Основы теории цепей
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
РИОР
Автор:
Запасный Анатолий Иванович
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 336
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 5-369-00001-8
Артикул: 074300.05.01
Доступ онлайн
от 404 ₽
В корзину
В пособии последовательно изложены программные темы дисциплины «Основы теории цепей», приведены основные законы и методы анализа и синтеза электрических цепей в стационарном и переходном режимах, характеристики и параметры линейных, нелинейных цепей и цепей с распределенными параметрами.
Для студентов, обучающихся по телекоммуникационным, радиотехническим и электротехническим специальностям и направлениям.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 11.03.02: Инфокоммуникационные технологии и системы связи
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ Рекомендовано УМО по образованию в области связи в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальностям «Сети связи и системы коммутации», «Многоканальные телекоммуникационные системы», «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», «Средства связи с подвижными объектами» УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ А.И. ЗАПАСНЫЙ Москва РИОР ИНФРА-М
УДК 621.3.01(075.8) ББК 31.27-01я73 З-30 УДК 621.3.01(075.8) ББК 31.27-01я73 Запасный А.И. Основы теории цепей : учебное пособие / А.И. Запасный. — Мо сква : РИОР : ИНФРА-М, 2020. — 336 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). ISBN 978-5-369-00001-4 (РИОР) ISBN 978-5-16-104796-5 (ИНФРА-М, online) В пособии последовательно изложены программные темы дис циплины «Основы теории цепей», приведены основные законы и методы анализа и синтеза электрических цепей в стационарном и переходном режимах, характеристики и параметры линейных, нелинейных цепей и цепей с распределенными параметрами. Для студентов, обучающихся по телекоммуникационным, радио техническим и электротехническим специальностям и направлениям. З-30 © Запасный А.И. ISBN 978-5-369-00001-4 (РИОР) ISBN 978-5-16-104796-5 (ИНФРА-М, online) Рецензенты: зав. кафедрой «Теория электрических цепей» Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики, доктор технических наук, профессор А.Е. Дубинин зав. кафедрой ТОЭ Северо-Кавказского государственного технического университета, доктор технических наук, профессор В.М. Кожевников ФЗ № 436-ФЗ Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АВТ — аналоговая вычислительная техника АЛЭЦ — активная линейная электрическая цепь АНЭ — активный нелинейный элемент АПЦ — апериодическая цепь АС — аналоговый сигнал АЧС — амплитудно-частотный спектр АЦП — аналого-цифровой преобразователь БИХ — бесконечная импульсная характеристика БПФ — быстрое преобразование Фурье ВАХ — вольт-амперная характеристика ГВ — гармоническое воздействие Д — дискретизатор ДЛ — длинная линия ДПФ — дискретные преобразования Фурье ДС — дискретный сигнал ДФ — дискретный фильтр И — интегратор ИИН — идеальный источник напряжения ИИТ — идеальный источник тока ИНУН — источник напряжения, управляемый напряжением ИНУТ — источник напряжения, управляемый током ИОС — инвертор отрицательных сопротивлений ИПС — инвертор положительных сопротивлений ИС — инвертор сопротивлений ИТУН — источник тока, управляемый напряжением ИТУТ — источник тока, управляемый током ИФНЧ — идеальный фильтр нижних частот ИЦ — избирательная цепь
КБВ — коэффициент бегущих волн КЗ — короткое замыкание КИХ — конечная импульсная характеристика КОС — конвертор отрицательных сопротивлений КПС — конвертор положительных сопротивлений КПФ — комплексная передаточная функция КС — конвертор сопротивлений КСП — комплексная спектральная плотность КСФ — комплексная спектральная функция КЧХ — комплексная частотная характеристика ЛЭП — линия электропередачи МКТ — метод контурных токов МУН — метод узловых напряжений МФЦ — минимально-фазовая цепь НЧ — низкочастотное звено НЭ — нелинейный элемент НЭЦ — нелинейная электрическая цепь ОКК — одиночный колебательный контур ООС — отрицательная обратная связь ОПФ — операторная передаточная функция ОПХ — операторная передаточная характеристика ОС — обратная связь ОУ — операционный усилитель ПЗ — полоса задерживания ПОС — положительная обратная связь ПП — полоса пропускания ПР — полоса расфильтровки ПРК — параллельный колебательный контур ПС — преобразователь сопротивлений ПСК — последовательный колебательный контур
ПФ — полосовой фильтр РБВ — режим бегущих волн РИН — реальный источник напряжения РИТ — реальный источник тока РСВ — режим стоячих волн РСмВ — режим смешанных волн РФ — режекторный фильтр СКК — связанные колебательные контуры УФР — условие физической реализуемости ФВЧ — фильтр верхних частот ФК — фазовый контур ФНЧ — фильтр нижних частот ФСС — фильтр сосредоточенной селекции ФЧХ — фазочастотная характеристика ХХ — холостой ход ЦАП — цифроаналоговый преобразователь ЦПОС — цифровой процессор обработки сигналов ЦФ — цифровой фильтр ЧЗОС — частотно-зависимая обратная связь ЧП — четырехполюсник ЧХЗ — частотная характеристика затухания ЧХФ — частотная характеристика фазы ЭДС — электродвижущая сила ЭИН — эквивалентный источник напряжения ЭИТ — эквивалентный источник тока ЭФ — электрический фильтр ЭЦ — электрическая цепь
ВВЕДЕНИЕ B соответствии с наименованием дисциплины ее п р е д м е т о м являются электрические цепи, которые согласно ГОСТ 19880–74 определяются так: «Электрическая цепь — совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий об ЭДС, токе и напряжении». Согласно этому определению электрическая цепь (ЭЦ), во-первых, должна иметь замкнутый путь для электрического тока и, во-вторых, должна описываться двумя основными понятиями: ток и напряжение, поскольку электродвижущая сила (ЭДС) — это также напряжение источника электрической энергии в режиме холостого хода, т.е. при отключенной нагрузке. Этому определению соответствуют такие устройства и объекты, как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, электро- и радиолампы, полупроводниковые и электронные приборы, электрические двигатели и генераторы, кабели связи и линии электропередачи и др. При этом электрическая цепь может состоять из отдельных (дискретных) компонентов или быть изготовленной в едином технологическом процессе, например, внутри кристалла полупроводника. Различают две основные разновидности электрических цепей: • силовые, или цепи энергопередачи — для производства, передачи, преобразования и использования электрической энергии; • сигнальные, или цепи электросвязи — для формирования, преобразования, передачи и приема сигналов (материальных носителей информационных сообщений). Для специалистов связи наибольший интерес представляют цепи электросвязи, а цепи энергопередачи представляют интерес в качестве источников электропитания устройств (цепей) электросвязи. Поэтому содержание
дисциплины «Основы теории цепей» включает вопросы анализа и синтеза цепей электросвязи и практически не затрагивает особенности цепей энергопередачи, которые рассматриваются в специальных дисциплинах. Краткая история развития теории электрических цепей К числу первых трудов по электричеству и магнетизму относятся сочинения лондонского королевского лейб-медика В. Гильберта (1600) и русского ученого М.В. Ломоносова (1745–1753). Интенсивное развитие науки об электричестве начинается с работ итальянского врача и физика Л. Гальвано (1780), итальянского ученого А. Вольта (1800) и русского академика В.В. Петрова (1802), которые позволили создать источники электрической энергии (гальванические элементы, вольтовы столбы и т.п.) и на их базе продолжить исследования явлений электричества и магнетизма. Благодаря этому были открыты основные закономерности электромагнитных явлений: • взаимодействие двух наэлектризованных тел (француз Ш. Кулон в 1785 г.); • взаимосвязь тока и напряжения в цепи (В.В. Петров в 1802 г., немецкие физики Г. Ом в 1826 г. и Г. Кирхгоф в 1847 г.); • магнитное действие электрического тока (датчанин Г. Эрстед и французы Ж. Бис и Ф. Савар в 1820 г.); • силовое (физическое) взаимодействие проводов с электрическим током (француз А. Ампер в 1826 г.); • индукция и самоиндукция электрического поля переменным магнитным полем (англичанин М. Фарадей и американец Д. Генри в 1831 г.); • тепловое действие электрического тока (русский физик Э. Ленц и англичанин Д. Джоуль в 1841 г.); • теория поля и явление распространения электромагнитных волн (Д. Максвелл в 1864 г.) и др. Формируются основные понятия теории электрических цепей (ток, напряжение, ЭДС, сопротивление, индуктивность, емкость) и основные законы (первый и второй
законы Кирхгофа, закон Ома). На базе этих открытий создаются технические устройства и системы: 1826–1830 гг. — электромагниты американца Д. Генри; 1832–1844 гг. — электромагнитный телеграф русского ученого П.Л. Шиллинга и американца С. Морзе; 1834–1842 гг. — электрический двигатель и электрический генератор русского академика Б.С. Якоби; 1850 г. — буквопечатающий телеграф Б.С. Якоби. С трудов английского ученого Д. Максвелла (1850) началось создание теории электромагнитного поля и цепей переменного тока, зарождение радиотехники и вакуумной электроники. В этот период стремительно развивается практическая электротехника: 1875–1876 гг. — создание электрической свечи русским ученым П.Н. Яблочковым (начало электрического освещения) и изобретение телефонной связи американцем А. Беллом; 1887–1895 гг. — экспериментальное подтверждение немецким физиком Г. Герцем гипотезы Д. Максвелла о возможности излучения электромагнитных волн и практическое использование этого явления для радиосвязи русским физиком А.С. Поповым; 1888–1891 гг. — решение проблемы передачи электрической энергии на большие расстояния с помощью трехфазной системы электропередачи русского инженера М.О. Доливо-Добровольского, которая используется и сейчас практически без принципиальных изменений. В период 1900–1950 гг. начинается становление радиотехники (1915 г. — изобретение электрического фильтра, 1927 г. — изобретение усилителя с обратной связью, 1933 г. — доказана фундаментальная для электросвязи теорема Котельникова, 1938 г. — изобретение операционного усилителя, 1948 г. — изобретение искусственной индуктивности — гиратора и др.). В этот период происходит создание теории цепей электросвязи и теории дискретных автоматов, положивших начало созданию электронно-вычислительной техники и полупроводниковой электроники, создаются теория активных электрических цепей и теория синтеза электрических цепей, что
способствует появлению радиолокации, радионавигации, радиовещания, телевидения и других новых областей применения радиотехники. Взаимодействие теории электрических цепей и потребностей практики обогащало теорию и позволяло создавать все новые технические средства на базе новейших достижений фундаментальной теории электро- и радиотехники, электросвязи и вычислительной техники. К концу этого периода создаются первые образцы аналоговых и цифровых вычислительных машин. С 1950 г. начинается становление полупроводниковой и микроэлектронной техники, внедрение автоматических и автоматизированных систем управления, совершенствование теории передачи информации и теории автоматического регулирования. Наука становится непосредственной производительной силой. Создается микроэлектронная промышленность — основа современной революции во всех сферах деятельности человека за счет широкой компьютеризации и развития систем телекоммуникации. В перспективе — использование оптоэлектронных, магнитооптических, криогенных и других объектов электрических цепей, базирующихся на новейших достижениях физики, радио- и микроэлектроники. Виды электрических цепей В общем случае электрические цепи могут содержать источники электрической энергии (активные ЭЦ) или не содержать эти источники (пассивные ЭЦ). При анализе свойств ЭЦ к ним подключаются источники измерительных сигналов, т.е. сигналов с известной формой и параметрами. Свойства ЭЦ определяются свойствами входящих в нее объектов и устройств, которые характеризуются следующими основными параметрами: • электрическое сопротивление R, измеряемое в омах (Ом), или электрическая проводимость G = 1/R, измеряемая в сименсах (См); • электрическая емкость C, измеряемая в фарадах (Ф); • индуктивность L, измеряемая в генри (Гн).
Различают следующие электрические цепи: • линейные — основные параметры всех объектов и устройств ЭЦ не зависят от величины тока или напряжения в них; • нелинейные — основные параметры хотя бы одного объекта (устройства) ЭЦ зависят от величины тока или напряжения в нем; • параметрические — основные параметры хотя бы одного объекта (устройства) ЭЦ зависят от времени. Параметрические ЭЦ могут быть линейными и нелинейными. Большинство ЭЦ являются ЭЦ с сосредоточенными параметрами, поскольку их основные параметры «сосредоточены» в пределах входящих в них объектов и устройств и не зависят от места их подключения в цепи (пространственных координат). Теория ЭЦ разработана применительно именно к ЭЦ с сосредоточенными параметрами. Однако имеются ЭЦ, основные параметры которых «распределены» вдоль одной или нескольких пространственных координат, например: линии связи, антенны, фидерные линии, волноводы, объемные резонаторы и т.п. Распределение основных параметров ЭЦ связано с соизмеримостью геометрических размеров ЭЦ с длиной волны используемых в ней сигналов (воздействий), что создает различные значения напряжений в различных сечениях ЭЦ с параллельными элементами и токов в различных сечениях ЭЦ с последовательными элементами, т.е. различные сечения ЭЦ имеют различные основные параметры. Например, в линии связи (воздушной, кабельной) параметры распределены вдоль ее длины. Такие ЭЦ называют ЭЦ с распределенными параметрами, и для их анализа разработана особая теория. Первичные понятия электрических цепей Согласно определению электрической цепи ее первичными понятиями являются ток и напряжение, представляющие собой скалярные (вещественные положительные или отрицательные) величины.
Доступ онлайн
от 404 ₽
В корзину