Мельникова ОТЦ

Томский межвузовский центр дистанционного образования

И.В. Мельникова

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Схемные функции и частотные характеристики линейных электрических цепей

Методические указания по выполнению курсовой работы

ТОМСК − 2001

Рецензент: доцент кафедры теоретических основ радиотехники Голев Б.Ф.

Мельникова И.В.

Основы теории цепей. Схемные функции и частотные характеристики линейных электрических цепей: Методические указания по выполнению курсовой работы. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001. - 65 с.

Изложены цель, содержание, исходные данные, варианты заданий, методические рекомендации и примеры расчета для выполнения курсовой работы по теме «Схемные функции и частотные характеристики линейных электрических цепей». Работа предназначена для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплины «Основы теории цепей» и «Теория линейных электрических цепей».

Мельникова И.В.,

2001

Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001

3

СОДЕРЖАНИЕ

1 Цель и задачи курсовой работы …………………………………….…….. 4

2 Исходные данные ………………………………………………………….. 4

2.1Исходные данные к курсовой работе и схемы цепей нагрузки ……... 4

2.2Параметры биполярных транзисторов ………………………………... 12

2.3Параметры полевых транзисторов …………………………………….. 14

2.4Расшифровка исходных данных ………………………………………. 15 3 Содержание курсовой работы ………………………………………….…. 19 4 Методические указания. Примеры. ………………………………………. 19

4.1Определение предполагаемого характера частотных характеристик нагрузки …………………………………………………………………. 19

4.2Получение и анализ операторных функций цепи ……………………. 30

4.2.1Вывод выражений схемных функций ……………………………… 31

4.2.2Проверка и анализ выражений схемных функций ………………… 34

4.3Нормировка параметров элементов и функций цепи ………………... 39

4.4Определение ωР, RР и полосы пропускания …………………………... 41

4.5ПНИ функции и работа с ним .………………………………………… 42

4.6Расчет частотных характеристик транзистора с избирательной нагрузкой ………………………………………………………………... 48

4.7Эквивалентные модели входного сопротивления цепи ……………… 53 5 Рекомендуемая литература ………………………………………………... 54 Приложение 1 ………………………………………………………………... 55 Приложение 2 Бланк задания ……………………………………………….. 56

Приложение 3 Варианты исходных данных ……………………………….. 58 Приложение 4 К анализу транзистора с обобщенной нагрузкой ………… 59 Приложение 5 К вопросу об инверсии сигнала в транзисторах при

разных способах включения ………………………………. 61 Приложение 6 К вопросу об устойчивости цепи ………………………….. 63 Приложение 7 Иллюстрация понятия «автоматизированный расчет ЧХ» . 64

4

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Цель курсовой работы – овладеть способами нахождения частотных характеристик цепи.

Одновременно в процессе выполнения курсовой работы решаются следующие задачи: формирование навыков обоснованных предположений о характере частотных характеристик цепи непосредственно по ее схеме, формирование навыков получения и анализа операторных функций цепи и овладение для схем с зависимыми источниками методом узловых потенциалов в матричной форме как одним из базовых методов автоматизированного машинного анализа электрических цепей в частотной области в стационарном режиме.

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.1 Исходные данные к курсовой работе и схемы цепей нагрузки

Исходными данными являются

•номер схемы нагрузки (таблица 2.1 и таблица 2.2);

•тип и номер транзистора (таблица 2.3 и таблица 2.4);

•способ включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОИ);

•модель транзистора (рисунок 2.4) М1, М2, М3, М4;

•характеристическое сопротивление нагрузочной цепи ρ;

•особые частоты нагрузочных цепей: частота среза fСР = N fГР ,

частоты резонанса и квазирезонанса fР = N fГР , где N = 0,01 ÷ 1;

•fГР - граничные частоты биполярного (рисунок 2.1) и полевого (рисунок

2.2) транзисторов:

fГР = fβ в схеме с общим эмиттером (ОЭ),

fГР = fα в схеме с общей базой (ОБ),

fГР = fS в схеме с общим истоком (ОИ);

•наибольшая нормированная частота диапазона исследования цепи:

ωнmax или fmaxн ;

•дополнительные параметры для некоторых схем таблицы 2.1: параметр m (m<1),

параметр k (k>1);

•нормирующие величины ω0 и R0:

ω0 =ωср или ω0 = ωр

R0 = ρ

Примечание: рекомендуемые значения некоторых параметров приведены в Приложении 1, числовые значения параметров задаются вариантом из Приложения 3.

Таблица 2.1 – Схемы и параметры избирательных четырехполюсников

Тип	Модели цепей	Параметры	Нормированные	Примечание
		моделей	параметры

Для всех моделей

Для всех моделей

Для моделей

L

L

Сх1-Сх14:

Сх1-Сх14:

Сх1-Сх14:

ρ

ρ

ρ

fCP – частота

ρ

ρ

C

L =

C

(H)

ФНЧ

ωCP

среза ФНЧ и

L =1

Сх. 1

C =

1

C(H)=1

ФВЧ

Сх. 2

ωCP = 2 π fCP

ωCP ρ

m<1

mL

mL

ФНЧ

ρ

1−m2 mC

ρ

ρ

mC

1−m2

ρ

C

m

C

m

Сх. 3

Сх. 4

mL

mL

ФНЧ

Cm

2

ρ

ρ

Cm

ρ

L1−m

L

1−m

2

ρ

m

m

Сх. 5

Сх. 6

ФНЧ

ρ

2L

C

ρ

ρ

C

ρ

C

L

и

2

L

ФВЧ

Сх. 7

Сх. 8

5

Продолжение таблицы 2.1

Тип

Модели цепей

Параметры моделей

Нормированные

Примечание

параметры

ρ

C

ρ

ρ

C

ρ

ФВЧ

L

L

Сх. 9

Сх. 10

m

L

m

2 L

1 − m 2

1 − m

ФВЧ

ρ

C

L

ρ

ρ

L

C

ρ

m

m

m

m

Сх. 11

Сх. 12

C

C

m

L

C

ФВЧ

ρ m

1 − m 2

L

ρ

ρ

m

C

m

m ρ

m

1 − m 2

Сх. 13

Сх. 14

mρ

; L2

ρ

L(1H)

= m

Для Сх.15 – Сх.18

L1

L1

L1 =

ωP

= mωP ;

L(H)2

=

1

ω1 и ω2 – частоты

C = 1

;

= m

среза фильтра,

ПЗФ

ρ

C1

L2

ρ

ρ

L2

C1

ρ

C

2

m

ω

C2

C2

1

mρωP

ρωP

C(H) =

1

Р – резонансная

частота контуров

∆ω

∆ω = ω2 −ω1

1

m

плеч фильтра

Сх. 15

Сх. 16

m = ωP

; ωP2 = ω1 ω2

C(2H) = m

6

Продолжение таблицы 2.1

Тип

Модели цепей

Параметры

Нормированные

Примечание

моделей

параметры

Для Сх. 15 –

L1 =

ρ

; L2 = mρ ;

L(H)

= 1

L2

L1

mωP

ωP

1

m

Сх. 18

L1

C1

C1

(H)

1

1

C2

ρ

C2

ρ

m

1

= m

ωP =

=

ППФ

ρ

L2

C1 =

; C2

=

L2

L1C1

L2C

mρωP

C1(H)

ρωP

= m

Сх. 17

Сх. 18

m =

∆ω ;

∆ω2

= ω2 −ω1

C(H)2

=

1

ωP

ωP = ω1 ω2

m

Для Сх.19 – Сх.22

C =

1

; L = ρ2C

fP – резонансная

L2

ρωP

C(H) =1

Сложные

частота токов

7

L2

50ρ

C

L

L(H)

L1 = mL ;

ρ =

=1

ωP = 2πfP

парал-

10ρ

L1

C

50ρ

L1

(1-5)ρ

лельные

C

L(H)1

= m

m<1

1

контуры

Сх. 19

Сх. 20

L2

= L −L1 ;

ωP

=

(H)

=1 −m

L = L1 + L2

LC

L2

C =

1

; L = ρ2C

ρωP

C(H)

=1

C2

L

;

C1 C2

Сложные

10ρ

C1

C2

L 50ρ 50ρ

L

ρ =

C =

L(H)

=1

парал-

C1

(1-5)ρ

C

C1 +C2

1

1

;

C1 = C

(H)

лельные

ωP =

C1

= m

контуры

Сх. 22

LC

m

C(H)2

1

Сх. 21

C2 =

C

1

C

=

1

−m

C1 − C

Продолжение таблицы 2.1

C1 =

k +1

;

Для Сх.23 – Сх.26

ρωCP

(H)

= k +1

fCP – верхняя

1

C1

граничная

C2

=

(H)

1

частота,

C2 C1

(k −1) ρωCP

ППФ

ρ

C1

L2

C2

ρ

ρ

L2

ρ

C2

= k −1

f1 – нижняя

L

= (k −1)ρ ;

k =

ωCP

L(H2

) = k −1

граничная

Сх. 23

Сх. 24

2

ωCP

ω1

ω1(H) = 1

частота полосы

1

пропускания

ω1 =

L2 (C1 +C2 )

k

фильтра

k>1

L1

=

kρ

;

ωCP (1+k)

k

L

2

=

k(k −1)ρ

;

L(1H)

=

(1

8

L1

ωCP

+k)

L1

L2

C2

L2

L(H)

= k(k −1)

k

ρ

ρ

ρ

ρ

ППФ

C2

C2

= ωCP (k −1)ρ;

2

k

(H)

=

Сх. 25

Сх. 26

ω1 =

1

;

C2

k

−1

L

C

ω(H)

= 1

2

2

1

k

ωCP

k =

ω

1

RK и RH -

Для Сх.27, Сх.28

а) R=10ρ

б) R= 5ρ

выбираются по

fP – частота

C

R

C

согласованию с

квазирезонанса

C

R

RН

в) R=2ρ

C

R

преподавателем

ωP = 2πfP

RН

RK

R

ППФ

RK

ωP =

1

;

RC

Сх. 27

Сх. 28

R K = (20 ÷40)ρ;

R H = (10 ÷100)ρ

9

Таблица 2.2 – Схемы избирательных двухполюсников

L RШ RШ C2	R	RШ	R
	L		L
C1	C		C
Сх. 29	Сх. 30		Сх. 31

C1	RШ	R	L1	R	L
				C
			RШ	L2
	L	C2	C		R
	Сх. 32		Сх. 33	Сх. 34

L		RШ	L	C1	RШ		C1
	C					C2	C2
								RШ
R				R			L

Сх. 35

Сх. 36

Сх. 37

10

Продолжение таблицы 2.2

		RШ		C1
	L1		C	RШ	C2
	L2	L		R		L
	C

	Сх. 38	Сх. 39	Сх. 40

C	RШ	L2	L1	RШ L2	R	L
RШ	L1		RШ	C1	RШ	C2
				C
	Сх. 41			Сх. 42	Сх. 43

	R	C2	L1	C	RШ
				C1
L		C1	L2	R	L
			R

Сх. 44	Сх. 45	Сх. 46