![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Некоторые специальные разделы курса теоретической электротехники учеб. пособие
.pdf- 79 -
Суть этого способа достаточно просто установить на примере подсчета определителя все того же графа рис.Цпита-* ние от источника тока).
Используя известное выражение определителя, после: не которых преобразований имеем:
+ bdU*c] *at>dUl.
Величины, заключенные в квадратные скобки, как не тр; дно ви деть из рис.12, - определили подграфов, полученных из ис
ходного |
графа последовательным |
закорачиванием (замыканием) |
|||
сначала |
по одной, затем |
по две, |
три |
и т . д . ветвей, подходя |
|
щих к узлу I при отбрасывании всех |
остальных ветве* данного |
||||
же узла. |
|
|
|
|
|
|
Общность отмеченной, закономерности для других узлов |
||||
установим, закорачивая |
и отбрасывая, в той. же последователь |
||||
ности |
ветви, например, |
узла 2 и подсчитывая получившийся, при |
|||
. этом |
определитель. |
|
|
|
|
|
На рис.13 показаны закорачиваемые ветви и соответствую |
||||
щие им подграфы. |
|
|
|
Суммируя произведения, проводимостей. закорачиваемых вет вей; (передач ветвей.) на соответствующие им определители под графов, получим величину
Раскрывая скобки, убеждаемся, в справедливости вышеска занного, поскольку - получаем величину, совпадающую с подсчи танной, другими способами.
Таким образом, для лдаЗого произвольного графа с учетом, отмеченной закономерности его определитель может быть вычис лен по следующей формуле:
А » |
TL YiAi |
+?t2YiYjдії |
+ Л Y i Y i |
|
Y K A l l * * |
|
i = < |
Ltj |
* i * j * M |
' |
' |
+ |
s : YiYjY«...Ya-A«.-Ai.j.4. |
|
|
Рис. /З
|
|
|
|
|
|
- |
al - |
|
|
|
|
Здесь Yi,rJ,V5»,...Ya |
- |
проводимости |
ветвей, подходящих к |
||||||||
произвольно выбранному узлу, графа,' |
|
|
|
||||||||
и- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 У і д і |
|
= Yi-ді + Y i A 2 + Y « A u + . . . Y a |
лп., |
|
|||||||
где |
ДК |
- |
определитель |
подграфа, |
полученного |
исходного |
|||||
замыканием |
ветви |
с |
проводимостью |
YK. |
И отбрасыванием івсех |
||||||
других, |
подходящих к этому узлу; |
|
|
|
|
||||||
S l Y i Y / |
|
= Y»Yi Ли + Y u A u |
+...Y«YnA«i + Y u Y i U * * + |
||||||||
|
|
|
|
|
+ |
Ya-y Yn-An-<, n |
|
. |
|
|
|
гдейшопределитель |
подграфа, полученного |
из исходного замы |
|||||||||
канием |
ветвей с |
проводимостяни YK « Yn. * |
отбрасыванием всех |
||||||||
других |
ветвей, этого |
узла |
|
|
|
|
|
||||
HYtYjУН |
|
A I J K |
- YiYaYi-Aits • Y J Y J Y v A У ч п . А « г . . д * . . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
+ Y i Y/ Y* A t j « |
|
У»-;. Yn - * Т л л п - ^ а - * , » , |
|||
где |
A t } * |
- |
определитель подграфа при замыкании |
ветвей |
|||||||
с проводимостями |
Y i , Y/, Y« |
и *«Д» |
|
||||||||
$5. Использование ненаправленных графов |
в расчете |
||||||||||
|
цепи с нелинейными элементами. |
|
|
|
Широкое распространение полупроводниковой и электронной техники ставит задачу рационального расчета и анализа цепей,
сэлектронными лампами и транзисторами.
Классическая, электротехник* решает эту задачу методом линеаризации с помощью расчетных схем замещения с линейными элементами, имеющими последовательное или параллельное соеди нение.Такие схемы справедливы , как известно , для малцх прира'щени.і тока или ипарямнйв; в управляющей цепи.
а качестве прииера на рис. 14 приведены принципиальные
-St-
схемы, элементарных лампового и транзисторного усилителей, и их расчетные схемы, замещения.
На схемах |
замещения |
обозначены |
следующие |
величины: ї м |
|
||||||
соп |
отивление нагрузки, |
11 |
- |
внутреннее сопротивление |
|||||||
электронной лампы, |
Uc |
- напряжение на сетке, |
La.*- |
анод |
|||||||
ным ток,„ |
J 1 |
- |
коэффициент усиленна лампы, |
связанный с |
|||||||
её |
вихрениям |
сопротивлением |
соотношением:/*-s |
S'H, |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
где |
S |
- крутизна |
анодно-се- |
||
точной. характеристики* |
|
|
|
|
|
|
|||||
1з, |
Ъ8,1* |
- |
сопротивления, эимитера, базы и коллектора, |
||||||||
I» |
- |
ток эммитера, tk*t*' |
|
- ток нагрузки (коллектора). |
|||||||
И» |
- |
напряжение на аммитвре, |
|
|
|
|
|||||
А |
- |
воэффицие"т |
усиленна |
транзистора |
по току, |
|
|||||
|
Б теории Графов для расчета электронных цепей в режиме |
||||||||||
малых переменных составляющих |
|
применяются новые схемные |
|||||||||
элемента.*ним относятся,: нуллатор, норатор, нуллор, |
тиристор |
и унистор,обладающие особыми свойствами.Подробнее остановимся.
|
|
|
|
|
- |
83 |
|
- |
|
|
|
|
|
иа |
унисторе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Унистор - элемент схеми , |
обладающим, односторонней |
про |
||||||||||
водимостью. Его проводимость, как и любой.-простой, ветви |
гра |
||||||||||||
фа, |
записывается |
рядом с |
унистором. При атом она может быть |
||||||||||
как положительной, так и отрицательной* но в направлении, |
|||||||||||||
противоположном стрелке, |
проводимость |
унистора - нулевая. |
|||||||||||
|
Бели параллельно унистору |
включена обычна» ветвь с двух- |
|||||||||||
ст іронней |
проводимостью, |
тр. общая, проводимость определяется, |
|||||||||||
их суммой* с помощью унисторов можно составить расчетный |
|
||||||||||||
эквивалент |
для схемы, замещения |
электронной! лампы, и транзисто- |
|||||||||||
ра. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так |
' |
|
электронная лампа о крутизной, анедно-сеточной. |
|||||||||
характеристики |
S |
|
и внутренний сопрбтивдением RL |
|
ока |
||||||||
зывается, равноцвннойї схема |
с четырьмя элементами: трен |
унис- |
|||||||||||
тодам с |
проводимостями |
S, |
-$ |
и$ |
"*» обычной ветви |
с |
|||||||
проводимостью |
|
|
|
|
» включенных между анодом |
А |
, |
||||||
катодом |
К |
и сеткой. |
-С |
по схеме рис. 15а .Чтобы убедиться |
|||||||||
в этом , достаточно рассчитать |
и сравни» между собой, резуль |
||||||||||||
таты расчета |
схеми замещения лампового усилителя (рис.14а) |
||||||||||||
и схемы с |
унисторами |
(рис. |
15а). |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для. графа рис. 15а по д^рмуде |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мззона найдам анодный ток: |
|
|
да s : Рмд« |
* Р#ДІ » - |
, |
|
поскольку от |
источника |
Не |
Рис. IS а. |
через искомую ветвь проходит |
только один путь |
P ' - - S ^ H |
, |
„ввівчающий |
|
все |
вершины графа; |
Д В £ - £ • » • 9 і + 9 " |
|
• *»к «. Я Р М |
подочете определителя источник эде ( Uс |
) , как |
было указа- |
||
•но, |
закорачивается. |
|
|
|
Итак, анодный ток, |
найденный по схеме; с |
уняеторамя: |
S'ti |
, ,| |
I ! « - — — — • |
ЦС |
- |
84 - |
|
По любой, и;, схем |
замещения лампового |
усилителя, приве |
денных на рис. 14а , получается тот же результат. |
||
Аналогичным образом показывается, что полупроводниковые |
||
элементы: могут быть представлены схемами с |
унисторами, Напри |
мер, полупроводниковый триод, принципиальная и расчетная бхе-
мы. которого приведены на _рис.1и б, эквивалентны, в |
расчетном |
||||||||||
отношении |
схеме, |
включающей в |
себя, три унистора |
и три обыч |
|||||||
ные ветви, |
соединенные между собой согласно рис.15 |
б.Прово |
|||||||||
димости |
унисторов |
* « t 9 * и * « 1 ф » . |
Величина |
Л-^э |
по |
||||||
смыслу эквивалентна крутизне |
электронной, лампы., |
поскольку |
|||||||||
Л |
- |
коэффициент усиления триода по току,a q$ |
- |
про |
|||||||
водимость цепи |
эмнитера. Поэтому в дальнейшем её, можно назы |
||||||||||
вать |
крутизной |
транзистора. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Чтобы удостовериться в правильности замены триода схе |
||||||||||
мой, замещения с унисторамн , |
рассмотрим |
численный пример. |
|||||||||
Пусть |
триод, |
изображенный на рис.14 |
б, |
работает |
при низкой |
||||||
частоте.Его параметры! : |
|
|
|
|
|
|
|||||
U.-0J3; |
г»**"Оом; **»(,&мом; хг = |
500ом. |
|
|
|
Найдем коэффициент усиления, схемы по напряжению при сопро
тивлении нагрузки |
Чнябиом |
.Для схемы замещения триода |
|
с источником эдс |
согласно |
рис.146, имеем: |
, |
Ранение системы, приводит к соотношению: |
Рас. т. |
|
Он m |
+ |
|
что после подстановки числовых величин дает :
Пользуясь формулой: мезона для схемы замещения с унисторами,
- 8S -
находи»:
Apr лзводя необходимые вычисления, получим тот же результат:
Итак, электронные цепи с ладами или транзисторами могут быть представлены эквивалентными схемами с унисторами.Схема
с унисторами несколько сложнее обычных схем замещения, с ак тивными элементами, однако использование"топологических фор мул приводит к значительному сокращению их расчета'.
§ 6.Основные понятия о сигнальных или направленных
графах.
Сигнальным или направленным называют граф, ветви кото-' рого ориентированы в направлении передачи сигнала между его углами.
В отличие от ненаправленного графа, узлы направленного графа, токи и напряжения, действующие в дан , а на её уз ловые точки.
На рис. 16. приведены самые элементарные грацш.На основании их легко установить, что графы данного видаэхо
графическое |
изображение функциональной, зависимости между, |
|
параметрами |
цедя. Действительно., для приведенных графов |
|
|
инеем: |
|
|
І н * і - а І « |
*S(u) |
Voc№ Т м и l.U
* - функции независимых величин І м . Е . З .Коэффициенты передаче ветвей, графов ( а , 4,с ) или просто передача ветвей.—
.едечины, связывающие зависимые и независимые переменные .
- 86 -
Ихт значения определяются отношением выходного сигнала к > входному, с размерностями:
Св]=«, |
B J - і я . С е З - в м . |
|
|
|
|
|
|
||||
Ясли узел представляет |
независимую переменную и к |
||||||||||
нему не подходит ни одна ветвь, то его называют |
узлом ис |
||||||||||
тока, или источника.На рис.7 узлы Е,1и |
|
|
- |
узлы |
|||||||
источников. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Узел, |
представляющий, собой, зависимую |
переменную и не |
|||||||||
имеющий выходящий, |
ветвей С |
U |
|
|
) |
• принято |
|||||
называть узлами стока. Узлы стока являются выходными |
уз |
||||||||||
лами графа |
, а узлы истоков |
- |
входными. |
|
|
|
|
||||
В общем случае |
(рис.17) граф может иметь |
несколько |
|||||||||
истоков и стоков, |
а |
также содержать |
более |
сложные узлы , |
|||||||
имеющие как |
входящие |
, |
так |
и выходящие из |
него ветви. Такие |
||||||
узлы (на рис.1? узлы |
|
t i t |
и |
U-t |
) называют |
смежными. |
|||||
|
|
|
|
|
|
Основная, (характерная ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
особенность |
смежных узлов |
||||
|
|
|
|
|
|
СОСТОИТ в том , что величJ|,,. |
|||||
|
|
|
|
|
|
их узлового |
сигнала |
опре |
|||
|
|
|
|
|
|
деляется |
суммой сигналов, |
||||
|
|
|
|
|
|
подходящих к таким |
узлам. |
||||
|
|
|
|
|
|
Выходящие из |
таких |
узлов |
|||
|
|
|
|
|
|
|
сигналы |
не |
учитываются, |
||
|
Puc.fT |
|
|
Они учитываются |
ь других |
||||||
|
|
|
узлах, на которые указывают |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
стрелки ветвей, т . е . |
в |
узлах |
к которым |
эти |
сигналы |
подхо- |
|||||
дят.'хак , к примеру, |
узловой сигнал |
U i |
определнется. |
UL« =£<<i + Е » е • tt*e ,
а сигнал U*. соответственно:
UU>» E e f * U < 6 .
Записав величины сигналов в узлах стока I t |
и 1 а |
- d? -
получаем полную систему уравнении, которую представляет приведенный на данном рисунке граф. ііта система уравне ний, записана относительно узловых сигналов и поэтому назы вается системой уравнении, узловых сигналов,ііиогда её назы вают системой уравнений, нормированных относительно узло вых сигналов.для любого графа можно записать свою систем] уравнении.ото значит, что всякому графу соответствует вполне определенная система уравнений узловых сигналов,которая за писывается: по виду графа.
Б силу указаннойї однозначности, можно утверждать и обратное. А именно: Всякой система узловых уравнений (ог раничимся рассмотрением линейных уравнений)) соответствует вполне определенный граф, представляющий, собой графическую запись этой системы; уравнений. Теория таких графов в зна чительной! мере разработана Мэзоном. В связи с этим граф, удовлетворяющий система узловых уравнений (нормированных относительно узловых сигналов), называют графом Ыэзова.
§7. Построение сигнального графа.
Чтобы, построить граф электрической цепи, нужно иметь систему уравнений, взаимосвязывающую между собой, токи и напряжения, действующие в этой цепи. Таких систем, можно составить несколько в зависимости от способа их составления. Например , законам Кирхгофа, методу контурных токов, узло вых потенциалов и т . д . Это значит, что для одной и той же цепи можно составить несколько сигнальных графов.
Для примера рассмотрим цепь, схема замещения которой
- 88 -
представлена <їа рис.І .Сначала составим систему уравнении, по законам Кирхгофа, нормируя уравнения ( где это нужно)
относительно |
узловых |
сигналов. |
|
|
|
|
1 . * У - 1 » - 1 б |
и = х < - U |
|
|
|||
u = а - ti - |
is |
і |
і |
1<t |
• |
t v |
t * = |
l « |
is |
L* |
~s |
Расположим данные узлы на схеме произвольным обра зом.Однако будем стремиться их располагать так , чтобы они в наибольшей степени соответствовали действительному прохож дению сигнала в исходной цепи.Соединяя узлы гра^а мзжду - собой ветвями в соответствии с системой узловых уравнении , получаем граф,представленный на рис.ій
I
РІЛСІ8