Переходные процессы в линейных цепях

7 Тема: МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ

7.1 Переходные процессы в линейных цепях

Современные радиотехнические системы часто включают в себя комплекс достаточно сложных электрических цепей, среди которых разнообразные линейные цепи.

В зависимости от характера воздействующих э.д.с. и назначения линейных цепей в них могут протекать самые различные процессы. Поэтому необходимо иметь ясное представление о таких процессах и уметь рассчитывать их для определенной цепи при заданном воздействии. Это относится к задачам анализа процессов в цепях. Среди них все больший интерес вызывают задачи, связанные с процессами в различных импульсных системах.

В этих задачах кроме анализа установившихся или стационарных процессов важное значение имеет анализ переходных процессов, возникающих при включении или выключении э.д.с. и при воздействии импульсных сигналов.

Переходные процессы, протекающие в линейных цепях, также, как и стационарные, подчиняются законам Кирхгофа, которые позволяют установить связь между э.д.с., действующей в некоторой ветви цепи и током в любой ветви.

Записанные для цепи уравнения Кирхгофа обычно приводятся к линейному дифференциальному уравнению, порядок которого зависит от числа реактивных элементов и сложности цепи.

Изучить процесс, возникающий в цепи под действием э.д.с., означает найти решение уравнения и исследовать его поведение вдоль всей временной оси.

Если по истечении некоторого времени с момента начала действия э.д.с. на цепь в ней устанавливается стационарный режим, отличный от стационарного режима, имевшегося до начала действия э.д.с., то это время, определяющее длительность переходного процесса, называют временем установления. Характер переходного процесса и величина времени установления часто являются главными факторами, от которых зависит правильность функционирования радиотехнического устройства.

Рекомендуемые материалы

Как уже говорилось, связь между током в любой ветви цепи и действующей э.д.с. устанавливается дифференциальным уравнением, которое в общем случае выглядит так:

                         (0.1)

где  (K = 0, 1, 2,...n) - постоянные коэффициенты, зависящие от величины элементов цепи, i - ток в цепи, e(t)- внешняя э.д.с. произвольного вида.

Известно, что решение уравнения (0.l) может быть представлено в форме суммы

                                                                 (0.2)

Здесь i₂(t) - частное решение уравнения с правой частью, в качестве которого обычно принимается стационарное (вынужденное) решение, определяющее связь между  i(t)  и  e(t) в установившемся режиме; i₁(t) - решение однородного уравнения (правая часть равна нулю) , определяющее переходной процесс в цепи.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 9 - Косвенные поисковые признаки.

Если цепь такова, что,  то можно указать времен ной интервал конечной величины, по истечению которого с момента начала действия э.д.с. в цепи практически установится стационарный режим.

Поскольку i₁(t)  есть решение уравнения без правой части, то длительность переходного процесса не зависит от интенсивности и характера входного воздействия, а определяется свойствами цепи. Характер переходного процесса также существенно зависит от свойств цепи.

Возможность представления решения уравнения (0.l)  в виде (0.2) опирается на основное свойство линейных цепей, выражающееся в принципе суперпозиции.

Найти решение (0.2) можно и с помощью других способов, основанных на принципе суперпозиции. Так, э.д.с. сложной формы удобно рассматривать как образованную в результате сложения элементарных э.д.с. некоторой основной формы. Находя переходный процесс, вызванный действием всех элементарных э.д.с., образующих данную сложную э.д.с., и затем суммируя полученные результаты, оказывается возможным нахождение всего переходного процесса.

В зависимости от вида элементарных э.д.с. и особенностей вычисления результирующего переходного процесса различают ряд методов  анализа. Основные из них - спектральный метод, основанный на преобразовании Фурье, операторный, использующий преобразование Лапласа и временной метод, основанный на интеграле Дюамеля.

Перечисленные методы во многих случаях существенно упрощают нахождение решения уравнения (0.l). Развитие этих методов привело к тому, что каждый из них позволяет на своем языке характеризовать существенные для практики свойства цепей без обращения к  их дифференциальным уравнениям. Это придало большую самостоятельность этим методам и позволяет говорить о них, как об основных методах анализа процессов в линейных цепях. Их особенности и примеры применения будут рассмотрены в последующих главах.