В пособии, предназначенном для самостоятельного изучения основных разделов теории электрических цепей, изложены основы синтеза двухполюсных и четырехполюсных линейных и нелинейных электрических цепей, аналоговых фильтров, амплитудных, фазовых и гармонических корректоров, дискретных и цифровых фильтров и оптимизация электрических цепей. <...> В большинстве изданий учебно-методической литературы по ОТЦ вопросам синтеза уделяется значительно меньше внимания, чем вопросам анализа, несмотря на то, что синтез электрических цепей является важной составной частью теории электрических цепей, роль которой постоянно возрастает в связи с внедрением современных технологий: микроэлектроники, нанотехнологий, интернет-технологий и др. <...> 4), синтез четырехполюсных цепей с помощью различных мостовых и лестничных схем и ARC-цепей (гл. <...> Свойства любого линейного пассивного или неавтономного активного двухполюсника полностью определяется его функцией входного сопротивления Z( jw) или функцией входной проводимости Y( jw). <...> Функцию входного сопротивления двухполюсника с учетом (1.7), (1.8) можно выразить через энергетические функции: ( ) Zp F pT Vp Ip 0 00 2 В (1.9) учтено, что ( ) ( ) I11 . p I p Ip= * ( ) 2 Аналогично можно выразить функцию входной проводимости двухполюсника через энергетические функции: 6 = ++ . <...> Реактивные двухполюсники и их свойства Из всего многообразия двухполюсников наибольший интерес представляют пассивные реактивные двухполюсники, состоящие только из индуктивностей и емкостей. <...> Наиболее распространенными в теории цепей являются канонические схемы, построенные по правилу (канону) Фостера и Кауэра. <...> В схемах Кауэра двухполюсники представлены в виде цепочечных = w®¥ lim (лестничных) схем, в продольных ветвях которых находятся индуктивности, а в поперечных емкости (первая схема Кауэра, рис. <...> 1.8, а), либо наоборот – в продольных емкости, а в поперечных — индуктивности (вторая схема Кауэра, рис. <...> В зависимости от класса канонические <...>
Основы_синтеза_цепей._Учебное_пособие_для_вузов._(1).pdf
УДК 621.373(075)
ББК 32.88
O75
Р е це нзе нт ы : заслуженный деятель науки РФ, заслуженный работник высшей
школы РФ, доктор техн. наук, профессор В. В. Губарев; заслуженный деятель
науки РФ, доктор техн. наук, профессор В. Ф. Дмитриков
А в т оры : В. П. Бакалов, П. П. Воробиенко, Б. И. Крук, Е. А. Субботин
O75 Основы синтеза цепей: Учебное пособие для вузов / В. П. Бакалов,
П. П. Воробиенко, Б. И. Крук и др.; Под редакцией В. П. Бакалова. –
М.: Горячая линия – Телеком, 2015. – 358 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0498-9.
В пособии, предназначенном для самостоятельного изучения основных
разделов теории электрических цепей, изложены основы синтеза
двухполюсных и четырехполюсных линейных и нелинейных электрических
цепей, аналоговых фильтров, амплитудных, фазовых и гармонических
корректоров, дискретных и цифровых фильтров и оптимизация электрических
цепей. Изложенная теория проиллюстрирована многочисленными
примерами, позволяющими лучше усвоить теоретический материал при
самостоятельном изучении этой дисциплины. В конце каждой главы приведены
основные результаты и выводы, вопросы для самоконтроля и задачи
для самостоятельного решения, ответы на которые представлены в конце
книги. Пособие может быть использовано как при традиционных, так и
дистанционных технологиях обучения.
Для студентов вузов и колледжей, обучающихся по специальностям
связи и информатики.
ББК 32.88
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU
ISBN 978-5-9912-0498-9
© В. П. Бакалов, П. П. Воробиенко,
Б. И. Крук, Е. А. Субботин, 2015
© Издательство «Горячая линия – Телеком», 2015
Стр.2
6. Оглавление
Предисловие .................................................................................................. 3
Глава 1. Общие характеристики двухполюсных цепей ..................... 4
1.1. Двухполюсники. Классификация двухполюсников .......................... 4
1.2. Параметры и функции двухполюсных цепей ..................................... 5
1.3. Реактивные двухполюсники и их свойства ........................................ 8
1.4. Основные результаты и выводы .......................................................... 12
1.5. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................ 13
1.6. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 13
Глава 2. Общие характеристики четырехполюсных цепей .............. 16
2.1. Четырехполюсники и их классификация ........................................... 16
2.2. Уравнения передачи четырехполюсников ......................................... 18
2.3. Типовые схемы четырехполюсников .................................................. 28
2.4. Характеристические параметры четырехполюсников ...................... 34
2.5. Внешние характеристики четырехполюсников ................................. 42
2.6. Основные результаты и выводы .......................................................... 48
2.7. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................ 49
2.8. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 50
Глава 3. Постановка задачи синтеза электрических цепей ............... 52
3.1. Основные задачи и этапы синтеза ....................................................... 52
3.2. Условия физической реализуемости ................................................... 53
3.3. Нормирование переменных и параметров элементов ....................... 58
3.4. Чувствительной характеристик электрической цепи ........................ 59
3.5. Методы аппроксимации в задачах синтеза ........................................ 63
3.6. Основные результаты и выводы .......................................................... 68
3.7. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................ 68
3.8. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 69
Глава 4. Синтез двухполюсных цепей ................................................... 71
4.1. Реализация реактивных двухполюсников по методу Фостера ......... 71
4.2. Реализация реактивных двухполюсников по методу Кауэра............ 75
4.3. Реализация RC, RL-двухполюсников .................................................. 78
4.4. Реализация RLC-двухполюсников (метод Бруне) .............................. 85
4.5. Основные результаты и выводы .......................................................... 89
4.6. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................ 90
4.7. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 90
Глава 5. Синтез четырехполюсных цепей ............................................ 92
5.1. Нахождение операторной передаточной функции по квадрату
модуля комплексной передаточной функции .................................... 92
5.2. Синтез мостовых схем с постоянным входным сопротивлением ... 94
5.3. Синтез симметричных Т-перекрытых схем с постоянным
характеристическим сопротивлением.................................................. 96
5.4. Синтез реактивных лестничных четырехполюсников,
нагруженных резистивными сопротивлениями ................................. 98
355
Стр.355
5.5. Синтез ARC-цепей ................................................................................. 100
5.6. Основные результаты и выводы .......................................................... 106
5.7. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................. 106
5.8. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 107
Глава 6. Синтез нелинейных электрических цепей ............................ 109
6.1. Нелинейные цепи и их характеристики .............................................. 109
6.2. Задача аппроксимации в синтезе нелинейных цепей ........................ 113
6.3. Реализация резистивных двухполюсников с заданными ВАХ ........ 124
6.4. Реализация нелинейных формирующих цепей .................................. 127
6.5. Синтез автогенераторов ........................................................................ 131
6.6. Основные результаты и выводы .......................................................... 140
6.7. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................. 141
6.8. Задачи для самостоятельного решения .............................................. 142
Глава 7. Синтез аналоговых фильтров .................................................. 144
7.1. Классификация фильтров ..................................................................... 144
7.2. Аппроксимация характеристик фильтров нижних частот ................ 147
7.3. Реализация фильтров нижних частот .................................................. 160
7.4. Переход от фильтров нижних частот к другим типам фильтров ..... 169
7.5. Основные результаты и выводы .......................................................... 178
7.6. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................. 179
7.7. Задачи для самостоятельного решения ............................................... 179
Глава 8. Синтез корректирующих цепей .............................................. 181
8.1. Принцип корректирования искажений ............................................... 181
8.2. Синтез амплитудных корректоров ...................................................... 186
8.3. Синтез фазовых корректоров ............................................................... 202
8.4. Синтез гармонических корректоров .................................................... 212
8.5. Основные результаты и выводы .......................................................... 219
8.6. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................. 220
8.7. Задачи для самостоятельного решения ............................................... 221
Глава 9. Синтез дискретных цепей и цифровых фильтров ............... 224
9.1. Дискретные сигналы ............................................................................. 224
9.2. Дискретные цепи ................................................................................... 233
9.3. Типовые звенья дискретных цепей ...................................................... 251
9.4. Цифровые фильтры ............................................................................... 255
9.5. Синтез КИХ фильтров .......................................................................... 264
9.5.1. Постановка задачи и этапы синтеза .......................................... 264
9.5.2. Основные типы фильтров с КИХ .............................................. 267
9.5.3. Методы аппроксимации характеристик КИХ-фильтров ........ 268
9.5.4. Методы реализации КИХ-фильтров ......................................... 281
9.6. Синтез БИХ-фильтров .......................................................................... 284
9.6.1. Задача аппроксимации БИХ-фильтров ..................................... 284
9.6.2. Задача реализации БИХ-фильтров ............................................ 296
9.7. Основные результаты и выводы .......................................................... 298
9.8. Вопросы и задания для самоконтроля ................................................. 299
9.9. Задачи для самостоятельного решения ............................................... 300
356
Стр.356
Глава 10. Оптимизация электрических цепей ..................................... 303
10.1. Постановка задачи оптимизации ....................................................... 303
10.2. Критерии оптимальности ................................................................... 306
10.3. Методы оптимизации .......................................................................... 308
10.4. Оптимизация электрических цепей по сложности .......................... 326
10.5. Основные результаты и выводы ........................................................ 330
10.6. Вопросы и задания для самоконтроля .............................................. 331
10.7. Задачи для самостоятельного решения ............................................. 331
Ответы ........................................................................................................... 334
Предметный указатель ................................................................................. 347
Литература .................................................................................................... 349
Приложение 1 ............................................................................................... 351
Приложение 2 ............................................................................................... 352
Приложение 3 ............................................................................................... 353
Приложение 4 ............................................................................................... 354
357
Стр.357