Теория электрических цепей


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Сибирский государственный университет

Телекоммуникаций и информатики.

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ РАБОТА

По дисциплине

“Теория электрических цепей”

Вариант № 10

Выполнил: студент группы

2009

Билет № 10 по курсу ТЭЦ

1. Расчет реакции цепи на воздействие произвольной формы. Импульсная характеристика цепи. Интеграл наложения.

Ответ:

В основе временного метода лежит понятие переходной и им­пульсной характеристик цепи. Переходной характеристикой цепи называют реакцию цепи на воздействие в форме единичной функции. Обозначается переходная характеристика цепи g (t ). Импульсной характеристикой цепи называют реакцию цепи на воз­действие единичной импульсной функции (d-функции). Обо­значается импульсная характеристика h (t ). Причем, g (t ) и h (t )определяются при нулевых начальных условиях в цепи. В зави­симости от типа реакции и типа воздействия (ток или напряжение) переходные и импульсные характеристики могут быть безразмер­ными величинами, либо имеют размерность А/В или В/А.

Использование понятий переходной и импульсной характери­стик цепи позволяет свести расчет реакции цепи от действия непе­риодического сигнала произвольной формы к определению реакции цепи на простейшее воздействие типа единичной 1(t ) или импульс­ной функции d(t ), с помощью которых аппроксимируется исходный сигнал. При этом результирующая реакция линейной цепи нахо­дится (с использованием принципа наложения) как сумма реакций цепи на элементарные воздействия 1(t ) или d(t ).

Между переходной g (t ) и импульсной h (t ) характеристиками линейной пассивной цепи существует определенная связь. Ее можно установить, если представить единичную импульсную функцию через предельный переход разности двух единичных функций вели­чины 1/t, сдвинутых друг относительно друга на время t :

Т. е. единичная импульсная функция рав­на производной единичной функции. Так как рассматриваемая цепь предполагается линейной, то соотношение сохраня­ется и для импульсных и переходных реак­ций цепи

Т. е. импульсная характеристика является производной от переход­ной характеристики цепи.

Уравнение (8.2) справедливо для случая, когда g (0) = 0 (нуле­вые начальны е условия для цепи). Еслиже g (0) ¹ 0, то предста­вив g (t ) в виде g (t ) = , где = 0, получим уравнение связи для этого случая:

Для нахождения переходных и им­пуль­сных характеристик цепи можно использо­вать как классический, так и операторный методы. Сущность классического метода сос­то­ит в определении временной реакции цепи (в форме напряжения или тока в отдельных ветвях цепи) на воздействие единичной 1(t ) или импульсной d(t ) функ­ции. Обычно классическим методом удобно определять переходную характеристику g (t ), а импульсную характеристику h (t ) находить с помощью уравнений связи (8.2), (8.3) или операторным мето­дом.

При нахождении реакции цепи с помощью интеграла наложе­ния используется импульсная характеристика цепи h (t ). Для по­лучения общего выражения интеграла наложения аппроксимируем входной сигнал f 1 (t ) с помощью системы единичных импульсов длительности d t, амплитуды f 1 (t) и площади f 1 (t)d t (рис. 8.5). Выходная реакция цепи на каждый из единичных импульсов

Используя принцип наложения, нетрудно

Получить суммарную реакцию цепи на систему единичных импульсов:

Интеграл (8.12) носит название интеграла наложения * . Между интегралами наложения и Дюамеля существует простая связь, определяемая связью (8.3) между импульсной h (t )и переход­ной g (t ) характеристиками цепи. Подставив, например, значе­ние h (t ) из (8.3) в формулу (8.12) с учетом фильтрующего свой­ства d-функции (7.23), получим интеграл Дюамеля в форме (8.11).

Пример. На вход R С – цепи подается скачок напряжения U 1 . Оп­ределить реакцию цепи на выходе с использованием интегралов наложения (8.12) и Дюамеля (8.11).

Импульсная характеристика данной цепи равна (см. табл. 8.1): hu (t ) = = (1/RC)e-t /RC. Тогда, подставляя hu (t – t) = (1/RC)e-(t – t)/RC в формулу (8.12), по­лучаем:

Аналогично результат получаем при использовании переходной функции данной цепи и интеграла Дюамеля (8.11):

Если начало воздействия не совпадает с началом отсчета вре­мени, то интеграл (8.12) принимает вид

Интегралы наложения (8.12) и (8.13) представляютсобойсвертку входного сигнала с импульсной характеристикой цепи и широко применяются в теории электрических цепей и теории пере­дачи сигналов. Ее физический смысл заключается в том, что вход ной сигнал f 1 (t) как бы взвешивается с помощью функции h (t – t): чем медленнее убывает со временем h (t ), тем большее влияние на выходной сигнал оказывает более удаленные от момента наблю­дения значение входного воздействия.

На рис. 8.6, а показан сигнал f 1 (t) и импульсная характери­стика h (t – t), являющаяся зеркальным отображением h (t), а на рис. 8.6, б приведена свертка сигнала f 1 (t) с функцией h (t – t) (за­штрихованная часть), численно равная реакции цепи в момент t.

Из рис. 8.6 видно, что отклик на выходе цепи не может быть короче суммарной длительности сигнала t 1 и импульсной харак­теристики th. Таким образом, для того чтобы выходной сигнал не искажался импульсная характеристика цепи должна стремиться к d-функции.

Очевидно также, что в физически реализуемой цепи реакция не может возникнуть раньше воздействия. А это означает, что им­пульсная характеристика физически реализуемой цепи должна удовлетворять условию

Для физически реализуемой устойчивой цепи кроме того должно выполняться условие абсолютной интегрируемости импульсной характеристики:

Если входное воздействие имеет сложную форму или задается графически, то для вычисления реакции цепи вместо интеграла свертки (8.12) применяют графоаналитические способы.

2. Задача

Дано:

В, Ом, МкФ.

Получить формулу и построить график .

Решение:

А)

Б)

В)

По законам коммутации:

3. Задача

Дано: схема автогенератора и график колебательной характеристики

мкГн; нФ; мкГн; кОм.

.

1. Рассчитать крутизну характеристики транзистора, при которой наступит самовозбуждение автогенератора.

2. Рассчитать частоту генерации

3. Рассчитать амплитуду стационарного напряжения на затворе-стоке транзистора для мА/В.

Решение:

– дифференциальная крутизна

ВАХ транзистора

– коэффициент затухания

Самовозбуждение происходит при крутизне, определяемой выражением

На частоте генерации

На частоте генерации



Зараз ви читаєте: Теория электрических цепей