Бакалов В.П. Основы теории цепей (3-е издание, 2007).pdf (Бакалов В.П. Основы теории цепей (3-е издание, 2007))

Â.Ï. Áàêàëîâ, Â.Ô. Äìèòðèêîâ, Á.È. ÊðóêÎÑÍÎÂÛÒÅÎÐÈÈ ÖÅÏÅÉ3-å èçäàíèå,ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîåÏîä ðåäàêöèåé ïðîôåññîðà Â.Ï. ÁàêàëîâàÄîïóùåíî Ìèíèñòåðñòâîì èíôîðìàöèîííûõòåõíîëîãèé è ñâÿçè ÐÔ â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ïîäãîòîâêèáàêàëàâðîâ, äèïëîìèðîâàííûõ ñïåöèàëèñòîâ è ìàãèñòðîâïî íàïðàâëåíèþ «Òåëåêîììóíèêàöèè» (210400)ÌîñêâàÃîðÿ÷àÿ ëèíèÿ – ÒåëåêîìУДК 621.373(075)ББК 32.88Б 19Федеральная программа поддержки книгоиздания РоссииРецензенты: проф. Ю.Ф. Урядников, проф. А.Е. ДубининБ 19Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И.Основы теории цепей: Учебник для вузов; Под ред. В.П.

Бакалова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. –с.: ил.ISBN 5-256-01472-2.Излагается теория электрических цепей, на основе которой дается представлениеоб анализе и синтезе схем усилителей, генераторов, фильтров, корректоров и других устройств. По сравнению с предыдущим изданием расширена глава, посвященная дискретным цепям и цифровым фильтрам, в конце глав приводятся тесты для самоконтроля.Для студентов вузов, обучающихся по направлению «Телекоммуникации».ББК 32.88ISBN 5-256-01472-2© Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф.,Крук Б.И., 2007ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ ê 3-ìó èçäàíèþ îñíîâå 3-ãî èçäàíèÿ ó÷åáíèêà «Îñíîâû òåîðèè öåïåé» ëåæèòó÷åáíèê, èçäàííûé àâòîðàìè â èçäàòåëüñòâå «Ðàäèî è ñâÿçü» â2000 ã.

[1].Ïðèíÿòèå íîâîé êîíöåïöèè âûñøåãî îáðàçîâàíèÿ, â îñíîâó êîòîðîé ïîëîæåíà 2-õ óðîâíåâàÿ ñèñòåìà (áàêàëàâðèàò, ìàãèñòðàòóðà), èçìåíåíèå íîìåíêëàòóðû ñïåöèàëüíîñòåé, ïîòðåáîâàëî âíåñåíèå â ó÷åáíèê íåêîòîðûõ èçìåíåíèé, îðèåíòèðîâàííûõ íà íîâûåñïåöèàëüíîñòè ñâÿçè è íàïðàâëåíèå «Òåëåêîììóíèêàöèè».Ó÷èòûâàÿ âñå áîëüøåå ïðèìåíåíèå öèôðîâûõ ìåòîäîâ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, ðàñøèðåíà ãëàâà, ïîñâÿùåííàÿ äèñêðåòíûì öåïÿì èöèôðîâûì ôèëüòðàì.  ÷àñòíîñòè äîáàâëåí ðàçäåë, ïîñâÿùåííûéìåòîäó ïåðåìåííûõ ñîñòîÿíèÿ â äèñêðåòíûõ öåïÿõ è ýôôåêòàìêâàíòîâàíèÿ â öèôðîâûõ ôèëüòðàõ. ïîäãîòîâêå 3-ãî èçäàíèÿ ó÷åáíèêà áîëüøóþ ïîìîùü îêàçàëèàâòîðàì ñîòðóäíèêè êàôåäðû ÒÝÖ Ñèáèðñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãîóíèâåðñèòåòà òåëåêîììóíèêàöèé è èíôîðìàòèêè (ÑèáÃÓÒÈ) è â÷àñòíîñòè ñò. ïð. Ãóñåëüíèêîâà Í.Ì., êîòîðûì àâòîðû âûðàæàþòãëóáîêóþ áëàãîäàðíîñòü.Îòâ.

ðåäàêòîð, äòí., ïðîô. Â.Ï. Áàêàëîâ3ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ êî 2-ìó èçäàíèþÄèñöèïëèíà «Îñíîâû òåîðèè öåïåé» (ÎÒÖ) ÿâëÿåòñÿ áàçîâûìêóðñîì ïðè ïîäãîòîâêå áàêàëàâðîâ, ìàãèñòðîâ ïî íàïðàâëåíèÿì«Òåëåêîììóíèêàöèè», «Ðàäèîòåõíèêà», à òàêæå èíæåíåðîâ ïî ñïåöèàëüíîñòÿì ñâÿçè.Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî êóðñ ÎÒÖ èìååò ñëîæèâøóþñÿ ñòðóêòóðó èóæå çíà÷èòåëüíóþ èñòîðèþ, áóðíîå ðàçâèòèå òåëåêîììóíèêàöèé èèíôîðìàòèêè ïîòðåáîâàëî âíåñòè â åãî ñîäåðæàíèå è ìåòîäèêó èçëîæåíèÿ öåëûé ðÿä èçìåíåíèé, êîòîðûå íàøëè îòðàæåíèå âî âòîðîì èçäàíèè íàñòîÿùåãî ó÷åáíèêà.

Ýòî êàñàåòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäüðàñøèðåíèÿ ðàçäåëîâ, ïîñâÿùåííûõ òåîðèè àêòèâíûõ öåïåé è öåïåé ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ. Äîïîëíåíû è ïåðåðàáîòàíû ðàçäåëû, ïîñâÿùåííûå ìàøèííûì ìåòîäàì àíàëèçà è ñèíòåçà ýëåêòðè÷åñêèõöåïåé. Ñóùåñòâåííî ïåðåðàáîòàíû è äîïîëíåíû ãëàâû, â êîòîðûõèçó÷àþòñÿ íåëèíåéíûå è àâòîêîëåáàòåëüíûå öåïè, â ÷àñòíîñòè,âêëþ÷åí ìàòåðèàë, ïîñâÿùåííûé àíàëèçó àâòîãåíåðàòîðîâ ìåòîäîì ìåäëåííî ìåíÿþùèõñÿ àìïëèòóä.Ó÷èòûâàÿ âñå áîëüøåå ïðèìåíåíèå öèôðîâûõ ìåòîäîâ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, ïîëíîñòüþ ïåðåðàáîòàíà è ðàñøèðåíà ãëàâà, ïîñâÿùåííàÿ äèñêðåòíûì öåïÿì è öèôðîâûì ôèëüòðàì.Ñ öåëüþ ëó÷øåãî óñâîåíèÿ ìàòåðèàëà áîëüøèíñòâî òåîðåòè÷åñêèõ ïîëîæåíèé ïðîèëëþñòðèðîâàíî ïðèìåðàìè.  îòëè÷èå îò ïðåäûäóùåãî èçäàíèÿ êàæäàÿ ãëàâà äîïîëíåíà ïåðå÷íåì êîíòðîëüíûõâîïðîñîâ è çàäà÷ ñ îòâåòàìè, ïîçâîëÿþùèõ çàêðåïèòü èçó÷åííûéìàòåðèàë. Äëÿ óäîáñòâà ïîëüçîâàíèÿ ó÷åáíèê ñíàáæåí ïðåäìåòíûìóêàçàòåëåì. êîíöå ó÷åáíèêà ïðèâåäåí ñïèñîê îñíîâíîé è äîïîëíèòåëüíîéëèòåðàòóðû, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà ïðè èçó÷åíèè êóðñàòåîðèè ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé.

Êðîìå òîãî, ïî òåêñòó èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà ñäåëàíû äîïîëíèòåëüíûå ññûëêè íà ëèòåðàòóðó, ãäå áîëååïîäðîáíî îñâåùåíû íåêîòîðûå ñïåöèàëüíûå âîïðîñû. ïîäãîòîâêå âòîðîãî èçäàíèÿ ó÷åáíèêà áîëüøóþ ïîìîùü îêàçàëè àâòîðàì ñîòðóäíèêè êàôåäð ÒÝÖ Ñèáèðñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà òåëåêîììóíèêàöèé è èíôîðìàòèêè (ÑèáÃÓÒÈ) èÑàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà òåëåêîììóíèêàöèé èì. Ì.À.

Áîí÷-Áðóåâè÷à (ÑïÃÓÒ), êîòîðûì àâòîðû âûðàæàþò ãëóáîêóþ áëàãîäàðíîñòü.Ìû òàêæå ïðèçíàòåëüíû ñâîèì êîëëåãàì èç Ìîñêîâñêîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà ñâÿçè è èíôîðìàòèêè (çàâ. êàôåäðîé ÒÝÖïðîô. Óðÿäíèêîâ Þ.Ô.), Ïîâîëæñêîé àêàäåìèè òåëåêîììóíèêàöèé è èíôîðìàòèêè (çàâ. êàôåäðîé ÒÝÖ ïðîô. Äóáèíèí À.Å.) çàèõ çàìå÷àíèÿ, ñïîñîáñòâóþùèå óëó÷øåíèþ ñîäåðæàíèÿ ó÷åáíèêà.Îòâ. ðåäàêòîð, äòí., ïðîô. Â.Ï. Áàêàëîâ4ÂâåäåíèåÎäíîé èç ãëàâíûõ òåíäåíöèé ðàçâèòèÿ ÷åëîâå÷åñêîãî îáùåñòâàâ XXI âåêå ÿâèëñÿ ñòðåìèòåëüíûé ðîñò ïîòîêîâ ðàçíîîáðàçíîé èíôîðìàöèè, îáåñïå÷èâàþùåé åãî æèçíåäåÿòåëüíîñòü.

Ìèðîâîå ñîîáùåñòâî âñòóïèëî â íîâóþ ýðó – ýðó èíôîðìàòèçàöèè, â êîòîðîìçíàíèÿ è èíôîðìàöèÿ ñòàíîâÿòñÿ ãëàâíûì ôàêòîðîì åãî ïîñòóïàòåëüíîãî ðàçâèòèÿ.. Ýôôåêòèâíîå óïðàâëåíèå ãîñóäàðñòâîì, ýêîíîìèêîé, óäîâëåòâîðåíèå ïîòðåáíîñòåé íàñåëåíèÿ, ðàçâèòèå íàóêè,êóëüòóðû, çäðàâîîõðàíåíèÿ òðåáóåò ïîñòîÿííîãî ðàçâèòèÿ è ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñèñòåìû èíôîðìàöèîííîãî îáåñïå÷åíèÿ.Òåõíè÷åñêóþ áàçó èíôîðìàòèçàöèè ñîñòàâëÿåò ñâÿçü è âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà, ãðàíü ìåæäó êîòîðûìè âñå áîëüøå ñòèðàåòñÿ.Ñåòè ñâÿçè ÿâëÿþòñÿ òðàíñïîðòíîé ñðåäîé äëÿ èíôîðìàöèîííûõñèñòåì.

 îñíîâå ðàçâèòèÿ ñèñòåì ñâÿçè ëåæàò ñîâðåìåííûå äîñòèæåíèÿ ìíîãèõ íàóê è â ïåðâóþ î÷åðåäü ýëåêòðîòåõíèêè, ðàäèîòåõíèêè è ýëåêòðîíèêè. Îáùèì äëÿ ýòèõ íàóê ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèåýëåêòðîìàãíèòíûõ ïðîöåññîâ â ïàññèâíûõ è àêòèâíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ ñ öåëüþ ñîçäàíèÿ ðàçëè÷íûõ óñòðîéñòâ äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïåðåäà÷è, îáðàáîòêè è õðàíåíèÿ èíôîðìàöèè.

Íà îñíîâåäîñòèæåíèé â îáëàñòè ðàäèîòåõíèêè è ýëåêòðîíèêè ðàçâèâàþòñÿñðåäñòâà ñâÿçè, àâòîìàòèêà è âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà, òåëåìåòðèÿ,ðàäèîëîêàöèÿ è íàâèãàöèÿ, ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ òåõíîëîãè÷åñêèìèïðîöåññàìè è äð.Îñíîâíûìè çàäà÷àìè ýëåêòðîòåõíèêè ÿâëÿþòñÿ ãåíåðèðîâàíèå,ïåðåäà÷à è ïðåîáðàçîâàíèå ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè â äðóãèå âèäûýíåðãèè (ìåõàíè÷åñêóþ, òåïëîâóþ, ñâåòîâóþ, õèìè÷åñêóþ è ò. ä.).Îäíà èç ãëàâíûõ çàäà÷ ðàäèîòåõíèêè – ïåðåäà÷à, ïðåîáðàçîâàíèå èíôîðìàöèè è îñóùåñòâëåíèå ñâÿçè íà ðàññòîÿíèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí.Çàðîæäåíèå íàóêè îá ýëåêòðè÷åñòâå îòíîñèòñÿ ê XVI â., êîãäààíãëèéñêèé ó÷åíûé Ó.

Ãèëüáåðò (1544—1603) íàïèñàë ñâîé çíàìåíèòûé òðàêòàò «Î ìàãíèòå, ìàãíèòíûõ òåëàõ è áîëüøîì ìàãíèòå – «Çåìëå».  XVII—XVIII ââ. áûëè ïðîâåäåíû ìíîãî÷èñëåííûå îïûòû, ïîçâîëèâøèå óñòàíîâèòü ñóùåñòâîâàíèå ýëåêòðè÷åñêèõçàðÿäîâ äâóõ òèïî⠖ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ, èçîáðåñòèïåðâûé êîíäåíñàòîð (Æ. Íîëïå, 1745), ðàçðàáîòàòü ïåðâóþ ïîñëåäîâàòåëüíóþ òåîðèþ ýëåêòðè÷åñêèõ ÿâëåíèé (Á.

Ôðàíêëèí).Âî âòîðîé ïîëîâèíå XVIII â. íà÷àëîñü «êîëè÷åñòâåííîå èçó÷åíèå» ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ÿâëåíèé, ïîÿâèëèñü ïåðâûå èçìåðèòåëüíûå ïðèáîðû – ýëåêòðîñêîïû.  1756 ã. ïåòåðáóðãñêèé5ôèçèê Ô. Ýïèíóñ (1724—1802) èçîáðåë âîçäóøíûé êîíäåíñàòîð, ñïîìîùüþ êîòîðîãî ïîêàçàë, ÷òî ñòåêëî â «ëåéäåíñêîé» áàíêå îáëàäàåò ñâîéñòâîì íàêàïëèâàòü ýëåêòðè÷åñòâî, îòêðûë ÿâëåíèå ýëåêòðèçàöèè íåêîòîðûõ òåë (òóðìàëèí) ïðè íàãðåâàíèè (ïèðîýëåêòðè÷åñòâî).  ðàáîòå Ô.

Ýïèíóñà âïåðâûå ïðåäïðèíÿòà ñèñòåìàòè÷åñêàÿ ïîïûòêà ïîäîéòè ê èçó÷åíèþ ýëåêòðè÷åñêèõ ÿâëåíèéíå òîëüêî ñ êà÷åñòâåííîé, íî è ñ êîëè÷åñòâåííîé ñòîðîíû.  ÷àñòíîñòè, èì áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó çàðÿäàìè ïðîïîðöèîíàëüíà âåëè÷èíå ýòèõ çàðÿäîâ. È õîòÿ îí íå óñòàíîâèë, êàê ýòà ñèëà çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ, îäíàêî çíà÷åíèå åãîðàáîòû î÷åíü âåëèêî, òàê êàê îíà äàëà îïðåäåëåííîå íàïðàâëåíèåäàëüíåéøèì èññëåäîâàíèÿì. Íàêîíåö, â 1784 ã. ôðàíöóçñêèé 48ëåòíèé âîåííûé èíæåíåð Ø.

Êóëîí (1736—1806) îòêðûâàåò çàêîí,ñîãëàñíî êîòîðîãî ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ýëåêòðè÷åñêèìè çàðÿäàìè îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè. Ñ ïîìîùüþ ñîçäàííûõ èì êðóòèëüíûõ âåñîâ, à òàêæå ðÿäàîðèãèíàëüíûõ ìåòîäîâ (ìåòîäû êîëåáàíèé) ýòîò ÷åëîâåê, íèêîãäàñïåöèàëüíî íå çàíèìàâøèéñÿ ýëåêòðè÷åñòâîì è ìàãíåòèçìîì, ïðîâîäÿ â êà÷åñòâå ïîáî÷íîãî çàíÿòèÿ ñâîè èññëåäîâàíèÿ, çàëîæèë îñíîâû êîëè÷åñòâåííîé ýëåêòðîñòàòèêè.21 èþëÿ 1820 ã. ïîÿâèëàñü íåáîëüøàÿ çàìåòêà äàòñêîãî ôèçèêàÃ.

Ýðñòåäà (1777—1851), â êîòîðîé îí äîêàçàë, ÷òî òîê â ïðÿìîëèíåéíîì ïðîâîäíèêå, èäóùåì âäîëü ìåðèäèàíà, îòêëîíÿåò îòíåãî ìàãíèòíóþ èãëó. Ýòî ñîîáùåíèå ïðîèçâåëî áîëüøîå âïå÷àòëåíèå íà ó÷åíûé ìèð, òàê êàê èç îïûòà Ýðñòåäà ÿâñòâîâàëî, ÷òîñèëà, äåéñòâîâàâøàÿ ìåæäó ýëåìåíòîì òîêà è ìàãíèòíûì ïîëþñîì,íàïðàâëåíà íå ïî ñîåäèíÿþùåé èõ ïðÿìîé, à ïî íîðìàëè ê íåé.Ýòà ðàáîòà âûçâàëà ïåðâóþ òðåùèíó â íüþòîíîâñêîé ìîäåëè ìèðà.Îñîáîå çíà÷åíèå â ðàçâèòèè òåîðèè ýëåêòðè÷åñêèõ ÿâëåíèé ñûãðàëè îòêðûòèÿ çàêîíîâ Îìà (1826) è Êèðõãîôà (1847), à òàêæå îòêðûòèå Ì.

Ôàðàäååì (1831) ÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè. 1833 ã. ðóññêèé ó÷åíûé Ý. Ëåíö (1804—1865) îòêðûë çàêîí, óñòàíàâëèâàþùèé ñâÿçü ìåæäó íàïðàâëåíèåì èíäóêöèîííûõ òîêîâ èèõ ýëåêòðîìàãíèòíûìè âçàèìîäåéñòâèÿìè. Òàêèì îáðàçîì, ê êîíöóXIX â. áûëî óñòàíîâëåíî åäèíñòâî ýëåêòðîìàãíèòíûõ ÿâëåíèé, ïîëó÷èâøèõ ñâîå ëîãè÷åñêîå çàâåðøåíèå â ðàáîòàõ Äæ. Ìàêñâåëëà,ñôîðìóëèðîâàâøåãî â 1873 ã. ôóíäàìåíòàëüíûå óðàâíåíèÿ êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîäèíàìèêè. êîíöå XIX – íà÷àëå XX âåêîâ ñ îòêðûòèé äèñêðåòíîãî õàðàêòåðà çàðÿäîâ (Äæ.

Òîìñîí, 1897 ã.) íà÷àëñÿ íîâûé ýòàï â ðàçâèòèè íàóêè îá ýëåêòðè÷åñòâå.  ýòîò ïåðèîä áûëè çàëîæåíû îñíîâû ýëåêòðîííîé òåîðèè ñòðîåíèÿ âåùåñòâà êàê ñîâîêóïíîñòè ýëåêòðè÷åñêè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, ñîçäàíà êâàíòîâàÿ òåîðèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïðîöåññîâ, ÷òî ïðèâåëî ê ðîæäåíèþ ýëåêòðîíèêèêàê íàóêè î âçàèìîäåéñòâèè ýëåêòðîíîâ ñ ýëåêòðîìàãíèòíûìè ïîëÿìè è î ìåòîäàõ ñîçäàíèÿ ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è óñòðîéñòâ.6Ñî âòîðîé ïîëîâèíû XIX â. íà÷àëîñü øèðîêîå èñïîëüçîâàíèåýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ÿâëåíèé â òåõíèêå: ïîñòðîåíû ýëåêòðîäâèãàòåëè è ãåíåðàòîðû òîêà, ïîÿâèëèñü ïåðâûå ýëåêòðîìàãíèòû,ìàññîâîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëî ýëåêòðè÷åñêîå îñâåùåíèå, íà÷àëî êîòîðîìó ïîëîæèëî èçîáðåòåíèå ýëåêòðè÷åñêîé ñâå÷è ðóññêèìó÷åíûì Ï.Ï. ßáëî÷êîâûì. Íà÷àëî ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîéýíåðãèè äëÿ òåõíîëîãè÷åñêèõ öåëåé ïîëîæèëè ðàáîòû Á.Ñ.