Цепи и сигналы. Эквивалентное преобразование источников конечной мощности
 Скачать 1.82 Mb.
|
Практическое применение отрезков линий с малыми потерямиНа практике в радиотехнических устройствах часто применяют отрезки линий без потерь (с малыми потерями) в качестве элементов цепи. Колебательный контур.В технике сверхвысоких частот вместо колебательных контуров на сосредоточенных реактивных элементах используют отрезки короткозамкнутых или разомкнутых линий с малыми потерями. Частотные характеристики входных сопротивлений таких отрезков в области частот, прилегающих к резонансной, достаточно хорошо воспроизводят характеристики колебательных контуров. Значения добротностей отрезков линий достаточно велики и могут достигать, например, для короткозамкнутых четвертьволновых отрезков нескольких тысяч единиц. Это позволяет успешно использовать их для селекции колебаний очень высоких частот. Металлический изолятор.При х = λ/4 входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии обращается в бесконечность. Это дает возможность использовать четвертьволновый короткозамкнутый отрезок в качестве изолятора, например для подвески двухпроводных воздушных фидерных линий (рис. 14.9). Отрезок линии выполняется в виде жестких металлических прутьев или труб. Их нижние концы заземляются, в результате чего осуществляется короткое замыкание. Верхние концы присоединяются непосредственно к линии. Такие изоляторы по своим электрическим и конструктивным данным превосходят изоляторы из диэлектрика. Линейный вольтметр.Непосредственное включение в цепь обычного измерительного прибора при очень высокой частоте нарушает режим работы цепи, так как вносит в нее добавочное реактивное и активное сопротивления. Измерительный прибор с малым входным сопротивлением, включенный через четвертьволновый отрезок линии, называют линейным вольтметром (рис.14.10). Подключение измерительного прибора к отрезку линии практически создает короткое замыкание. Входное сопротивление линейного вольтметра оказывается очень большим, и он не оказывает заметного влияния на цепь, в которой измеряется напряжение. Измеряемое действующее значение напряжения связано с действующим значением тока, протекающего через измерительный прибор, зависимостью при . Полосовой фильтр.На сверхвысоких частотах, где потери в линии пренебрежимо малы, короткозамкнутые отрезки линии могут быть использованы для построения фильтров. В качестве примера показана схема полосового фильтра, построенного на двух короткозамкнутых отрезках линии (рис. 14.11). В продольное плечо схемы включен полуволновый отрезок, в поперечное плечо четвертьволновый. Первый отрезок имеет входное сопротивление, аналогичное входному сопротивлению последовательного колебательного контура. Второй, четвертьволновый, отрезок играет роль параллельного колебательного контура. Эквивалентная электрическая схема фильтра приведена на рис.14.12. Четвертьволновый трансформатор сопротивлений. Нарис. 14.13. приведена схема такого трансформатора. При длине отрезка линии уравнения передачи принимают следующий вид: . Входное сопротивление четвертьволнового отрезка линии с пренебрежимо малыми потерями определяется выражением ; тогда . Такой отрезок можно использовать в качестве согласующего трансформатора сопротивлений. Если линии, вклю-чаемые каскадно, имеют разные волновые сопротивления и , то у четвертьволнового согласующего трансформатора в качестве сопротивления нагрузки выступает волновое сопро-тивление . Входное сопротивление согласующего трансформатора должно быть равно . Для выполнения этого условия достаточно выбрать трансформатора равным . Тогда . Понятие и классификация нелинейных цепейВсе цепи, рассматриваемые до сих пор, относились к классу линейных систем. Элементы таких цепей R, L и С являются постоянными и не зависят от воздействия. Линейные цепи описываются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Нелинейными электрическими цепями называются цепи, содержащие хотя бы один нелинейный элемент. Нелинейными называются элементы, параметры которых – сопротивление, индуктивность, емкость – зависят от приложенного напряжения или проходящего через элементы тока. Для нелинейного резистивного элемента характерна нелинейная связь между током i и напряжением u. Если элементы электрической цепи R, L и С зависят от воздействия, то цепь описывается нелинейным дифференциальным уравнением. Наиболее распространенными резистивными нелинейными элементами являются ламповые и полупроводниковые приборы, используемые в радиотехнике для усиления и преобразования сигналов. Для линейного резистора зависимость тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) представляет собой прямую линию (рис. 15.1). Тангенс угла наклона этой прямой к оси токов с учетом масштабов тока и напряжения равен сопротивлению элемента =сonst. Для линейных элементов эта величина постоянная. Для нелинейных элементов отношение тока к напряжению является величиной переменной, и вольт-амперная характеристика представляет собой кривую (рис. 15.2). Если возьмем на этой кривой какую-либо точку, например, точку А1, то тангенс угла, составленного прямой, проведенной из начала координат в данную точку, и осью токов, с учетом масштабов тока и напряжения даст значение сопротивления элемента в данной точке: . Для точки А2 угол α2 будет иметь уже другое значение, то есть tg α1 ≠ tg α2, следовательно, сопротивление . В зависимости от характера вольт-амперной характеристики можно выделить несколько разновидностей нелинейных элементов. Нелинейные элементы бывают симметричными и несимметричными. У симметричных элементов ВАХ симметрична относительно начала координат (рис. 15.3). Для таких кривых справедливо соотношение . У несимметричных элементов ВАХ – несимметрична. К симметричным элементам относятся: лампы накаливания, термосопротивления, бареттеры. К несимметричным – диод, полупроводниковый вентиль, транзистор. Вольт-амперные характеристики могут быть выпуклыми или вогнутыми (рис. 15.4, а), или иметь сложную форму как, например, у туннельного диода (рис. 15.4, б).
Резистивные нелинейные сопротивления могут быть управляемыми и неуправляемыми. В управляемых элементах, кроме основной цепи, есть еще вспомогательная или управляющая цепь, воздействуя на ток или напряжение которой можно изменять ВАХ основной цепи. В этом случае вольт-амперная характеристика представляет собой не одну кривую, а семейство кривых. К неуправляемым относятся лампы накаливания, германиевые и кремниевые диоды, термисторы, бареттеры и т. д. К управляемым нелинейным сопротивлениям относятся, например, трехэлектродные лампы, транзисторы, тиристоры. На нелинейные сопротивления в цепях переменного тока влияет температура нагрева. Если вольт-амперная характеристика нелинейного сопротивления изменяется при нагревании проходящим через него током, то сопротивление называется инерционным. Если нелинейность вольтамперной характеристики обусловлена не тепловыми процессами, то нелинейное сопротивление – безынерционное. |