4.7. Контрольные задания
а) перечислить частотные характеристики линейных электрических цепей;
б) привести пример эквивалентной схемы
последовательной или параллельной
– цепи. Проанализировать в общем, виде
одну из частотных характеристик цепи.
Проиллюстрировать результат анализа
«качественными» графиками;
в) привести пример эквивалентной схемы с несколькими независимыми реактивными элементами. Построить график («качественного») реактивного сопротивления;
г) рассмотреть основные параметры последовательного колебательного контура на резонансной частоте (рис. 4.5). Требуемые для расчета единицы примите равными (краткими) вашему номеру в группе.
д) рассмотреть основные параметры параллельного колебательного контура первого вида на резонансной частоте (рис. 4.11 а). Требуемые для расчета величины выберите по аналогии с п. 4.7.г;
е) самостоятельно составить и выполнить расчетное задание на применение «контура с отводами».
5. Линейные электрические цепи с негальваническими связями при гармоническом воздействии
5.1. Общие сведения и математический аппарат
В большинстве случаев электрические сигналы (энергия) передаются от одного радиоэлемента к другому путем их гальванического соединения. Однако в некоторых случаях радиоэлементы обмениваются электрической энергией, помимо гальванического соединение между ними или даже в отсутствии такого соединения: за счет возникновения между радиоэлементами или конструктивными элементами электрических и магнитных полей. Такие электрические связи называются ''негальваническими'' и могут быть специально предусмотрены при схематической разработке (полезные), либо могут появиться в изготовленном радиоустройстве как паразитные, т.е. специально непредусмотренные.
В качестве полезных негальванических связей наиболее часто применяются трансформаторные (автотрансформаторные) связи, назначение которых- гальванические развязки между электрическими цепями, преобразование величин токов и напряжений, согласование, сложение напряжений и токов в различных фазовых соотношениях.
Паразитные негальванические связи проявляются как различные варианты магнитного или электрического взаимодействия между отдельными участками цепи. Некоторые «элементы» паразитных негальванических связей могут быть учтены при разработке схемы, например, емкости электродов и переходов электронных приборов, другие – приходится анализировать в процессе настройки готового изделия. Существуют определенные рекомендации по минимизации паразитных негальванических связей: экранирование катушек индуктивности, уменьшение длины «выводов» радиоэлементов, уменьшение площадей пересечения проводников, разноc входных и выходных клемм и другое.
Исходные моменты для анализы: анализируются линейные электрические цепи при бесконечном гармоническом воздействии, т.к. при переменных сигналах и проявляются негальванические воздействия.
Математический аппарат, используемый при анализе: комплексное преобразование сигналов, введенное в разделе 3.
Хотя негальванические связи делятся на электрические и магнитные, но конкретные варианты их возникновения принято изображать различными эквивалентными схемами (рис. 5.1 а, б, в, г, д, е).
Название негальванических связей по типу эквивалентных схем:
трансформаторная (рис. 5.1, а);
автотрансформаторная (рис.5.1, б);
индуктивная внешняя (рис. 5.1, в);
индуктивная внешняя (рис. 5.1, г);
емкостная внешняя (рис. 5.1, д);
емкостная внутренняя (рис. 5.1, е);
а) б) в)
г) д) е)
Рис. 5.1
Эквивалентные схемы (рис. 5.1) называются четырехполюсниками связи. Для более сложных вариантов негальванических связей можно применять комбинации схем рисунок 5.1
Величины
,
,
на (рис 5.1) называются элементами связи.
Их сопротивления на гармоническом токе
называются сопротивлением связи,
например, для схемы (рис. 5.1.а):
,
(5.1)
где знак плюс относится к согласному включению элементов (дополнительная энергия из соседнего контура поступает в фазе), а знак минус – относится к встречному включению. Термины «согласное», «встречное» включения обычно применяются для трансформаторной и автотрансформаторной связи.
Важным параметром цепей с негальваническими связями является коэффициент связи (kсв), который не может превышать единицы. Он вводится для четырехполюсников связи (рис. 5.1), как
=
,
(5.2)
где:
- коэффициенты передачи по напряжению
в режиме холостого хода в двух направлениях.
Например, для схемы (рис. 5.1,д), в соответствии
с формулой (5.2), после преобразования:
.
(5.3)
Для схемы (рис. 5.1, а) в начале следует сформулировать «определение» взаимной индуктивности (М): это коэффициент пропорциональности между током в одной катушке индуктивности и потокосцеплением (полным магнитным потоком) от этого тока, пронизывающим витки другой катушки, т.е. от первого тока
.
Учитывая, что «наведенное» дополнительное напряжение (взаимной индукции) определяется как
,
то для гармонического режима
;
(5.4)
аналогично «наводится» напряжение от второго тока на первую катушку индуктивности. С учетом выражений (5.4), (5.2) получим
.
(5.5)
Коэффициент связи, равный единице, соответствует идеальному случаю, при котором передается вся энергия без потерь из одной электрической цепи в другую.
Так как в реальных радиотехнических устройствах наиболее часто встречаются в качестве «полезной» или «паразитной» связи автотрансформаторные или трансформаторные виды связи, то в дальнейшем анализируются эти виды связи.