книги из ГПНТБ / Теория линейных электрических цепей учеб. пособие

гекта-, дека-метровые, метровые, деци-, еанти- и миллиметровые волны.

Радиотелеграфия и радиотелефония. Передача знаков по радио (радиотелеграфия) по существу не отличается от передачи при частотной телеграфии. Точки; тире и пробелы в виде токов в пере­ дающей и приемной антеннах имеют вид, показанный на рис. 0.6, а, только частота переменного тока значительно выше, т. е. в одной телеграфной точке помещается много периодов. В приемнике, при­ соединенном к антенне, должно быть выпрямляющее и сглаживаю­ щее устройство, чтобы получить импульсы постоянного тока (см. рис. 0.6, б). Это устройство в радиотехнике называется детектором, т. е. прибором, обнаруживающим радиоволны. В самом начале при­ менения радиотелеграфии проявился основной недостаток радио­ телеграфной передачи — существование значительных помех. Радио­ передающие станции, излучающие во все стороны волны, создают друг другу значительные помехи. К ним прибавляются атмосферные помехи, помехи от автомобилей, бытовых приборов и т. п. Помехи есть и при проводной связи, но они значительно слабее. Борьба с помехами в электросвязи и, особенно в радиосвязи, является главной задачей и в настоящее время. Для того чтобы радиосвязь могла функционировать, каждой передающей радиостанции отво­ дится определенная длина волны (определенная частота), на которой она должна работать. Поэтому в приемных устройствах кроме детек­ тора важное значение имеют цепи, принимающие только колеба­ ния определенной частоты и отсеивающие все лишние частоты.

Другой недостаток радиосвязи — малая сила тока в приемной антенне и радиоприемнике. Поэтому появилась необходимость в усилителе, возникновение которого стало возможным с изобре­ тением в 1907 г. электронной лампы. После усовершенствования электронная лампа произвела в 20-х годах нашего столетия настоя­ щий переворот в радиотехнике и в смежных с ней областях. Она дала возможность не только усиливать колебания низкой и высокой частоты, но и также генерировать их. Электронная лампа стала основой всей радиоэлектроники. В последние годы электронная лампа заменяется более экономичным полупроводниковым прибо­ ром — транзистором, если не требуются большие мощности или очень высокие частоты.

После радиотелеграфии с появлением электронной лампы насту­ пила очередь радиотелефонии. Как указывалось, речь или музыка состоит из простых тонов, каждый из которых при телефонной пере­ даче соответствует току определенной частоты. В сумме же при нало­ жении их на постоянный ток получается сложная кривая тока, подобная изображенной на рис. 0.8.

При передаче одного тона ток в телефоне определяется выражением

(буква «н» показывает, что имеем дело с низкой, т. е. звуковой, частотой, F — низкая частота, определяющая высоту тона).

12

При передаче по радио ток в антенне должен изменяться по

Итак, модулированный ток высокой частоты является суммой трех высокочастотных колебаний. Одно из них определяется несу­

13

При радиотелефонной передаче частоты тонов все время меня­

(рис. 0.10), отложив по оси абсцисс частоту. Кроме несущей частоты

зывалось, экономически невыгодно строить проводные линии связи, особенно кабельные, для передачи одного телефонного (или теле­ графного) канала. Перенос полосы частот был применен для того, чтобы по одной кабельной линии связи передавать несколько кана­ лов связи (рис. 0.11). В настоящее время по междугородним ка­ бельным линиям передается 12,24 и даже 60 каналов. Специальные типы кабелей (коаксиальные кабели) дают возможность передавать до 2000 каналов связи. Широкое распространение получил обмен между городами радиовещательными программами, а в последние годы и телевизионными передачами. Это еще более усложнило дело, так как передача телевидения требует полосы частот в 6 Мгц. Поэтому в настоящее время разрабатываются новые системы, которые смогут заменить кабельные линии. Это — волноводные линии, основанные на передаче сверхвысокочастотной энергии по полым металлическим трубам, и световоды, по которым передаются модулированные световые лучи (оптические частоты).

14

Основные задачи систем электросвязи. При передаче информа­ ции (телеграфной, телефонной, телевизионной, для связи, теле­ метрии, телеуправления и т. д.) сообщения превращаются в сиг­ налы — токи и напряжения низкой или высокой частоты, изменя­ ющиеся со временем по определенному закону в зависимости от характера сообщения. На рис. 0.2 и рис. 0.6 изображен телеграфный сигнал, на рис. 0.8 и рис. 0.9 — телефонный. Здесь дается времен­ ное представление сигнала.

Однако к сигналам можно подойти и с иных позиций. Каждая передача характеризуется необходимой для нее полосой частот, которая должна полностью проходить через электрические цепи во избежание искажения сигнала. Изображение передаваемой полосы частот является частотным представлением сигнала (см. рис. 0.10 и 0.11).

Именно этими двумя представлениями сигналов, их взаимо­ зависимостью, их изменениями при прохождении через электричес­ кие цепи занимается теория электрических цепей. В ней рассматри­ ваются линейные и нелинейные цепи. Линейный элемент цепи характеризуется тем, что напряжение на нем линейно зависит от проходящего по нему тока. Примером линейной зависимости может

т. е. набор частот на линейном элементе не меняется. Это положение можно обобщить. В линейных цепях, состоящих только из линей­ ных элементов, не создаются новые частоты, хотя колебания неко­ торых частот могут усиливаться, а других ослабляться.

В нелинейных цепях дело обстоит иначе. Пусть зависимость тока от напряжения на нелинейном элементе имеет вид

Итак, ток содержит не только частоты Д и /2 , но и вновь появив­ шиеся частоты 2fi, 2/2 , (Д + /2)> (/і — f2)> а также постоянную составляющую. Нелинейные элементы (например, электронная лампа, транзистор) используются для получения новых частот.

15

передается приемнику. Такое устройство называется четырехпо­ люсником. На рис. 1.2 дано условное изображение четырехполюс­ ника. Простейшим промежуточным устройством для передачи энер­ гии от источника к приемнику являются два провода, соединяю­ щие зажимы источника с зажимами приемника.

Электромагнитные процессы в электрических цепях при пере­

цепей состоит в построении самих цепей и определении значений величин индуктивностей, емкостей и сопротивлений по заданным свойствам этих цепей.

§1.2. Ток и напряжение

1.Определения. Движение электрических зарядов в проводящей среде под влиянием электрического поля представляет собой ос­ новную форму электрического тока — ток проводимости. Током проводимости, или током называется количество электричества, протекающего за одну секунду через поперечное сечение проводника:

' - f

В случае тока, изменяющегося с течением времени, вводится понятие мгновенного значения тока. Мгновенное значение тока представляет собой производную заряда по времени:

. dq l~dt'

18

где dq — заряд, прошедший за время dt через поперечное сечение проводника. Ток измеряется в амперах. Ток в проводнике возни­ кает, если вдоль проводника создано электрическое поле, а в этом случае между любыми двумя точками, расположенными по длине проводника, имеет место разность потенциалов. Разность потенциа­ лов между двумя точками иначе называется напряжением или падением напряжения между этими точками. Измеряется разность потенциалов в вольтах. Разность потенциалов между точками «а»

цепи и принятой за опорную при определении потенциалов. По­ тенциал этой опорной точки удобно считать для данной цепи равным нулю.

Напряжение между двумя точками может быть положительным или отрицательным в зависимости от направления отсчета. Будем считать, что напряжение иаЬ направлено от точки «а» к точке «Ь», если ф а > Фб. Так как за направление тока в проводнике услови­ лись считать направление движения положительных зарядов, а положительные заряды под влиянием сил электрического поля движутся от точек высшего потенциала к точкам низшего, направ­ ление тока через пассивный двухполюсник удобно считать совпадаю­ щим с направлением напряжения на его зажимах.

В дальнейшем будем пользоваться терминами — напряжение и падение напряжения, выбирая первый или второй для того, чтобы оттенить смысл определяемой разности потенциалов. Говоря, напри­ мер, о генераторе, будем понимать под напряжением разность потен­ циалов между зажимами работающего генератора. Падением напря­ жения в генераторе будем называть разность между э. д. с. и напряжением на его зажимах, создаваемую током в сопротивлениях токоведущих элементов самого генератора. Когда говорят о линии передачи электрической энергии, то под напряжением в линии пони­ мается разность потенциалов между проводами, в то время как падение напряжения в линии означает разность потенциалов вдоль проводов, возникающую при токе в линии благодаря сопротивлению самих проводов линии.

Когда же речь идет о приемнике, то «напряжение» и «падение напряжения» на нем означают одну и ту же разность потенциалов между его зажимами.

2. Режим работы цепи. Токи и напряжения, возникающие в цепи при включении источников электромагнитной энергии, представляют собой реакцию цепи на воздействие источников. Реакция цепи может носить неустановившийся и установившийся характер.

Дело в том, что после включения в цепь генераторов токи и напряжения в цепи устанавливаются не мгновенно, а постепенно, асимптотически приближаясь к своим установившимся значениям. Например, если катушку подключить к аккумулятору, ток в цепи будет изменяться так, как показано на рис. 1.3. Установившимся

19