Математика Курс лекций по информатике Машиностроительное черчение Решение задач по физике Теоретические основы электротехники Сопротивление материалов История искусства Ядерные реакторы
Стабилизаторы напряжения усилители низкой частоты Введение в цифровую электронику Метод узловых и контурных уравнений Метод контурных токов Расчёт трёхфазной цепи Примеры выполнения курсовой работы

Теория электрических цепей (основы электротехники)

Электрическая цепь состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии, а устройства, потребляющие ее - приемниками (потребителями) электрической энергии.

Генераторы импульсных сигналов

Формирующие цепи

  При генерации импульсных сигналов различной формы необходимо формирование временных интервалов, задающих длительность импульсов и пауз, частоту повторения импульсов и т.п. Эта задача решается с помощью формирующих цепей содержащих реактивные элементы. Наиболее простыми и надежными являются RC-цепи. Как правило, они применяются в качестве разделительных, дифференцирующих или интегрирующих цепей.

 Схема разделительной цепи приведена на рис. 16.1а. Временные диаграммы напряжений в схеме приведены на рис 16.1б. При анализе процесса формирования напряжения на выходе RC- цепи будет полагать, что внутреннее сопротивление источника входного напряжения равно нулю, а сопротивление нагрузки - бесконечно большое. Емкость С не пропускает на выход постоянную составляющую источника питания. Поэтому цепь названа разделительной.

 Пусть в момент t=0 на вход цепи (зажимы 1 -1')  поступает прямоугольный импульс амплитудой Um и длительностью tu. В начальный момент времени конденсатор С разряжен и ток в RC - цепи определяется только амплитудой импульса Um и сопротивлением R. Поэтому на зажимах 2 - 2' создается напряжение равное максимальному . По мере заряда конденсатора С ток в цепи, а значит и напряжение на выходе будет экспоненциально убывать

,  (16.1)

 где tц = R × C [с] - постоянная цепи. 

 К моменту окончания импульса (когда t = tu) выходное напряжение упадет до Uвых(tu), причем

.  (16.2)


После окончания импульса напряжение на входе цепи Uвх= 0. Поэтому конденсатор С начинает разряжаться через источник Uвх и резистор R. Ток разряда создает на выходе цепи отрицательный перепад напряжения, причем

где

.  (16.3)

 Разделительная цепь должна передавать импульс от входа к выходу с возможно меньшими искажениями его формы. Искажение формы оценивают максимальным относительным, снижением вершины выходного импульса.

.

Из выражения (16.3) следует, что D U тем меньше, чем больше Uвых(tu), а Uвых(tи) тем больше, чем меньше отношение tu/tц (см рис.16.2). Если требуется чтобы максимальное относительное снижение вершины импульса не превышало 1%, то постоянная времени цепи tц  должна превышать длительность импульса tu не менее чем в 100 раз.

 Схема дифференцирующей цепи такая же, как и схема разделительной цепи. Но дифференцирующая цепь предназначена для укорочения импульсов или для выделения их фронта и среза. Эта задача решается тем лучше, чем больше отношение tu/tц. Реально оно находится в пределах от 10 до 100. Выходное напряжение представляет два биполярных импульса совпадающих по времени с фронтом и срезом входного импульса (рис. 16.1б). Амплитуда биполярных импульсов затухает экспоненциально в соответствии с (16.1). Длительность этих импульсов на уровне 0,05 Um. tвых » 3 tц. Подбором tц ее можно сделать сколь угодно малой.

 Схема интегрирующей цепи приведена на рис. 16.2а. На рис. 16.2б приведены диаграммы напряжений на входе и выходе цепи. При поступлении на вход такой цепи (зажимы 1 - 1') прямоугольного импульса напряжения выходной сигнал нарастает по экспоненте

  . (16.4)

Время необходимое для нарастания выходного сигнала до уровня 0,9Um, составляет 2,3 tц, а до уровня 0,99 Um - 4,6 tц.

 Срез убывает по экспоненциальному закону

,

где


.

 На начальном участке выходное напряжение изменяется по закону, близкому к линейному. Этот участок часто используется для линейного накопления напряжения сигнала. Поэтому рассматриваемая цепь получила название интегрирующей. Чтобы цепь работала как интегрирующая, отношение tu/tц должно быть значительно меньше единицы.

У каждого элемента цепи можно выделить определенное число зажимов (полюсов), с помощью которых он соединяется с другими элементами. Различают двух -и многополюсные элементы. Двухполюсники имеют два зажима. К ним относятся источники энергии (за исключением управляемых и многофазных), резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы.
Расчет методом узловых потенциалов