Теория электрических цепей (работа 2)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики.

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

ЭКЗАМЕНАЦИОННАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Теория электрических цепей»

Вариант № 10

Выполнил:

студент группы

2009

Билет № 10 по курсу ТЭЦ

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). Если же 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 dt, амплитуды f_>1>(t) и площади f_>1>(t)dt (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 RС-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) представляют собой свертку 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

_>>

Для физически реализуемой устойчивой цепи кроме того должно выполняться условие абсолютной интегрируемости импульсной характеристики:

_>>

Если входное воздействие имеет сложную форму или задается графически, то для вычисления реакции цепи вместо интеграла свертки (8.12) применяют графоаналитические способы.

2. Задача

Дано: