Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Зля цепей переменного тока помимо указанных особенностей нелинейных элементов обнаруживаются н такие, которые связаны с частотой воздействующего электрического сигнала. Поэтому при анализе электрических цепей перемеккого тока дополнительно различают инерционные и безынерционные нелинейные элементы. Инерционные нелинейные элементы. Если период изменения электрического сигнала значительно меньше времени изменения основного параметра нелинейного элемента под воздействием этого сигнала, то такой нелинейный элемент называют инерянояныда нелинейным элементом. Примерамн ннеранонно~о нелинейного элемента могут служить лампа накаливания, электронагревательные приборы и т.
п. Как правило, период изменения тока значительно меньше времени, необходимого для нагрева нити лампы накаливания или спирали электронагревательного прибора, а следовательно,' для исменення сопротивления этого элемента, По- ному сопротивление инерционного элемента ке зависит от мгновенных значений гока и напряжения. Величину его в течение одного период» изменения входного сигнала можно считать постоянной н форма переменного электрического сигнала на выходе венда повторяет форму сигнала на его входе.
Следовательно, расчеты таких цепей относительно мгновенных значений токов и напряжений можно выполнить с использованием методов анализа линейных цепей. Иелннейность инерционного элемента зависит только от его сопротивлений при действующих значениях тока н напряженна. Так, для указанных элементов ббльшим действующим токам соответствует ббльшая температура нагрева проводника, а значит, и большее сопротивление нелинейного элемента.
Из сказанного следует, что расчет и анализ цецей переменного тока, содержащих инерционные нелинейные элементы, относительно действующих значений токов и напряжений, ничем не отличаются от методов, рассмотренных в й 4.3 для цепей постоянного тока. !22 Безынерционные нелинейные элементы, Если период намеиеини электрического сигнала больше времени изменения основного нз раиетра нелнкейного элемента пол воздействием этого сигнала. го такой нелинейный элемент называют безыкерционким нелинейным элеыентои, Безынерционные нелинейные элементы нелииейиы ио отношеншо как к действующим, так н к мгновенным значениям тока и накршкенкя, На зависнмжти их параметров от мгновенных значенкй токов м напряжений основан принцип действия целого ряда электротехнических в электронных устройств. На практвхе наибольшее распространение получилк безынерционные нелинейные элементы, к которым, в первую очередь, относятся полупроводниковые приборы.
Например, одна нз важнейших особенностей дкола — хорошие вентильные свойства, т, е. сравнительно малое сопротивление прк положительном периоде приложенного переменного напряжения (диод открыт) н большое сопротиазеиие при отрицательном его периоде (диод закрыт);широко используется для преобразования переменного тока в пульснруазшкй.
На рнс. 4ЛЗ,а пркведека простейшая схема, состоящая нз последовательно соединенных диода КО и резистора гг„на вход ко. торого подается сннусондальное напряженке. С учетом ВАХ диода (сы. ркс. 2.2,6) ток через диод будет возникать тольао в течение положительных полупериодов поступающего на вход ценя сннусондальиого напряженка. В этом случае ток в цепи имеет преры. вмстый характер, Графический катод нахождения тока показан ка рис. 4Л3,6.
Здесь Цк~) — пряная ветвь ВАХ диода: ((ие) — ВАХ линейного рг Рае. Еда. Саеиа Неен иереченееге ееае, ееаержеааа деза (е) и ее решеаае графачееаеи мегеаен (е) !ха нагрузочнога резистора (с»; ('(н) — ВАХ цепи, построенная путем сулглгнровання абсцисс ВАХ, входящих в рассматриваемую цепь ((/( и (с'я. Точный рис(ет (;е,гинейных (4елей леременпояо такщ гадержии(их безынерционные элементы, учитывающий искаэггние сиенала, отличается значительными сложностями и является предметом язучения специальных разделов курса сТеоретическне основы электротехники» (5). Для упрощенна расчета обычно пренебрегают обратным такам р-л-перехода н сопротивлением базы открытого диода.
В этом случае можно считать сопротивление закрытого диода равным бесконечности (/(„ср оо), а открытого — нулю ()<<„»=-0), что соответствует системе уравнений / 0 прп У<0, (/=0 при / Ог Вольт-амперная характеристика такого идеализированного дяода, который называется умистором, имеет внд, приведенный на рис. 4.(4. Вольт-ампсрная характеристика цепи на рнс.
4.13,а заменяется в этом случае прямой, проходящей через начало координат н точку, соответствующую максимальному току диода, т, е, фактически повторяет зависимость ((ит) (рис. 4.)З,б). Результат расчета графическим способам после праседення такая линсаризацнп характеристики, несмотря иа принятые допущения, получается достаточно точным. Кривая така повторяет форму положительных палупернадов входного напряжения. Для случая уннстора графический расчет обычно заменяют аналитическим, что будет рассмотрено в последующих главах.
Использование унистаров позволяет также упростить составление экнивалентных схем нелинейных полупроводниковых элементов. Так, полупраяодникаьый цюд иа основе кусочно-линейной Рис. 4 (4. Вольт яи«ср. иая харак(врасти«а «де. авив«рова«и«го и<лтуироводиииового диода Рис. 4Л5. Схема зансям<вя диода, уяитываюшая его работу в области «ряного, обреа<ого и пробив«ого «апра»ге«<<(< аппроксимации его ВАХ, рассмотренной в у 4,2, может быть пред. ставлен в виде схемы замещения на рнс. 4,)Ь, учитывающей работу диода во всех трех областях его ВАХ Если заранее известна область работы диода, то схема замещения, приведенная на рис.
4.!5, может быть упрощена. Однако следует подчеркнуть, что рассмотренная схема замещения диодз не учитывает его частотных свойств и может быть применена только в тех случаях, когда ари расчете Непа собственное быстродействие диода не учигывиется. 4.$. РАСЧЕТ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ИСТОЧНИКОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИИ Прн анализе режимов работы аналоговых и импульсных электронных устройств, ко~да на входе цепи действуют одновреьгенно постоянная и переменная составляющие тока, пользуются методом наложения для нелинейных цепей. В этом случае сначала ведут расчет цепи с учетом только источников постоянного тока, определяя режим работы устройства на постоянном токе. т(а практике постоянные составляющие электрического сигнала усилителя, как правило. называют напрянсением и током покоя и обозначают соответственно ()и и ггг. Затем приводят характеристики к нулевым значениям напряжения и тока покоя й уже для этих характеристик (без учета постоянных составляющих тока) рассчитывают режим работы устройства на переменном токе.
При расчете нелинейных цепей, содержащих' управлшмые нелинейные юементьь также широко прииеняют метод кусочно-линейной аппроксимации. расчет нелинейных цепей, содержащих в качестве нелинейною злемента транзистор, значительно упрощается, если применить метод кусочно-линейной аппроксимации его статических характеристик, бери небольшие приращения напряжений к соответствующих нм токов, в пределаь которых зависимость между указанныин параметрами можно считать линейной. В этом случае, как отмечалось в гл. 2, транзистор как четырехполюсинк описывается системой линейных уравнений, отображающих малоснгнальную схему шо замещений в й (для низ кочастотных транзнстороа) нли в у (для высокочастотных транзисторов) пара. метрах, Воспользуемся малосигнальнчй схемой замещения транзистора, приведенной па рис 2.13,б. Подключая ив выход транзистора нагрузочнче устройство с сопротивлением Ем а на его вход — источник гармонического сигнала Е, (на рис, 4!6 показаны штрнховымн линиями), получают линейную цепь, представляющую «снлнтельный каскад.
По второму закону Кнрхгофа для первого контура М ()кэ ~в л' ()Бэ (Ф,б) 125 1н гр пй «7эогйа» д Ег ф Рп: 4.16 Сттчз ззигщгннэ болот«р. ного транзите!»з Рис. 4 1?, Схемз зэмешеннз цепо нля переменнык состав. лзющнх тока Веля»инэ й»«у современных трэизнсторов нестолько мала, что прн расчетах электронных стем ею, как правило. пренебрегэат: ()пн+!э Е,. (4?) По первому закону Кпрхгофа дзя второго контуре й«»)г,-!»+!»ь, (4.8) С учетом того, что нэпряжение, приложенное к линейным элемелтэы 2, н !/йм, соответственно равно (' кэ Цкэ =) -(1!й «) определяют й ~('цз (4,16) Подставляя (419) э (48), получэют «»»«и «)»+й»зх 1«.
(4.! 1) Комплексный конрфш!всю уснлення по току )(«находят посля несложных преобрэзовэннй нз (4 111: ?(-)«Фэ -йг»(1+йп2.). (4.12) Анэлогнчно, используе урэвненнэ (4,8)-(4.!Ц, можно рэссчнтеть н другне хэрэктернстнкн нелннейной цепи. прнводнмие в последушшнх разделах прн янэлнзе усилительных устройств. Тэкнм образом, с помошью анализа цепп, содержащей нелкнейные управляемые элементы, можно лостаточно быстро н просто оценить возможности этой цепн, корректлруя в случэе необходнмостн ее параметры.
Пример 4.8, На входе пенн нэ рис. 4.11.а действует напряжение н,„б+ +2з!и ыг Для параметров, зэдэнных в примерЕ 4.1, опредеэнть тпк цепн. Решение. Для решения нспользуем метод наложения, согласно которочу сначала определпм значения токов ?э н напряжений (»э только для постоянной ыитаеляшшей входного сигнала (напряжения и тока полоя).
а шым ими гн ылиые зкачеивп (Г и 1„для его переменной составляющей Решение задачи для случаа действия иа входе пьстоанной состав шпииеб напряжения (гс 6В быто приведено е вримере 4.1, Откудл (Гд О,при -2? мА; (?е„4.2В. Решение задачи дта переменной состэвлякчпеб ахолио о снгиата можа~ пмть выполнено либо графически с использованием ВАХ диода, привелеиг!од ни рис 4.11, б, либо аиалитическк по ее кусочно лииейной аппроьснмаяип.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
