Генераторы, или по-другому, источники электрической энергии подразделяются на зависимые и независимые источники. <...> Зависимые источники: ИНУН (а), ИТУН (б), ИНУТ (в) и ИТУТ (г) 7 ные ток i1 и напряжение u1 являются управляющими. <...> 4, а) входное сопротивление бесконечно велико, входной ток i1 = 0, а выходное напряжение u2 связано с входным u1 равенством u2 = Huu1, где Hu коэффициент, характеризующий усиление по напряжению зависимого источника. <...> Зависимые источники это четырехполюсние элементы, входные ток и напряжение которых управляют выходными током и напряжением. <...> 10, если в качестве входного воздействия uвх(t) рассматривать, например, напряжение источника u(t), а в качестве реакции цепи (или выходного напряжения uвых(t)) например, напряжение uR3(t) на резисторе R3. <...> Ясно, что в качестве входного воздействия и выходной реакции цепи могут быть выбраны любые интересующие нас напряжения или токи. <...> 12) является напряжение или ток на выходе предыдущей цепи, которая может быть заменена при расчете эквивалентным источником энергии (эквивалентным генератором). <...> Включение электрической цепи между источником и нагрузкой Для линейных электрических цепей справедлив принцип суперпозиции или наложения, в соответствии с которым можно вычислить реакции цепи на каждое отдельно взятое воздействие, а затем «наложить» эти реакции друг на друга, т.е. просуммировать их. <...> Микрофон преобразует звук в непериодический сигнал сложной формы. <...> Следует заметить, что нести в себе информацию может только непериодический сигнал. <...> · Только непериодический сигнал может нести в себе информацию. <...> Когда же в качестве воздействия рассматривается гармоническое колебание, то необходимо учитывать в общем случае три параметра его амплитуду, частоту и начальную фазу. <...> Линейная электрическая цепь обладает замечательным свойством: все ее реакции на гармоническое воздействие будут гармоническими и будут иметь ту же частоту, что и воздействие. <...> Таким образом, линейная <...>
Основы_анализа_цепей._Учебное_пособие_для_вузов._(1).pdf
мСд 621.373 (075)
ЕЕд 32.88
Å19
êˆÂÌ Б ВМЪ ˚ : ‰ÓÍÚÓð ÚÂıÌ. ̇ÛÍ, ФрУЩВТТУр Ä. Ö. ÑÛ·ËÌËÌ; ‰ÓÍÚÓð ÚÂıÌ.
̇ÛÍ, ФрУЩВТТУр B. î. ÑÏËÚðËÍÓ‚
Ň͇ÎÓ‚ Ç. è., ÜÛð‡‚΂‡ é. Å., дрЫН Å. à.
Å19
éÒÌÓ‚˚ ‡Ì‡ÎËÁ‡ ˆÂÔÂÈ: ì˜Â·ÌÓ ÔÓÒÓ·Ë ‰Îfl ‚ÛÁÓ‚.– 2- ËÁ‰.,
ТЪВрВУЪЛФ. – å.: ÉÓðfl˜‡fl ÎËÌËfl–íÂÎÂÍÓÏ, 2014. – 592 Ò: ËÎ.
ISBN 978-5-9912-0306-7.
ì˜Â·ÌÓ ÔÓÒÓ·Ë Ôð‰̇Á̇˜ÂÌÓ ‰Îfl Ò‡ÏÓÒÚÓflÚÂθÌÓ„Ó ËÁÛ˜ÂÌËfl ÓÒÌÓ‚Ì˚ı
ð‡Á‰ÂÎÓ‚ ЪВУрЛЛ ˆÂÔÂÈ. З ÔÂð‚ÓÈ ˜‡ÒÚË ÔÓÒÓ·Ëfl Т Â‰ËÌ˚ı ÔÓÁˈËÈ
ð‡ÒÒχÚðË‚‡˛ÚÒfl ‚ÓÔðÓÒ˚ ‡Ì‡ÎËÁ‡ ÎËÌÂÈÌ˚ı, ÌÂÎËÌÂÈÌ˚ı Л ‰ËÒÍðÂÚÌ˚ı
ˆÂÔÂÈ, ̇ıÓ‰fl˘ËıÒfl ÔÓ‰ ‚ÓÁ‰ÂÈÒÚ‚ËÂÏ „‡ðÏÓÌ˘ÂÒÍËı, ÔÂðËӉ˘ÂÒÍËı
Ì„‡ðÏÓÌ˘ÂÒÍËı, ÌÂÔÂðËӉ˘ÂÒÍËı Л ‰ËÒÍðÂÚÌ˚ı ÍÓη‡ÌËÈ. ÇÚÓð‡fl
˜‡ÒÚ¸ ÔÓÒÓ·Ëfl ÒÓ‰ÂðÊËÚ Ï‡ÚÂðˇΠӷ ‡Ì‡ÎÓ„Ó‚˚ı Л ‰ËÒÍðÂÚÌ˚ı ÛÒÚðÓÈÒÚ‚‡ı,
‚ıÓ‰fl˘Ëı ‚ ÒÓÒÚ‡‚ ð‡‰ËÓ- Л ÔðÓ‚Ó‰ÌÓÈ ‡ÔÔ‡ð‡ÚÛð˚ Ò‚flÁË: ˝ÎÂÍÚð˘ÂÒÍËı
‡Ì‡ÎÓ„Ó‚˚ı Л ‰ËÒÍðÂÚÌ˚ı ÙËθÚð‡ı, ÍÓððÂÍÚÓð‡ı, „ÂÌÂð‡ÚÓð‡ı,
ÌÂÎËÌÂÈÌ˚ı ÔðÂÓ·ð‡ÁÓ‚‡ÚÂÎflı. èÓÒÓ·Ë ПУКВЪ ·˚Ú¸ ËÒÔÓθÁÓ‚‡ÌÓ Í‡Í ФрЛ
Úð‡‰ËˆËÓÌÌ˚ı, Ú‡Í Л ‰ËÒڇ̈ËÓÌÌ˚ı ÚÂıÌÓÎÓ„Ëflı Ó·Û˜ÂÌËfl ÒÚÛ‰ÂÌÚÓ‚.
ÑÎfl ÒÚÛ‰ÂÌÚÓ‚ ‚ÛÁÓ‚, Ó·Û˜‡˛˘ËıÒfl ФУ Ì‡Ôð‡‚ÎÂÌ˲ ÔÓ‰„ÓÚÓ‚ÍË
210700 – «àÌÙÓÍÓÏÏÛÌË͇ˆËÓÌÌ˚ ÚÂıÌÓÎÓ„ËË Л ÒËÒÚÂÏ˚ Ò‚flÁË» Í‚‡ÎËÙË͇ˆËË
(ÒÚÂÔÂÌË) «·‡Í‡Î‡‚ð» Л Í‚‡ÎËÙË͇ˆËË (ÒÚÂÔÂÌË) «Ï‡„ËÒÚð», ·Û‰ÂÚ
ФУОВБМУ ‰Îfl ÒÚÛ‰ÂÌÚÓ‚ ‚ÛÁÓ‚ Л ÍÓÎΉÊÂÈ, Ó·Û˜‡˛˘ËıÒfl ФУ ÒÔˆˇθÌÓÒÚflÏ
Ò‚flÁË Л ËÌÙÓðχÚËÍË.
ЕЕд 32.88
ĉðÂÒ ËÁ‰‡ÚÂθÒÚ‚‡ ‚ аМЪВрМВЪ WWW.TECHBOOK.RU
ì˜Â·ÌÓ ËÁ‰‡ÌËÂ
Ň͇ÎÓ‚ LJÎÂðËÈ è‡ÌÚÂ΂˘, ÜÛð‡‚΂‡ é脇 ÅÓðËÒӂ̇,
дрЫН ЕУрЛТ à‚‡Ìӂ˘
йлзйЗх ДзДгабД сЦиЦв
м˜В·МУВ ФУТУ·ЛВ
é·ÎÓÊ͇ ıÛ‰ÓÊÌË͇ Ç. É. ëËÚÌËÍÓ‚‡
èÓ‰ÔËÒ‡ÌÓ Н Ô˜‡ÚË 05.12.2013. îÓðÏ‡Ú 60×90 1/16., ìÒÎ. Ô˜. Î. 37. àÁ‰. ‹ 13306. íËð‡Ê 500 ˝ÍÁ.
ISBN 978-5-9912-0306-7
© Ç. è. Ň͇ÎÓ‚, é. Å. ÜÛð‡‚΂‡,
Å. à. äðÛÍ, 2012, 2014
© àÁ‰‡ÚÂθÒÚ‚Ó «ÉÓðfl˜‡fl ÎËÌËfl–íÂÎÂÍÓÏ», 2012
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ..................................................................................
Вместо ââåäåíèÿ: задача анализа цепей .............................................
Â.1 Элементы электрической цепи ..............................................
3
5
5
Â.2 Воздействие и реакция ........................................................ 12
Â.3 Методы анализа цепей ......................................................... 17
ЧАСТЬ 1 Анализ реакции цепей на различные воздействия ............. 22
Глава 1 Анализ реакции линейной цепи на постоянное воздействие .. 22
1.1 Постановка задачи ............................................................... 22
1.2 Расчет реакции линейной цепи с одним источником
воздействия ........................................................................ 23
1.3 Расчет реакции линейной цепи с несколькими источниками
воздействий ........................................................................ 35
1.4 Коэффициент передачи резистивной цепи ............................... 54
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 60
Глава 2 Анализ реакции линейной цепи на гармоническое
воздействие .................................................................... 63
2.1 Математическое описание гармонических колебаний ................ 63
2.2 Гармонические колебания в пассивных элементах
электрической цепи ............................................................. 86
2.3 Расчет реакции цепи в символической форме .......................... 100
2.4 Комплексные передаточные функции ..................................... 110
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 115
Глава 3 Анализ реакции линейной цепи на периодическое
воздействие сложной формы ............................................ 117
3.1 Представление периодического воздействия рядом Фурье ........ 117
3.2 Спектры амплитуд и фаз периодических колебаний ................. 135
3.3 Анализ реакции линейной цепи методом суперпозиции
(íàëîæåíèÿ) ....................................................................... 150
3.4 Расширение понятия комплексной передаточной функции.
Спектральный анализ цепи ................................................... 156
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 165
Глава 4 Анализ реакции линейной цепи на непериодическое
воздействие сложной формы (спектральный ìåòîä) ............ 167
4.1 Представление непериодического воздействия
интегралом Фурье ............................................................... 167
4.2 Спектральные плотности амплитуд и фаз непериодических
колебаний .......................................................................... 171
4.3 Еще раз о комплексных передаточных функциях и частотных
характеристиках цепи .......................................................... 192
4.4 Спектральный анализ цепей при непериодических
воздействиях ...................................................................... 197
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 205
588
Стр.588
Глава 5 Анализ реакции линейной цепи на непериодическое
воздействие сложной формы (операторный ìåòîä) ............ 207
5.1 Представление непериодического воздействия
интегралом Лапласа ............................................................ 207
5.2 Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме ...................... 223
5.3 Операторный метод расчета реакции цепи ............................. 230
5.4 Операторные передаточные функции .................................... 236
5.5 Связь со спектральным методом ........................................... 241
Вопросы и задания для самоконтроля ........................................ 242
Глава 6 Анализ реакции линейной цепи на непериодическое
воздействие сложной формы (временной ìåòîä) ................ 245
6.1 Испытательные сигналы ...................................................... 245
6.2 Импульсная характеристика цепи ......................................... 248
6.3 Анализ реакции цепи с помощью интеграла наложения ........... 254
6.4 Переходная характеристика цепи .......................................... 259
6.5 Анализ реакции цепи с помощью интеграла Дюамеля .............. 264
Вопросы и задания для самоконтроля ........................................ 272
Глава 7 Анализ реакции линейной цепи при коммутациях
(переходные ïðîöåññû) ................................................... 275
7.1 Законы коммутации ............................................................ 275
7.2 Расчет начальных условий в моменты коммутации .................. 277
7.3 Расчет установившихся реакций в цепи ................................. 281
7.4 Расчет переходных реакций в цепях первого порядка .............. 287
7.5 Расчет переходных реакций в цепях второго порядка .............. 312
Вопросы и задания для самоконтроля ........................................ 334
Глава 8 Анализ реакции нелинейной резистивной цепи на
постоянное и гармоническое âîçäåéñòâèÿ........................... 336
8.1 Нелинейные резистивные элементы и их сопротивления
постоянному и переменному токам ........................................ 336
8.2 Расчет реакции нелинейной цепи на постоянное воздействие .... 338
8.3 Аппроксимация вольт-амперных характеристик нелинейных
резистивных элементов ....................................................... 348
8.4 Расчет спектрального состава тока в резистивном нелинейном
элементе при гармоническом воздействии .............................. 355
Вопросы и задания для самоконтроля ........................................ 367
Глава 9 Анализ реакции линейной дискретной цепи на дискретные
воздействия .................................................................... 368
9.1 Дискретные сигналы ........................................................... 368
9.2 Спектры дискретных сигналов ............................................. 373
9.3 Z-ïðåîáðàçîâàíèå дискретного сигнала .................................. 382
9.4 Нерекурсивная дискретная цепь и ее реакция на дискретное
воздействие ....................................................................... 395
9.5 Рекурсивная дискретная цепь и ее реакция на дискретное
воздействие ....................................................................... 407
589
Стр.589
9.6 Типовые звенья дискретных цепей ......................................... 419
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 424
ЧАСТЬ 2 Анализ и расчет узлов аппаратуры связи ........................ 427
Глава 10 Анализ поведения линейных четырехполюсников
на комплексной плоскости .............................................. 427
10.1 Комплексные и операторные передаточные функции
нагруженного четырехполюсника. Условия их физической
реализуемости ................................................................... 427
10.2 Расчет передаточных функций цепей с обратной связью.
Устойчивость цепей ........................................................... 436
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 447
Глава 11 Анализ и расчет электрических фильтров ......................... 449
11.1 Типы и характеристики фильтров ........................................ 449
11.2 Анализ фильтров нижних частот Баттерворта,
Чебышева и Золотарева ...................................................... 454
11.3 Расчет и построение схем электрических фильтров
нижних частот .................................................................. 465
11.4 Переход к фильтрам верхних частот, полосовым
и заграждающим ............................................................... 473
11.5 Анализ фильтров с механическими резонаторами ................... 479
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 481
Глава 12 Анализ и расчет амплитудных корректоров ...................... 483
12.1 Амплитудно-частотные искажения сигнала и их
коррекция ........................................................................ 483
12.2 Анализ схем амплитудных корректоров ................................ 486
12.3 Расчет пассивных амплитудных корректоров ......................... 498
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 502
Глава 13 Анализ и расчет фазовых корректоров ............................ 503
13.1 Фазо-частотные искажения сигнала и их коррекция ............... 503
13.2 Анализ схем фазовых корректоров ....................................... 506
13.3 Принципы расчета фазовых корректоров .............................. 516
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 518
Глава 14 Анализ нелинейных преобразователей сигнала ................. 519
14.1 Стабилизаторы постоянного напряжения .............................. 519
14.2 Резонансные усилители и умножители частоты ...................... 520
14.3 Ограничители мгновенных и амплитудных значений
сигнала ............................................................................ 524
14.4 Выпрямители переменного тока ........................................... 527
14.5 Преобразователи частоты .................................................... 530
Вопросы и задания для самоконтроля ......................................... 533
Глава 15 Анализ генераторов гармонических колебаний .................. 534
15.1 Физические процессы в генераторах гармонических
колебаний ......................................................................... 534
15.2 Типы генераторов гармонических колебаний ......................... 537
590
Стр.590
15.3 Анализ условий возникновения колебаний в генераторе ......... 540
15.4 Анализ работы генератора в стационарном режиме ................ 553
15.5 Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения ....................... 559
Вопросы и задания для самоконтроля ........................................ 562
Глава 16 Анализ и расчет дискретных фильтров ............................ 564
16.1 Расчет параметров и реализация рекурсивных дискретных
фильтров нижних частот ................................................... 564
16.2 Расчет параметров и реализация нерекурсивных дискретных
фильтров нижних частот ................................................... 570
16.3 Переход к дискретным фильтрам верхних частот, полосовых
и заграждающих ............................................................... 573
16.4 Особенности реализации дискретных фильтров с помощью
цифровых схем ................................................................ 576
Вопросы и задания для самоконтроля ........................................ 577
Предметный указатель ................................................................... 579
Список литературы ........................................................................ 582
Ответы ......................................................................................... 583
591
Стр.591