- •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
|
|
0 |
0 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разложим функцию |
|
в цепную дробь |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
; |
|
; |
|
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
б : |
и определим параметры элементов второй канонической схемы Кауэра рис. 9.14, |
||||||||||||
1⁄2 Ф; |
3 Гн; |
1⁄9 Ф; |
6 Гн. |
|
|
|
Анализируя примеры 9.7 — 9.9, убеждаемся, что решение задачи синтеза цепи по заданной операторной входной характеристике действительно не является един ственным. Все четыре полученных в этих примерах двухполюсника (см. рис. 9.10, 9.12, 9.14) обладают одинаковыми операторными входными характеристиками, но построены по различным схемам из элементов с различными параметрами.
В то же время все четыре полученных двухполюсника содержат одинаковое число элементов. Это число является минимальным, с помощью которого можно реализовать заданную функцию в рассматриваемом элементном базисе.
Вопросы для самопроверки
1.На каких принципах построен метод Фостера? Какие элементарные двухпо люсники входят в состав цепи, реализующей заданную операторную вход ную характеристику: 1) одноэлементные; 2) двухэлементные; 3) многоэле ментные? Как соединяются элементарные двухполюсники, чтобы образо вать синтезируемую цепь?
2.Какого типа двухполюсники могут быть реализованы методом Фостера:
1) ; 2) ; 3) ; 4) типа?
3.Как выглядит математическое описание метода Фостера для операторного входного сопротивления (ОВС)?
4.Продолжите ответ на вопрос 3 в предположении, что синтезируемое ОВС описывается реактансной функцией.
5.Поясните, как реализуемая реактансная функция может быть представлена в виде суммы простейших составляющих. Какова структура этих состав ляющих? (схематическая? математическая?)
6.Что представляют собой канонические схемы Фостера, предназначенные для реализации реактансных функций: 1) первая; 2) вторая?
7.Как вычисляют значения параметров элементов первой канонической схе мы Фостера?
8.Покажите, как первая каноническая схема Фостера (исходная и её вариан ты) может реализовать все четыре типа ЧХ реактивных двухполюсников.
9.Покажите, как операторная входная характеристика (ОВХ) любой лестнич ной цепи может быть записана в виде цепной дроби.
10.Можно ли утверждать, что любая цепная дробь комплексного аргумента реализуема как ОВХ лестничной цепи?
11.Какова математическая основа метода Кауэра?
12.Нарисуйте первую и вторую канонические схемы Кауэра. Как вычисляют значения параметров элементов соответствующих цепей?
825
13.Покажите, как с помощью любой из схем Кауэра можно реализовать все че тыре типа ОВХ.
14.Сравните метод Кауэра с методом Фостера с различных позиций: 1) сложно сти математических вычислений; 2) размеров области применимости. Сде лайте выводы.
15.Предположим, что заданная операторная входная характеристика (ОВХ) реализована методом Фостера и методом Кауэра. Сколько вариантов двух полюсников при этом можно получить? Одинаково ли число элементов у этих двухполюсников? Одинаковы или различны у них значения парамет ров элементов?
Задачи
9.18р. Положительная вещественная функция представлена в виде
3.
Полагая, что |
имеет смысл входного сопротивления некоторой цепи, по |
||||
стройте ее схему и определите параметры элементов. |
имеет смысл входной |
||||
9.19м. |
|
|
|
||
|
Решите предыдущую задачу для случая, когда |
||||
проводимости некоторой цепи. |
|
||||
9.20. |
Определите тип частотной характеристики цепи, входное сопротивление |
||||
которой |
|
|
|
Ом. Найдите качественно канонические схемы |
|
|
|
|
Фостера, реализующие данное входное сопротивление.
9.21р. Реализуйте функцию
, · · Ом методом выде
·
ления простейших составляющих. Найдите два возможных варианта решения.
9.22. Реализуйте функцию |
, · |
· |
· |
Ом методом выделения |
|||
простейших составляющих. |
|
|
|
|
|
|
|
9.23. Реализуйте функцию |
|
|
|
Ом в виде первой канонической |
|||
|
|
|
|||||
схемы Фостера. |
|
|
|
|
|
|
|
9.24. Найдите два варианта реализации функции |
|
|
Ом мето |
||||
|
|
дом выделения простейших составляющих.
9.25. Как, используя решение предыдущей задачи, построить схемы цепей, имеющие входное сопротивление в 10 раз больше исходного?
9.26м. Найдите две цепи, построенные по схемам Фостера, частотная характе
ристика входного сопротивления которых |
задана графиком рис. Т9.11. Учтите, |
|
что lim |
1. |
|
826
Рис. Т9.11
9.27.Запишите выражение для входного сопротивления лестничной цепи (рис. Т9.12) в виде непрерывной (цепной) дроби.
9.28.Запишите выражение для входной проводимости лестничной цепи (рис. Т9.13) в виде непрерывной (цепной) дроби.
9.29р. |
Рис.Т9.12 |
|
|
|
|
|
|
Рис.Т9.13 |
|
|
|
Входное сопротивление некоторой лестничной цепи задано в виде не |
|||||||
прерывной дроби |
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
|
2 |
|
3 |
|
1 |
1 |
Ом. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
Найдите схему цепи и определите параметры ее элементов. |
|||||||||
9.30. |
Решите задачу 9.29р для |
|
|
1 |
|
|
Ом. |
||
|
|
2 |
2 |
|
1 |
|
|||
|
|
|
1 |
1 |
34
9.31.Входная проводимость некоторой лестничной цепи задана в виде непре рывной дроби
2 |
3 |
1 |
1 |
|
См. |
1 |
1 |
||||
|
|
|
|
4 |
|
Составьте схему цепи и найдите параметры ее элементов.
9.32. Решите задачу 9.31 для
827
|
|
1 |
|
См. |
|
|
2 |
3 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
9.33р. Реализуйте функцию |
|
|
4 |
Ом методом разложения в цеп |
||
ную дробь. |
|
|
|
|
|
|
9.34. Функция операторного входного сопротивления |
|
Ом. Най |
||||
|
дите обе канонические реализации цепи по Кауэру.
9.35. Найдите две цепи лестничной структуры, имеющие входное сопротивле ние Ом.
9.36. Реализуйте функцию входного сопротивления |
|
Ом |
|
||
методом разложения в цепную дробь. |
|
|
9.37. Найдите параметры элементов цепей, построенных по каноническим схе мам Кауэра, реализующих функцию входного сопротивления Ом.
9.38. Реализуйте функцию входного сопротивления |
|
Ом в |
||
|
||||
видецепи,построеннойпопервой канонической схеме Кауэра. |
|
|
||
9.39. |
Функция входного сопротивления |
реализована методом разложения |
||
|
в цепную дробь. Как нужно изменить сопротивления продольных ветвей и прово
димости поперечных ветвей полученной лестничной, |
цепи, чтобы преобразованная |
||||
цепь имела входное сопротивление |
где — вещественное положительное |
||||
число9.40? |
м. Зависимость от частоты мнимой составляющей комплексного входного |
||||
сопротивления реактивного двухполюсника |
приведена на рис. Т9.14; |
||||
lim |
|
|
1,2. Найдите две реализации этой характеристики по Кауэру. |
||
|
|
9.41. Найдите параметры элементов двух лестничных цепей, частотная харак теристика входного сопротивления которых показана на рис. Т9.15. Учтите, что lim 0,5.
828