- •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
При |
Рис. 6.20. К примеру 6.7 |
0 ,0 все входное напряжение оказывается приложенным к индуктивно |
сти. При этом напряжение на индуктивности принимает бесконечно большое значение см.
рис. 6.20, б при |
0 , а ток индуктивности скачком увеличивается от нуля до |
|||||||
При |
0 |
1 |
d |
1 |
d |
1 |
. |
|
0 источник напряжения может быть заменен короткозамыкающей пере |
||||||||
мычкой, а ток индуктивности плавно уменьшается от iL 0 |
до 0. |
Напряжение на индуктив |
||||||
ности равно напряжению на сопротивлении R, поэтому при |
0 |
напряжение цепи изменя |
||||||
ется от 0 |
0 |
/ до 0 |
рис.6.20, б . |
|
|
|
|
Вопросы для самопроверки
1.Как используют функцию Хевисайда для аналитического представления различных внешних воздействий на цепи?
2.Как использовать функции Хевисайда для аналитического представления прямоугольного импульса заданной длительности и высоты?
3.Покажите, как формируется функция (дельта функция, функция Дирака) из прямоугольного импульса. Почему функцию называют также единич ным импульсом?
4.Как связаны между собой функция Хевисайда и функция Дирака? Как пе рейти от одной функции к другой?
5.Какие математические операции можно производить над единичными функциями?
6. Что такое фильтрующее свойство функции?
7.Запишите операторные изображения единичных функций. Как эти изобра жения используют при анализе цепей?
8.В теории цепей применяют идеализированные внешние воздействия, для описания которых используют единичные функции. Каким образом? Поче му такие воздействия называют идеализированными?
9.Какие идеализированные воздействия вам известны? (Некоторые из них мы постоянно употребляли ещё в начале курса.)
542
10.Выберите сами внешнее воздействие на цепь, чтобы по реакции на это воз действие можно было судить о свойствах цепи: 1) в частотной области; 2) во временной области.
11.Дайте определение временным характеристикам цепи: 1) переходной; 2) импульсной.
12.Разъясните смысл временных характеристик цепи в различных аспектах: 1) математическом; 2) физическом.
13.Назовите известные Вам методы определения временных характеристик. Проанализируйте их по трудоёмкости. Какой из методов предпочесть и по чему?
14.Как связаны между собой временные характеристики и операторные ха рактеристики цепи? Что эта связь даёт для практики?
15.Все три типа характеристик цепи операторные, временные и частотные взаимосвязаны и взаимообусловлены. Начиная с любой из них, можно оты скать все остальные. Как? Выпишите необходимые для этого аналитические выражения.
Задачи
6.73. Функция |
задана в виде |
|
0; |
|
|
0 при |
0 |
1; |
|
|
при |
1 |
||
|
3 |
при |
∞. |
Получите для этой функции с помощью единичных функций единое аналитическое
выражение при ∞ < |
t< |
∞. |
|
|
|
6.74. |
Найдите первую производную функции, заданной в задаче 6.73, в виде |
||||
единого аналитического выражения при ∞ < |
t< |
∞. |
|||
|
6.75.Получите аналитическое описание одиночных импульсов (см. рис. Т6.34, а
—д) с помощью единичных функций.
6.76. |
Выразитефункцию |
a |
|
0)черезt |
t0 . |
|
|
||||
6.77. |
t0 t( constt0 t |
t t0 |
). |
||||||||
6.78мВыразите. |
функции ( |
) и 1( |
|
) через ( |
) и 1( |
|
|||||
t |
|
Найдите |
производные |
следующих |
функций: |
|
|||||
а) 5·1( 0,1); б) |
1 |
|
·1 |
; в) 2sin |
·1 ; г) |
·1 |
; д) 2cos ·1 . |
||||
6.79м. |
Упростите подынтегральные выражения в интегралах: |
||||||||||
а |
|
4 |
2 d ; |
б |
2 |
|
5 d ; |
|
|
|
543
в |
2 |
3 d . |
6.80м. Вычислите следующие интегралы:
а |
d ; б |
3 d ; в |
5 d ; г |
5 |
5 d . |
|
|
6.81м. |
Выразите функцию sign |
⁄| | через единичную функцию. |
1 . |
||||
6.82м. |
|||||||
|
Найдите первую и вторую производные функции |
| | |
|
||||
6.83м. Вычислите интеграл |
1 |
d . |
|
|
|
||
6.84м. Вычислите интеграл |
|
d . |
|
|
|
||
6.85р. Функция |
задана графиком рис. Т6.48. Покажите, что эта функция |
||||||
может быть преобразована в |
функцию в результате |
предельного перехода |
|||||
lim |
. |
|
|
|
|
|
|
Рис. Т6.48
|
6.86р. Используя результаты предыдущей задачи, покажите, что lim |
|
|
|||||||||||
|
|
|||||||||||||
|
|
.тНа основании анализа поведения функции d |
⁄d |
при возрастании пара |
||||||||||
|
|
|||||||||||||
метра сформулируйте свойства первой производной |
функции. |
|
|
|||||||||||
|
6.87р. Решите задачи 6.85р и |
6.86р для функции |
|
|
|
|
|
|
,где |
0. |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
6.88. Решите задачи 6.85р и 6.86р для функции |
√ |
|
|
|
|
, где |
0. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
6.89м. Найдите изображения по Лапласу следующих функций: |
|
|
|||||||||||
|
|
а |
; б |
; в |
; г |
|
. |
|
|
|
|
|||
544 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.90р. Определите переходные и импульсные характеристики* про стейшей цепи (рис. Т6.49) для следующих случаев: а) внешнее воздействие — на пряжение , реакция — ток ; б) внешнее воздействие — напряжение , реакция
— напряжение . |
|
|
|
||
шей |
6.91. |
Определите переходную |
иС |
импульсную |
характеристики простей |
|
|||||
, цепи (рис. Т6.50), если R=1 кОм; |
=1 мкФ (внешнее воздействие — напряже |
||||
ние |
реакция — ток ). |
|
|
|
|
|
Рис. Т6.49 |
|
иимпульсную |
|
Рис. Т6.50 |
|
6.92р. Найдитепереходную |
характеристики двухзвенной. |
||||||
цепи (рис. Т6.51). Внешнее воздействие иреакция—напряжения , Параметры |
|||||||
элементовцепи: |
1кОм; |
1 Гн. |
|
|
|
|
|
6.93. |
Определите переходную |
|
и импульсную |
характеристики двух. |
|||
|
|
||||||
звенной цепи (рис. Т6.52). Внешнее воздействие и реакция — напряжения , |
|||||||
Параметры элементов цепи: |
1 кОм; |
2мкФ. |
|
|
|
|
|
Рис. Т6.51 |
|
|
|
Рис. Т6.52 |
|
||
|
|
6.94. Найдите переходную |
и импульсную |
характеристики двухзвенной. |
||||||
|
цепи (рис. Т6.53). Внешнее воздействие и реакция |
напряжения , Парамет |
||||||||
ры элементов цепи: |
1 кОм; |
2 Гн. |
|
|
|
|
||||
|
|
6.95м. |
Определите переходную |
и импульсную |
характеристики мос. |
|||||
|
|
|
||||||||
товой цепи (рис. Т6.54). Внешнее воздействие и реакция — напряжения , |
||||||||||
Параметры элементов цепи: |
1 кОм; С |
1 мкФ. Объясните ход характеристики |
||||||||
|
|
на основании физических соображений. |
|
|
|
* Во всех задачах этого параграфа, исключая задачи 6.102м, 6.103м, переходные и импульсные характеристики цепей определяются в режиме холостого хода на выходе цепей.
545
Рис. Т6.53 |
Рис. Т6.54 |
|
6.96. Найдите переходную |
и импульсную |
характеристики |
. |
мостовой |
|
|
цепи (рис. Т6.55). Внешнее воздействие и реакция — напряжения , |
|
Парамет |
|||
ры элементов цепи: |
1 кОм; |
1 Гн. |
|
|
|
Рис. Т6.55
6.97. Решите предыдущую задачу для цепи рис. Т6.56.
Рис. Т6.56 |
Рис. Т6.57 |
мент |
6.98м. На вход некоторой цепи с нулевыми начальными условиями в |
мо |
||||||||
времени |
0 подают |
экспоненциально убывающее напряжение |
|
|||||||
2 |
В. Выходное напряжение |
|
4 |
4 |
В. |
Найдите переходную |
||||
характеристику цепи. |
|
|
|
|
|
4 |
2 |
В. |
|
|
|
6.99. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
6.100.Решите предыдущую задачу, если |
|
|
|||||||
|
Определите переходную |
и |
импульсную |
характеристики |
|
|||||
цепи (рис. Т6.57) .при |
0,5 |
⁄ |
. Внешнее воздействие — напряжение , реакция |
|||||||
— напряжение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
546