Общие сведения и математический аппарат. Более общим и практически более важным является анализ линейных цепей в диапазоне частот, в общем случае – при изменении частоты от нуля до бесконечности

Более общим и практически более важным является анализ линейных цепей в диапазоне частот, в общем случае – при изменении частоты от нуля до бесконечности. При этом могут исследоваться зависимости комплексных амплитуд токов и напряжений от частоты (частотные зависимости) и различные зависимости их отношений при нулевых начальных условиях от частоты (комплексные частотные характеристики). Подобный анализ позволяет оценить возможное применение электрической цепи в диапазоне частот: широкополосная, узкополосная, усиливающая, ослабляющая.

Исходные моменты для анализа:

- комплексные частотные характеристики (частотные характеристики) введены для линейных электрических цепей при гармоническом воздействии;

- частота, в отличие от анализа в разделе 2, является параметром, т.е. переменной величиной;

Математический аппарат, используемый при анализе:

- комплексное преобразование сигналов, введённое в разделе 3.

На рисунке 4.1 в виде прямоугольника показана электрическая цепь с входными клеммами (слева) и входными клеммами (справа). В цепи гармонический режим - обозначены комплексные амплитуды токов и напряжений.

1 2

Рис. 4.1

При передаче энергии слева – направо (рис.4.1) введены следующие комплексные частотные характеристики

входное сопротивление

; (4.1)

входная проводимость

; (4.2)

коэффициент передачи по напряжению

= ; (4.3)

коэффициент передачи по току

= ; (4.4)

передаточное сопротивление

= ; (4.5)

передаточная проводимость

= ; (4.6)

коэффициент передачи полной мощности

= = . (4.7)

Из приведённого перечня частотных характеристик и относятся к входным частотным характеристикам, а остальные – к передаточным.

В качестве входных клемм могут быть выбраны правые клеммы на рис.4.1 и тогда может быть введено её столько же подобных частотных характеристик при передаче энергии в противоположном направлении. Однако в практических расчётах чаще используется лишь одна частотная характеристика при передаче энергии ''с выхода на вход'' – , которую называют выходным сопротивлением ().

Анализ частотных характеристик заключается в определении аналитических выражений, например, для , и качественной или количественной графической иллюстрации полученной зависимости в функции от частоты.

Аналитические выражения для частотных характеристик обычно приводят к виду

; (4.8)

. (4.9)

График модуля любой частотной характеристики называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), график фазовой характеристики – фазо-частотной характеристикой (ФЧХ), а график комплексной частотной характеристики на комплексной плоскости – амплитудно-фазовой характеристикой (АФХ) или годографом.

Для конкретных электрических цепей (схем) аналитическое выражение описывающее частотную характеристику, в исследуемом диапазоне частот может быть:

- действительным положительным - фаза нулевая;

- действительным отрицательным – фаза равна p;

- мнимым, т.е. – фаза равна, соответственно, ;

- комплексным – фаза определяется в соответствии с формулой фазовой характеристики.