Дипломная работа: Теория электрических цепей

1. Расчет реакции цепи на воздействие произвольной формы. Импульсная характеристика цепи. Интеграл наложения.

Ответ:

В основе временного метода лежит понятие переходной и им­пульсной характеристик цепи. Переходной характеристикой цепи называют реакцию цепи на воздействие в форме единичной функции. Обозначается переходная характеристика цепи g (t ). Импульсной характеристикой цепи называют реакцию цепи на воз­действие единичной импульсной функции (d-функции). Обо­значается импульсная характеристика h (t ). Причем, g (t ) и h (t )определяются при нулевых начальных условиях в цепи. В зави­симости от типа реакции и типа воздействия (ток или напряжение) переходные и импульсные характеристики могут быть безразмер­ными величинами, либо имеют размерность А/В или В/А.

Использование понятий переходной и импульсной характери­стик цепи позволяет свести расчет реакции цепи от действия непе­риодического сигнала произвольной формы к определению реакции цепи на простейшее воздействие типа единичной 1(t ) или импульс­ной функции d(t ), с помощью которых аппроксимируется исходный сигнал. При этом результирующая реакция линейной цепи нахо­дится (с использованием принципа наложения) как сумма реакций цепи на элементарные воздействия 1(t ) или d(t ).

Между переходной g (t ) и импульсной h (t ) характеристиками линейной пассивной цепи существует определенная связь. Ее можно установить, если представить единичную импульсную функцию через предельный переход разности двух единичных функций вели­чины 1/t, сдвинутых друг относительно друга на время t :

т. е. единичная импульсная функция рав­на производной единичной функции. Так как рассматриваемая цепь предполагается линейной, то соотношение сохраня­ется и для импульсных и переходных реак­ций цепи

т. е. импульсная характеристика является производной от переход­ной характеристики цепи.

Уравнение (8.2) справедливо для случая, когда g (0) = 0 (нуле­вые начальны е условия для цепи). Еслиже g (0) ¹ 0, то предста­вив g (t ) в виде g (t ) = , где = 0, получим уравнение связи для этого случая:

Для нахождения переходных и им­пуль­сных характеристик цепи можно использо­вать как классический, так и операторный методы. Сущность классического метода сос­то­ит в определении временной реакции цепи (в форме напряжения или тока в отдельных ветвях цепи) на воздействие единичной 1(t ) или импульсной d(t ) функ­ции. Обычно классическим методом удобно определять переходную характеристику g (t ), а импульсную характеристику h (t ) находить с помощью уравнений связи (8.2), (8.3) или операторным мето­дом.

При нахождении реакции цепи с помощью интеграла наложе­ния используется импульсная характеристика цепи h (t ). Для по­лучения общего выражения интеграла наложения аппроксимируем входной сигнал f ₁ (t ) с помощью системы единичных импульсов длительности d t, амплитуды f ₁ (t) и площади f ₁ (t)d t (рис. 8.5). Выходная реакция цепи на каждый из единичных импульсов

Используя принцип наложения, нетрудно

получить суммарную реакцию цепи на систему единичных импульсов:

Интеграл (8.12) носит название интеграла наложения * . Между интегралами наложения и Дюамеля существует простая связь, определяемая связью (8.3) между импульсной h (t )и переход­ной g (t ) характеристиками цепи. Подставив, например, значе­ние h (t ) из (8.3) в формулу (8.12) с учетом фильтрующего свой­ства d-функции (7.23), получим интеграл Дюамеля в форме (8.11).

Пример. На вход R С -цепи подается скачок напряжения U ₁ . Оп­ределить реакцию цепи на выходе с использованием интегралов наложения (8.12) и Дюамеля (8.11).

Импульсная характеристика данной цепи равна (см. табл. 8.1): h_u (t ) = = (1/RC)e^{– t / RC} . Тогда, подставляя h_u (t – t) = (1/RC)e^{–( t – t)/ RC} в формулу (8.12), по­лучаем:

Аналогично результат получаем при использовании переходной функции данной цепи и интеграла Дюамеля (8.11):

Если начало воздействия не совпадает с началом отсчета вре­мени, то интеграл (8.12) принимает вид

Интегралы наложения (8.12) и (8.13) представляютсобойсвертку входного сигнала с импульсной характеристикой цепи и широко применяются в теории электрических цепей и теории пере­дачи сигналов. Ее физический смысл заключается в том, что вход ной сигнал f ₁ (t) как бы взвешивается с помощью функции h (t — t): чем медленнее убывает со временем h (t ), тем большее влияние на выходной сигнал оказывает более удаленные от момента наблю­дения значение входного воздействия.

На рис. 8.6, а показан сигнал f ₁ (t) и импульсная характери­стика h (t — t), являющаяся зеркальным отображением h (t), а на рис. 8.6, б приведена свертка сигнала f ₁ (t) с функцией h (t — t) (за­штрихованная часть), численно равная реакции цепи в момент t .

Из рис. 8.6 видно, что отклик на выходе цепи не может быть короче суммарной длительности сигнала t ₁ и импульсной харак­теристики t_h . Таким образом, для того чтобы выходной сигнал не искажался импульсная характеристика цепи должна стремиться к d-функции.

Очевидно также, что в физически реализуемой цепи реакция не может возникнуть раньше воздействия. А это означает, что им­пульсная характеристика физически реализуемой цепи должна удовлетворять условию

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--