Ю О Коваль - Основи теорії кіл - страница 1

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАУКОВО-МЕТОДИЧНИЙ ЦЕНТР ВИЩОЇ ОСВІТИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Присвячується 75-річчю Харківського національного університету радіоелектроніки

Ю.О. Коваль, Л.В. Гринченко, І.О. Милютченко, О.І. Рибін

ОСНОВИ ТЕОРІЇ КІЛ

Частина 2

Затверджено Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямом «Радіотехніка»

Харків 2006

УДК 621. 3.011.1(07) ББК 31.211 К 56

Гриф надано Міністерством освіти і науки України (Лист від 09.12.2005р. № 14/18.2-2810)

Рецензенти:

Лахно В.І., професор кафедри проектування радіоелектронних систем літальних апаратів Харківського національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», д.т.н., професор.

Бабаєв М.М., завідувач кафедри електротехніки та електричних машин Української державної академії залізничного транспорту, д.т.н., професор.

Гімпілевич Ю.Б., завідувач кафедри радіотехніки Севастопольського національного технічного університету, д. т. н.

К.56 Коваль Ю.О., Гринченко Л.В., Милютченко І.О., Рибін О.І. Основи теорії кіл: Підручник для студентів ВНЗ. Ч.2. Харків: ХНУРЕ; Колегіум, 2006. 668 с.

За загальною редакцією проф. В.М. Шокало та проф. В.І. Правди ISBN 966-8604-21-0

У другій частині підручника розглянуто такі розділи: аналіз перехідних процесів класичним, часовим та операторним методами; багатополюсники; кола з розподіленими параметрами, довгі лінії; основи синтезу кіл; нелінійні кола; методи автоматизованого аналізу кіл.

Вміщено велику кількість ілюстрацій та прикладів розв'язання задач, запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань з кожної розглянутої теми, а також довідкову та історичну інформацію з основних розділів теорії кіл.

Узагальнено багаторічний досвід викладання дисципліни «Основи теорії кіл» на кафедрах «Основи радіотехніки» ХНУРЕ та «Теоретичні основи радіотехніки» НТУУ «КПІ».

Для студентів денної та заочної форм навчання спеціальностей напряму «Радіотехніка», а також студентів, які вивчають споріднені дисципліни за спеціальностями напрямів «Телекомунікації» та «Електронні апарати».

Іл. 348. Табл. 83. Бібліогр. 15 назв.

ISBN 966-8604-21-0 © Коваль Ю.О., Гринченко Л.В., Милютченко І.О.,

Рибін О.І., 2006.

© Харківський національний університет радіоелектроніки, 2006.

© Колегіум, 2006

ЗМІСТ

Перелік скорочень та умовних позначень................................... 8

Вступ........................................................................................... 15

1 Класичний метод аналізу перехідних процесів......................... 17

1.1 Основні поняття та означення.......................................... 17

1.1.1 Закони комутації і початкові умови........................... 18

1.1.2 Загальна характеристика методів аналізу перехідних процесів............................................................. 19

1.1.3 Вимушений і вільний режими................................. 19

1.2 Перехідні процеси в колах Я, С та Я, Ь............................... 36

1.2.1 Вільний режим у колі Я, С...................................... 36

1.2.2 Увімкнення джерела постійної напруги до кола Я, С..... 38

1.2.3 Вільний режим у колі Я, Ь...................................... 39

1.2.4 Увімкнення джерела постійної напруги до кола Я, Ь..... 40

1.3 Перехідні процесі у колі Я, Ь, С........................................ 41

1.3.1 Аперіодичний режим............................................. 42

1.3.2 Критичний (граничний аперіодичний) режим.............. 45

1.3.3 Коливальний режим.............................................. 45

1.3.4 Увімкнення джерела постійної напруги до кола Я, Ь, С... 49

1.4 Перехідні процеси у колах Я, С; Я, Ь; Я, Ь, С

при синусоїдній дії.................... 51

1.4.1 Увімкнення джерела синусоїдної дії до кола Я, С ... 51

1.4.2 Увімкнення джерела синусоїдної дії до кола Я, Ь.... 54

1.4.3 Увімкнення джерела синусоїдної дії до кола Я, Ь, С.. 55

1.5 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань............................................................. 60

2 Часовий метод аналізу перехідних процесів............................... 64

2.1 Перехідна характеристика кола ............. 64

2.2 Імпульсна характеристика кола........................................ 79

2.3 Часові характеристики типових кіл Я, Ь; Я, С; Я, Ь, С ...... 86

2.3.1 Характеристики кіл Я, Ь; Я, С першої групи................ 86

2.3.2 Характеристики кіл Я, Ь; Я, С другої групи................. 90

2.3.3 Часові характеристики типових кіл Я, Ь, С................. 93

2.4 Часові характеристики зв'язаних коливальних контурів........ 98

2.5 Визначення відгуку кола на ступінчасту дію за допомогою часових характеристик.................................................. 104

2.6 Визначення відгуку кола на довільну дію за допомогою перехідної характеристики. Інтеграли Дюамеля.................. 116

2.7 Визначення відгуку кола на довільну дію за допомогою імпульсної характеристики............................................. 131

2.8 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань.................... 148

3 Операторний метод дослідження кіл у нестаціонарному режимі ... 153

3.1 Пряме перетворення Лапласа. Оригінали і зображення.......... 153

3.2 Зображення деяких дій.................................................. 154

3.3 Співвідношення між зображеннями струмів і напруг

в елементах кола..................... 157

3.4 Операторна форма закону Ома і законів Кірхгофа

за нульових початкових умов......................................... 1б0

3.5 Визначення оригіналу відгуку......................................... 1б5

3.6 Урахування ненульових початкових умов......................... 174

3.7 Операторна передатна функція кола, її властивості.

Нулі та полюси операторної передатної функції................. 178

3.8 Операторна вхідна функція кола, її властивості.................. 185

3.9 Зв'язок операторної передатної функції з комплексною передатною функцією. Амплітудно-квадратична характеристика кола, її властивості ............ 187

3.10 Мінімально- та немінімально-фазові кола......................... 190

3.11. Операторна передатна функція неспотворюючого кола....... 194

3.12 Зв'язок операторної передатної функції

з часовими характеристиками .............. 195

3.13 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань ................... 201

4 Багатополюсники..................... 205

4.1 Загальні зауваження ................... 205

4.2 Системи рівнянь (моделі) прохідних чотириполюсників ... 207

4.3 З' єднання чотириполюсників ............... 212

4.4 Характеристичні параметри чотириполюсників ...... 214

4.5 Функції кола ..................... 217

4.5.1 Коефіцієнт передачі за напругою .......... 220

4.5.2 Коефіцієнт передачі за струмом ............ 222

4.5.3 Вхідний та передатний опір,

вхідна та передатна провідність .......... 223

4.5.4 Обчислення функцій кола в базисі контурних струмів......... 224

4.6 Функції кола і розрахунки параметрів чотириполюсників ... 227

4.7 Приклади обчислення функцій деяких кіл .......... 228

4.8 Спеціальні двобрамники та трибрамники........................... 23б

4.8.1 Операційні підсилювачі .............. 23б

4.8.2 Гіратори ..................... 241

4.8.3 Трибрамні конвертори та конвеєри ......... 247

4.8.4 Кратні реактивні елементи (біцистори) ........ 253

4.8.5 Трансімпедансні та транскондуктивні

операційні підсилювачі ................ 257

4.8.6 Елемент CFA (Current Feedback АгпрНїїєг).................. 259

4.9 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань..................... 259

5 Кола з розподіленими параметрами. Довгі лінії........................ 264

5.1 Загальні положення..................................................... 264

5.2 Первинні параметри довгих ліній.................................... 268

5.3 Диференціальні (телеграфні) рівняння довгої лінії.

Загальний розв'язок рівнянь для лінії без втрат................... 274

5.4 Аналіз усталеного синусоїдного режиму довгої лінії............. 284

5.5 Лінії з малими втратами при синусоїдній дії....................... 297

5.6 Режим біжних хвиль...................................................... 303

5.7 Режим стійних хвиль..................................................... 310

5.7.1 Холостий хід в ідеальній лінії.................................. 310

5.7.2 Коротке замикання в ідеальній лінії........................... 314

5.7.3 Холостий хід і коротке замикання в реальній лінії......... 316

5.7.4 Ідеальна лінія, навантажена на реактивний опір............ 320

5.8 Режим змішаних хвиль.................................................. 332

5.8.1 Режим змішаних хвиль при активному навантаженні

в ідеальній лінії...................................................... 333

5.8.2 Режим змішаних хвиль при комплексному навантаженні . 336

5.8.3 Режим змішаних хвиль в лінії з втратами.................... 339

5.9 Методи узгодження довгих ліній...................................... 350

5.9.1 Застосування відрізків ліній як трансформаторів........... 351

5.9.2 Узгодження паралельно увімкненими шлейфами.......... 357

5.9.3 Узгодження коаксіальних кабелів

із симетричними вібраторами.................................. 360

5.10 Кругові діаграми ідеальних довгих ліній........................... 365

5.10.1 Принцип побудови і структура кругової діаграми....... 365

5.10.2 Застосування кругової діаграми для розрахунку параметрів ліній................................................. 372

5.11 Комплексні функції та частотні характеристики довгих ліній 382

5.11.1 Види КФ ліній та основні співвідношення................ 382

5.11.2 КФ і частотні характеристики узгодженої лінії.......... 383

5.11.3 КФ і частотні характеристики лінії при короткому замиканні вихідних затискачів і при Ян << Яхв............ 385

5.11.4 КФ і ЧХ лінії при холостому ході та при Ян >> Яхв..... 390

5.11.5 КФ і ЧХ лінії, навантаженої на реактивний опір......... 393

5.12 Перехідні процеси в довгих лініях.................................. 405

5.12.1 Основні теоретичні положення для аналізу напруги

і струму операторним методом.............................. 405

5.12.2 Лінії, узгоджені з навантаженням........................... 410

5.12.3 Розімкнені лінії................................................. 413

5.12.4 Замкнені лінії.................................................... 419

5.12.5 ІДЛ, ДЛМВ і ЗДЛ при активних опорі навантаження

і внутрішньому опорі джерела.............................. 420

5.12.6 ІДЛ, ДЛМВ і ЗДЛ з реактивним навантаженням........ 425.13 Операторні функції і часові характеристики довгих ліній..... 434

5.13.1 Лінії, узгоджені з навантаженням............................ 435

5.13.2 Лінії, навантажені на активний опір,

при активному внутрішньому опорі джерела............ 436

5.13.3 Розімкнені та замкнені лінії................................... 439

5.13.4 ІДЛ, ДЛМВ і ЗДЛ, навантажені на реактивні опори

та узгоджені з джерелами..................................... 439

5.14 Застосування кіл з розподіленими параметрами.................. 449

5.14.1 Передача високочастотної енергії та радіосигналів...... 449

5.14.2 Затримка сигналів............................................... 451

5.14.3 Використання вибірних властивостей відрізків

довгих ліній...................................................... 454

5.14.4 Трансформатори та узгоджувальні пристрої.............. 458

5.14.5 Вимірювальні пристрої........................................ 461

5.14.6 Імпульсна техніка................................................ 463

5.15 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань.......................................................... 468

6 Основи синтезу електричних кіл.......................................... 476

6.1 Етапи розв'язання задачі синтезу..................................... 476

6.2 Частотна залежність ослаблення та вимоги до неї............... 476

6.3 Операторна передатна функція поліномного фільтра........... 478

6.4 Фільтри з характеристиками Баттерворта.......................... 479

6.5 Фільтри з характеристиками Чебишова.............................. 487

6.6 Фільтри верхніх частот.................................................. 495

6.7 Смугові фільтри з симетричними характеристиками............ 503

6.8 Загороджувальні фільтри з симетричними характеристиками .. 512

6.9 Частотні залежності реактансних функцій.......................... 520

6.10 Реалізація реактансних функцій за Фостером..................... 525

6.11 Реалізація реактансних функцій за Кауером...................... 532

6.12 Реалізація ОПФ східцевими реактивними колами, навантаженими з обох боків......................................... 540

6.13 Перетворення схеми ФП у схеми інших типів. Денормування елементів перетворених схем...................... 548

6.14 Синтез фільтрів на операційних підсилювачах................... 553

6.15 Синтез фільтрів на нетрадиційних операційних підсилювачах 555

6.15.1 Фільтри з інтегральним підсилювачем струму........... 556

6.15.2 Фільтри з трансімпедансними операційними підсилювачами.................................................. 560

6.15.3 Модифіковані активні ФНЧ другого порядку

в базисі струмів................................................. 563

6.16 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань......................................................... 567

7 Нелінійні кола................................................................. 575

7.1 Особливості теорії нелінійних кіл.................................... 575

7.2 Характеристики і параметри нелінійних елементів................ 575

7.3 Класифікація нелінійних елементів.................................... 578

7.4 Диференціальні рівняння нелінійних кіл............................ 581

7.5 Нелінійні кола постійного струму..................................... 583

7.6 Апроксимація характеристик нелінійних елементів............... 587

7.7 Нелінійний активний опір при синусоїдній дії...................... 589

7.8 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю засвоєння знань........................................................... 598

8 Методи автоматизованого аналізу кіл................................... 602

8.1 Вступні положення...................................................... 602

8.2 Класифікація методів аналізу електронних кіл.................... 603

8.3 Похибки обчислень та їх класифікація.............................. 604

8.4 Чисельні методи розв'язання лінійних алгебраїчних рівнянь ... 606

8.5 Оцінка точності розв'язання системи лінійних

алгебраїчних рівнянь.................................................... 610

8.5.1 Норми................................................................ 610

8.5.2 Зумовленість систем рівнянь рівноваги кола................ 612

8.5.3 Дублікації та еквівалентні перетворення..................... 618

8.6 Символьні та символьно-чисельні методи

аналізу лінійних електронних кіл.................................... 621

8.6.1 Вступні зауваження................................................ 621

8.6.2 Білінійне розкладання............................................. 622

8.6.3 Граф матриці........................................................ 627

8.6.4 Теоретико-множинні методи.................................... 633

8.6.5 Метод взаємних похідних........................................ 637

8.6.6 Метод модифікацій................................................ 640

8.7 Запитання та завдання для самоперевірки і контролю

засвоєння знань......................................................... 651

Бібліографічний список........................................................ 655

Іменний покажчик............................................................... 656

Предметний покажчик......................................................... 657

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

CCI, CCII - струмові конвеєри із підсумовуванням напруги

CCIII - струмовий конвеєр із підсумовуванням струму

CFA - Current Feedback Amplifier - підсилювач зі струмовим зворотним

зв' язком OTA - трансадмітансний ОП

VCI, VCII - напругові конвеєри із підсумовуванням струму

VCIII - напруговий конвеєр із підсумовуванням напруги

АКХ - амплітудно-квадратична характеристика

АФХ - амплітудно-фазова характеристика

АЧХ - амплітудно-частотна характеристика

ВАХ - вольт-амперна характеристика

ДДФ - додатна дійсна функція

ДЛМВ - довга лінія з малими втратами

ДНКН - джерело напруги, кероване напругою

ДНКС - джерело напруги, кероване струмом

ДСКН - джерело струму, кероване напругою

ДСКС - джерело струму, кероване струмом

ДЛ - довга лінія

ДРФ - дробово-раціональна функція

ЕЛ - експоненційна лінія

ЕМС - електромагнітна сумісність

ЕОМ - електронно-обчислювальна машина

ЕРС - електрорушійна сила

ЗДЛ - збалансована ДЛ

ЗФ - загороджувальний фільтр

ІДЛ - ідеальна довга лінія

К - контур

КД - кругова діаграма

КЗ - коротке замикання

КБХ - коефіцієнт біжної хвилі

КВФ - комплексна вхідна функція

ККД - коефіцієнт корисної дії

КПФ - комплексна передатна функція

КСХ - коефіцієнт стійної хвилі

КФ - комплексна функція

ЛЕК - лінійне електричне коло

НБ - напруговий базис

ОВФ - операторна вхідна функція кола

ОП - операційний підсилювач

ОПФ - операторна передатна функція кола

ОТП - транскондуктивний (трансадмітансний) ОП

РФ - режекторний фільтр РФНЧ - ФНЧ з режекцією РФВЧ - ФВЧ з режекцією СБ - струмовий базис СЗ - смуга затримання СП - смуга пропускання СФ - смуговий фільтр

Ск( tk) - k стрибок функції 5*вх (t) у момент часу t = tk;

ТОП - трансімпедансний ОП

ФБ - фільтр Баттерворта

ФНЧ, ФВЧ - фільтр нижніх, верхніх частот

ФП - фільтр-прототип

ФЧ - фільтр Чебишова

ФЧХ - фазочастотна характеристика

ХХ - холостий хід

ЧХ - частотна характеристика

(A) - матриця ^-параметрів кола A(co) - ослаблення

AP (ю) - частотна характеристика ослаблення за потужністю BL, Bc - індуктивна, ємнісна провідність

(B) - матриця 5-параметрів кола C - ємність

C1 - первинна (погонна) ємність

Ce - еквівалентна ємність

Cd (u) - динамічна ємність

cos ф - коефіцієнт потужності

condsA - числа зумовленості систем рівнянь

d - загасання контуру

(D) - матриця D-параметрів кола

D1(n) - кратна індуктивність D^n) - кратна ємність

E - постійна ЕРС, діюче значення синусоїдної ЕРС e(t), e - миттєве значення ЕРС

(E) - матриця-стовпець контурних ЕРС Ee - еквівалентна ЕРС

E (ивх) - джерело напруги, кероване напругою (ДНКН) E (^вх) - джерело напруги, кероване струмом (ДНКС) Em - амплітуда синусоїдної ЕРС E( p) - операторна ЕРС

/ - циклічна частота синусоїдного коливання

/рез - резонансна частота циклічна

/(() - функція дійсної змінної ( (оригінал)

Евх - комплексна амплітуда вхідної дії

Евих - комплексна амплітуда відгуку на виході кола

Е(р) - зображення функції /(() за Лапласом

0 - активна провідність

01 - первинна (погонна) провідність

Оі - внутрішня провідність джерела струму

Ое - еквівалентна провідність

Овх - вхідна провідність

Он - провідність навантаження

g (() - перехідна характеристика

Н (со) - модуль КПФ, або АЧХ

Н (со) - амплітудно-квадратична характеристика (АКХ) НР (ю) - передатна функція кола за потужністю Н (7'со) - КПФ кола

Ни (7'со), Ни - комплексний коефіцієнт передачі за напругою

НІ (7'со), Ні - комплексний коефіцієнт передачі за струмом

Нтах - максимальне значення АЧХ

Н0 - значення АЧХ на нульовій частоті

Ннорм - нормоване значення АЧХ

Н (р) - ОПФ кола

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118 


Похожие статьи

Ю О Коваль - Основи теорії кіл

Ю О Коваль - Основи теорії кіл сигналів та процесів в системах технічного захисту інформації