5 10 Ф/км), |
входное сопротивление которого на |
частоте 100 МГц эквивалентно индуктивности 0,6 мкГн.
760

8.20. По данным задачи 8.19 определите наименьшую длину разомкнутого от резка кабеля.
8.21. Отрезок коаксиального кабеля длиной 0,4 м, погонные параметры ко торого приведены в условии задачи 8.19, нагружен на сопротивление н. На частоте 100 МГц входное сопротивление кабеля равно нулю. Определите сопротивление
н.
8.22.Решите задачу 8.21, принимая входное сопротивление кабеля бесконечно
большим.
8.23.Входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии без потерь в
точках |
1 1΄ |
равно нулю (рис. Т8.2). Найдите минимальную длину этого отрезка. |
||||||
8.24. |
Решите задачу 8.23, принимая входное сопротивление в точках |
1 1΄ |
бес |
|||||
конечно большим. |
|
|
|
|
|
|||
8.25м. |
На вход длинной линии подается. |
бигармоническое напряжение |
|
|
||||
u |
0, |
|
|
|
||||
|
|
cos |
cos2 |
на нагрузке линии напряжения: а) только с |
||||
Предложите способы выделения. |
||||||||
частотой ; б) только с частотой 2 |
|
|
|
|
||||
8.26р. |
Входные сопротивления воздушной линии передачи длиной |
100 км в |
||||||
|
|
|
режимах холостого хода и короткого замыкания на выходе, измеренные на частоте
|
10 рад/с, составляют х |
1064 |
, Ом, к |
323 , Ом. Найдите погон |
||||
ные и волновые параметры линии. |
|
|
|
|
||||
8.27. |
Определите входное сопротивление цепи, образованной соединением |
|||||||
трех отрезков длинных линий без потерь (рис. Т8.3) на частоте |
150 МГц. Пара |
|||||||
метры цепи: в |
50 Ом; |
4 м; в |
75 Ом; |
2 м; |
|
|
||
|
|
200 Ом; |
в 100 Ом; |
3,75 м; |
150 Ом. |
|
|
Рис. Т8.3
761
Фазовая скорость во всех трех линиях ф= 3 10 м/с.
8.28м. Передачу энергии от источника к двум размещенным в разных местах нагрузкам осуществляют с помощью трех линий без потерь, соединенных между со
бой согласно рис. Т8.3. Волновые |
сопротивления линий известны: |
Лв |
50 Ом; |
|||
в |
100 Ом; |
в |
75 Ом. Коэффициент бегущей волны в линии |
2 Кб |
0,8. |
|
Частота входного воздействия |
100 МГц, фазовая скорость во всех трех линиях |
|||||
ф |
3 108 м/с; |
2 = 7,5 м; 3 = 9,75 м. Найдите значение сопротивления |
3, при кото |
ром в линии Л1 имеет место режим бегущей волны, а также определите коэффици ент бегущей волны Кб в линии Л3. Имеет ли задача единственное решение?
8.29м. Постройте Т образную схему замещения линии без потерь, погонные
параметры которой |
2мГн⁄км; С |
6 10 Ф/км; длина линии 100 км. Час |
|
тота входного воздействия |
1кГц. |
|
8.30м. Измерения входного сопротивления линии в режимах холостого хода и короткого замыкания на выходе, проведенные в режиме постоянного тока, дали следующие результаты: х 12,9 кОм; к 1,11 кОм. Длина линии 100 км. По стройте П образную схему замещения линии в режиме постоянного тока.
8.31р. Четвертьволновый отрезок линии длиной закорочен на конце. Погон ные параметры линии , , С , известны. Принимая , 0, найдите резонансную частоту , резонансное сопротивление 0 и добротность парал лельного колебательного контура, эквивалентного этому отрезку линии.
8.32. Четвертьволновый отрезок коаксиального кабеля длиной |
0,2 м зако |
|||
рочен на конце. Погонные параметры кабеля: |
75 пФ/м; |
0. |
|
|
1,7 Ом/м; |
0,42 мкГн/м; |
|
Определите резонансную частоту 0, резонансное сопротивление 0 и доброт ность параллельного контура, эквивалентного этому отрезку кабеля. Резонансная частота контура должна соответствовать наименьшей резонансной частоте задан ного отрезка кабеля.
|
8.33м. Найдите резонансную частоту |
0, резонансное сопротивление 0 и доб |
||||
ротность |
последовательного колебательного контура, эквивалентного разомкну |
|||||
тому |
четвертьволновому отрезку |
линии |
длиной . Погонные параметры линии |
|||
; |
8.34.; ; |
заданы; примите |
; |
= 0. |
|
0,2 м, ра |
|
|
Четвертьволновый отрезок коаксиального кабеля длиной |
||||
зомкнутый на конце, имеет погонные параметры, |
, приведенные в условии задачи |
|||||
8.32. Рассчитайте резонансную частоту |
резонансное сопротивление |
0 и доброт |
ность последовательного колебательного контура, эквивалентного заданному от резку кабеля. Резонансная частота контура должна соответствовать наименьшей ре зонансной частоте отрезка кабеля.
762