Сосредоточенными постоянными

В зависимости от диапазона частот меняются и пассивные элементы, используемые в РЭА. В диапазоне высоких частот (ВЧ) используют индуктивности и емкости с сосредоточенными параметрами, изготавливаемые по любой технологии, а в диапазоне СВЧ применяют элементы с распределенными параметрами, например двухпроводные, полосковые линии и коаксиальные резонаторы.

Выделим основные особенности диапазона СВЧ, определяющие единый подход к конструированию устройств СВЧ. Длина волны электромагнитного сигнала, как правило, соизмерима или много меньше размеров изучаемого объекта. Это является принципиальными конструктивными и технологическими особенностями СВЧ-элементов РЭА и отличает физику их работы от аналогичных радио- и низкочастотных (НЧ) устройств. Так, в СВЧ-диапазоне: 1) теряют физический смысл обычные элементы с сосредоточенными параметрами LCR, а все СВЧ-устройства являются устройствами с распределенными параметрами; 2) конструкции линий передач строго определяются физическими процессами передачи СВЧ-энергии и имеют свои особенности для каждого поддиапазона частот; 3) электрические токи протекают в очень тонком наружном слое металлических проводников, это явление поверхностного эффекта накладывает жесткие ограничения на чистоту обработки токонесущих поверхностей, на выбор защитных покрытий, появляется возможность применения технологии изготовления токонесущих проводников путем металлизации поверхности диэлектрических или керамических деталей; 4) из-за большой инерции электронов и длительной рекомбинации свободных носителей в СВЧ-диапазоне неприменимы обычные электровакуумные и полупроводниковые приборы; 5) параметры и свойства материалов: диэлектриков, магнитодиэлектриков и проводников в СВЧ-диапазоне, существенно отличаются от их номинальных значений. Все это определяет специфику конструирования и изготовления СВЧ-устройств, которая заключается в жесткой зависимости их радиотехнических характеристик от параметров самой конструкции (формы, размеров) и радиофизических свойств материалов (вида обработки токонесущих поверхностей, используемых покрытий и т. д.). В радиочастотной РЭА эти зависимости проявляются в значительно меньшей степени, а в НЧ-аппара-туре практически отсутствуют. 6

Если для поставленной технологической задачи существенна зависимость параметров ТО и от времени, и от пространственных координат, приходим к наиболее сложной динамической модели с распределенными параметрами. При этом в каждый фиксированный момент времени состояние объекта и внешней среды характеризуется значениями параметров в бесконечном числе точек пространства, а сами эти параметры подчиняются системам нелинейных интегродифференциальных уравнений в частных производных. Иногда модели с распределенными параметрами удается приближенно свести к моделям с сосредоточенными параметрами. Это можно сделать, например, путем дискретизации функций

Если пространственное распределение параметров постоянно или для рассматриваемой задачи несущественно, то важно учитывать изменчивость во времени как внешних воздействий, так и описываемого «черного ящика». Например, в гибких ТП приходим к динамической модели с сосредоточенными параметрами. При этом в каждый фиксированный момент времени состояние объекта и внешней среды характеризуется конечным числом параметров, подчиняющихся в общем случае системам нелинейных интегродифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Аналогично тому, как производится дискретизация непрерывных пространственных координат в случае систем с распределенными параметрами, при описании динамических систем с не-

Целесообразность применения спектрального метода здесь оправдана тем, что свойства рассматриваемой линии передачи длиной / на любой частоте <о можно описать так же, как это принято в теории линейных четырехполюсников с сосредоточенными параметрами. Для этого достаточно ввести частотный коэффициент передачи К (со, /), очевидным образом связывающий спектральные плотности:

В настоящем параграфе на базе МПЗК дан алгоритм расчета индуктивностей и взаимной индуктивности обмоток ЭДН, магнитная цепь которого представлена эквивалентной схемой замещения с сосредоточенными параметрами. Схема замещения строится по методу вероятных путей замыкания магнитного потока. Не обладая высокой точностью расчета по сравнению с методами конечных элементов и др., этот метод расчета магнитных цепей позволяет осуществлять с достаточной для практических целей точностью расчет ЭДН на базе доступной вычислительной техники.

Схема замещения туннельного диода может быть представлена цепью с сосредоточенными параметрами, как показано на 5.27. На этой схеме: С — емкость р — га-перехода; г — омическое сопротивление потерь; LK — собственная индуктивность корпуса; Ск — емкость корпуса; г„Иф — дифференциальное сопротивление р — га-перехода. Из этой схемы можно получить формулу для оценки критической частоты /„р, определяющей частотные возможности туннельного диода, /кр = 1/4 пгС. Таким образом, динамические свойства туннельного диода можно оценить количественно с помощью постоянной времени т = СУ, с уменьшением которой увеличивается быстродействие диода. Основной путь улучшения динамических характеристик — снижение емкости р — га-перехода при неизменном значении максимального тока.

Эквивалентную схему резистора с сосредоточенными параметрами можно представить в виде последовательно соединенных R и L0, шунтированных емкостью С0.

Резонансные цепи с сосредоточенными параметрами (содержащие катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы) применяются в диапазоне частот от нескольких десятков килогерц до примерно 200 МГц. Физические явления в резонансных контурах широко используются для измерения емкости и тангенса угла потерь. Различают контурные и генераторные резонансные методы ( 4-10).

В общем случае для схемы с сосредоточенными параметрами передаточная функция имеет вид

Эти мыслительные операции позволяют классифицировать предметы и явления по их существенным признакам (например, цепи с сосредоточенными параметрами и цепи с распределенными параметрами, установившиеся процессы и переходные процессы) и систематизировать их, располагая в рациональном порядке (например, рекомендуемый в этой книге план построения курса ТОЭ).

Уравнения (1.18) представляют собой уравнения пассивного четырехполюсника ( 1.49): Ui—AUn+BIu и I\=CUn+DI\i, где А, В, С и D — комплексные константы, удовлетворяющие условиям A — D и AD—ВС=1. В рассматриваемом случае A=D=diyl, В = = Zcshyl и C=shyl/Zc. Пользуясь этими выражениями, линию с распределенными постоянными заменяют эквивалентной Т- или П-образной схемой с сосредоточенными постоянными.

Подгруппа Е. Приборы для измерения параметров компонентов цепей с сосредоточенными постоянными:

Электрические цепи с сосредоточенными постоянными параметрами, содержащие несколько накопителей энергии, в общем случае описываются уравнениями состояния вида

13-1. Поливанов К. М., Теоретические основы электротехники, ч. I, Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными, изд-во «Энергия», 1965.

7.5. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ

В цепях с сосредоточенными постоянными определенные процессы, обусловленные распространением электромагнитной энергии через цепь» происходят в отдельных, не зависящих друг от друга элементах. Так, тепловое рассеяние энергии происходит в активном сопротивлении, магнитное поле сосредотачивается в индуктивности, а электрическое поле — в емкости. Такое рассмотрение допустимо только в ограниченном диапазоне частот, где длина волны электромагнитных колебаний значительно превышает геометрические размеры цепи передачи. Цепи переменного тока характеризуются комплексным сопротивлением Z=U/I, где U, I — соответственно напряжение и ток, действующие в цепи.

7.5. Электронные устройства для измерения параметров электрических цепей с сосредоточенными постоянными . . . 260

Теоретические основы электротехники. Учебник Т 33 для вузов. В трех т. Под. общ. ред. К. М. Поливанова. Т. 1. К. М. Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. М., «Энергия», 1972. 240 с. с ил.

В первом томе изложены элементы теории линейных цепей с сосредоточенными постоянными. Кратко рассмотрены триоды, полупроводниковые и электронные, в линейном режиме. Значительное внимание уделено рассмотрению переходных процессов в линейных цепях и, в частности, подробно рассмотрено воздействие импульсов; показано применение обобщенных функций.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ