- •Электрические цепи.
- •Анализ и синтез
- •Учебное пособие
- •Омск – 2004
- •Содержание
- •Список обозначений и сокращений
- •1. Основные задачи теории электрических цепей. Основные законы и теоремы
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Реальные радиоэлементы и их идеализированные модели
- •1.3. Схемы замещения реальных элементов моделями
- •1.4. Классификация электрических цепей
- •1.5. Законы и теоремы электрических цепей
- •Контрольные задания
- •2. Анализ линейных цепей постоянного тока в установившемся режиме по эквивалентным схемам
- •Общие сведения и математический аппарат
- •2.2. Методы анализа, использующие преобразования сопротивлений
- •2.3. Методы анализа, использующие законы Кирхгофа
- •1.4. Методы анализа, использующие теоремы цепей
- •2.5. Дополнительные преобразования и расчеты
- •2.6. Контрольные задания
- •3. Анализ линейных цепей гармонического тока в установившемся режиме по эквивалентным схемам. Общие принципы анализа
- •3.1.Общие сведения и математический аппарат
- •3.2. Анализ цепей гармонического тока методом векторных треугольников
- •Анализ линейных цепей гармонического тока с использованием комплексного преобразования (методом комплексных амплитуд)
- •Конкретные методы анализа с использованием комплексных амплитуд сигналов. Принцип анализа
- •Мощность в цепи гармонического тока
- •Контрольные задания
- •4. Комплексные частотные характеристики линейных электрических цепей. Колебательные контуры
- •4.1. Общие сведения и математический аппарат
- •4.2. Анализ частотных характеристик электрических цепей 1-го и 2-го порядка
- •4.3 Резонансные явления в электрических цепях
- •4.4. Последовательный колебательный контур
- •Из (4.28) следуют условия для граничных частот полосы пропускания
- •4.5. Параллельный колебательный контур первого (основного) вида
- •4.6. Параллельные колебательные контуры второго, третьего и общего видов
- •4.7. Контрольные задания
- •5. Линейные электрические цепи с негальваническими связями при гармоническом воздействии
- •5.1. Общие сведения и математический аппарат
- •5.2. Анализ электрических цепей с автотрансформаторной связью
- •5.3. Анализ эквивалентной схемы линейного трансформатора с апериодическими нагрузками
- •Выражение (5.17) с учетом выражений (5.15), (5.16) преобразуется к виду
- •5.4. Анализ колебательных контуров с трансформаторной связью
- •5.5. Контрольные задания
- •6. Линейные электрические цепи при сложных периодических воздействиях
- •6.1. Общие сведения и математический аппарат
- •6.2. Анализ спектра импульсной последовательности
- •6.3. Анализ линейной цепи при сложном периодическом воздействии
- •6.4. Контрольные задания:
- •7. Переходные процессы в линейных электрических цепях (анализ импульсных воздействий)
- •Общие сведения и математический аппарат.
- •7.1. Классический метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях
- •7.3 Частотный метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях
- •7.4. Операторный метод анализа переходных процессов в линейных электрических цепях.
- •7.5. Временной метод анализа переходных процессов
- •7.6 Дифференцирование и интегрирование сигналов электрическими цепями
- •7.7 Контрольные задания
- •8. Введение в анализ нелинейных электрических цепей в установившемся режиме
- •8.1. Общие сведения и математический аппарат
- •8.2. Расчёт нелинейных резистивных цепей по постоянному току
- •8.3. Анализ нелинейной цепи в режиме "малых" переменных сигналов
- •8.3. Аппроксимация вах нелинейных резистивных радиоэлементов
- •Принцип составления и решения нелинейных уравнений
- •8.5. Анализ спектра выходного сигнала в нелинейных электрических цепях
- •Контрольные задания
- •9. Анализ электрических цепей в установившемся режиме методами теории линейных четырехполюсников
- •9.1. Общие сведения и математический аппарат
- •9.2. Системы уравнений линейных четырехполюсников
- •9.3. Расчёты первичных параметров четырёхполюсников по эквивалентным схемам
- •Соединение простых четырёхполюсников в сложные. Обратные связи в активных четырёхполюсниках
- •Контрольные задания:
- •10. Синтез линейных электрических цепей
- •10.1. Общие сведения.
- •Коэффициенты передачи фильтров:
- •10.2. Синтез фильтров по характеристическим параметрам
- •10. 3. Синтез фильтров по рабочим параметрам
- •Решение. Выберем для аппроксимации выражение
- •10. 4. Контрольные задания
- •Библиографический список.
- •Приложения
2.6. Контрольные задания
а) приведите пример эквивалентной схемы электрической цепи. Проанализируйте схему, используя преобразования сопротивлений;
б) приведите пример эквивалентной схемы. Проанализируйте, используя методы на основе законов Кирхгофа;
в) приведите пример эквивалентной схемы. Проанализируйте схему, используя теоремы электрических цепей;
г) для схемы (рис. 2.3) определите токи методом ''контурных''. Численные значения всех величин равны вашему порядковому номеру в группе;
д) выполните расчет для схемы (рис. 2.4) методом узловых напряжений. Численные значения выберите аналогично пункту 2.6, г.
3. Анализ линейных цепей гармонического тока в установившемся режиме по эквивалентным схемам. Общие принципы анализа
3.1.Общие сведения и математический аппарат
Исходные моменты анализа:
реальные элементы электрических цепей или идеализированные элементы эквивалентных схем являются линейными;
в электрической цепи и ее модели не происходит переключений, т.е. гармонические сигналы длятся неограниченно долго;
источники гармонических колебаний имеют одну и ту же частоту.
Примеры линейных цепей гармонического тока: делители напряжения и тока, фазовращатели, колебательные контуры, цепи с трансформаторной связью, электрические фильтры, усилители в ''линейном'' режиме.
Гармонические сигналы формируются генератором гармонических колебаний и применяются в качестве управляющих или ''несущих'' колебаний. В теории электрических цепей для записи гармонических сигналов чаще используется тригонометрическая функция ''косинус'', например,
, (3.1)
где - амплитуда сигнала;
( ) - полная фаза сигнала;
- начальная фаза сигнала;
- циклическая частота, рад/с;
- текущая частота, Гц;
- период колебаний.
Для сравнения с источниками постоянного тока введено ''действующее значение'' переменного сигнала, по тепловому действию аналогичное действию постоянного тока
. (3.2)
В ''действующих значениях'' калибруется большинство измерительных приборов, измеряющих токи или напряжения переменных сигналов.
Математический аппарат, используемый в данном разделе для расчетов или пояснения принципов анализа, следующий:
начальные основы дифференцирования и интегрирования, например:
операции с комплексными числами. В математике комплексные числа и комплексная плоскость введены при решении алгебраических уравнений. Например, корни уравнения
где (''жи'') - мнимая единица ( = - 1).
Полученные выражения для корней уравнения называются комплексными числами, состоят из действительной и мнимой части и могут быть изображены на комплексной плоскости (рис. 3.1).
Рис. 3.1
На рисунке 3.1 комплексные числа представлены в алгебраической форме записи. В расчетах также используется экспоненциальная форма записи через ''модуль'' (гипотенузы треугольников на рис. 3.1) и ''аргумент'' (углы наклона на рис.3.1).
формулы Эйлера, полезные для преобразований :
(3.3)
комплексное (символическое) преобразование гармонических сигналов:
(3.4)
Выражение (3.4) позволяет заменить временные функции символами (комплексными числами), а затем - решать алгебраические уравнения.
Обратный переход к временной функции осуществляется с помощью формул Эйлера (3.3), причем, берется реальная часть величин
(3.5)