Тема 2.4. Связанные колебательные контуры

Понятие о связанных контурах. Принцип работы контуров с разными видами связей.

Физический смысл вносимого сопротивления. Входное сопро­тивление. Настройка связанных контуров. Виды резонансов.

Оптимальная связь между контурами. Критический коэффици­ент связи. Частота связи. Полоса пропускания. Резонансные характеристики. Избирательные свойства. Зависимость формы АЧХ от величины связи между контурами.

Области применения связанных контуров.

Студент должен: иметь представление:

о вынужденных колебаниях в связанном колебательном контуре;

знать:

виды резонансов в связанных контурах;

методику настройки системы связанных контуров на заданную частоту;

методику расчета параметров и характеристик;

избирательные свойства;

области применения связанных контуров;

Материал темы изложен в [2, с.263-292]. Студент должен понять, что для улучшения избирательных свойств в качестве фильтрующего эле­мента часто используют не одиночные, а связанные контуры, в которых энергия из одного контура может переходить в другой. Наиболее часто ис­пользуются следующие виды связи между контурами: индуктивная (трансформаторная), автотрансформаторная и емкостная. Вне зависимости от вида связи характер амплитудно-частотной характеристики пары свя­занных контуров определяется степенью связи (коэффициентом связи). Необходимо знать формулы для расчета коэффициента связи при различ­ных видах связи и уметь анализировать процессы, протекающие в связан­ных контурах.

Тема 2.5. Электрические фильтры

Назначение, общая характеристика, классификация, основные параметры фильтров. Условие пропускания реактивного фильтра. Фильтры типа «К» нижних и верхних частот, полосовые и режекторные фильтры. Реактивные фильтры типа «М». Прин­цип построения. Особенности RC - фильтров. Понятия об активных фильтрах, структура построения. Фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ), их классификация. ФСИ из связанных контуров, схема и типовая А ЧХ. Пьезоэлектрические и электроме­ханические ФСИ -основные понятия и определения. Понятие о циф­ровых фильтрах; структурная схема, принцип цифровой фильтра­ции.

Студент должен:

знать:

классификацию электрических фильтров;

параметры и характеристики линейных электрических фильтров;

условия пропускания токов и принцип построения электрических фильтров;

принцип действия;

принципы цифровой фильтрации;

методику расчета элементов фильтра;

уметь:

строить АЧХ фильтров по результатам измерений;

производить по заданным параметрам конструктивный расчет; элементов фильтра;

анализировать результаты измерений и расчетов;

пользоваться справочными материалами.

Материал этой темы изложен в [2, с.414-444]. Тема обширна, важ­на и требует серьезного изучения, т.к. ни одно радиотехническое устройст­во не обходится без фильтрации. Наряду с более простыми типами фильт­ров «К» и «т» (Батгерворта, Чебышева, Золотарева) необходимо внима­тельно изучить фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) и на основе RC-структур.

ФСС имеют почти прямоугольную АЧХ, т.к. за счет увеличения числа взаимодействующих контуров значительно возросла избиратель­ность таких фильтров. В ФСС в качестве колебательного элемента ис­пользуются не только обычные LC- контуры, но и резонаторы из материа­лов, обладающих пьезоэффектом, и резонаторы из магнитострикционных материалов.

Вопросы для самопроверки к разделу 2

1. Назовите условия возникновения колебаний в последовательном и параллельном колебательном контуре?

2. Связаны ли между собой добротность и полоса пропускания одиночного LC-контура?

3. Как меняется форма АЧХ пары связанных контуров при изменении связи между ними?

4. Для чего нужны частотно-избирательные цепи?

5. В какой области частот целесообразно использовать фильтры на основе LC- и RC- элементов?

6. Назовите разновидности ФСС, их преимущества и недостатки по сравнению с одиночным колебательным LC- контуром?

Материал этой темы очень обширен. Усвоить его можно, прорабо­тав в [1,8.1-9.3]. При изучении данного материала необходимо обратить внимание на такие понятия, как: направляющая система, цепь с распре­деленными параметрами, длинная линия и электрически длинная линия, линия без потерь и линия с потерями. Необходимо знать первичные параметры и их частотную зависимость, знать, какие параметры являются вторичными.

В этой теме рассматриваются режимы работы линий: разомкнутой, на конце, короткозамкнутой - режим стоячих волн; уравнения передачи по току, по напряжению, коэффициенты бегущей и стоячей волн, рабочее за­тухание, а также входное сопротивление линии в различных режимах ра­боты.

При изучении данного материала необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что в линиях короткой протяженности величинами активного сопротивления и проводимости можно пренебречь; для линии же большой протяженности влиянием R и G не только нельзя пренеб­речь, но именно этими параметрами в основном и определяются потери в линии, ее затухание. Отсюда и погонные первичные параметры отнесе­ны не к метру длины, а к километру.

При анализе зависимости первичных параметров необходимо уяс­нить, что активное сопротивление увеличивается при уменьшении диа­метра провода, при увеличении температуры и частоты.

Переходя к изучению вторичных параметров, надо обязательно увя­зать их с первичными параметрами. Волновое сопротивление не зависит от длины линии, не зависит от сопротивления нагрузки, определяется только первичными параметрами; следовательно, изменение первичных параметров влечет за собой изменение волнового сопротивления.

К одному из основных вторичных параметров относится коэффици­ент затухания. В основном, он определяется активным сопротивлением и проводимостью изоляции, так как на активном сопротивлении происходит падение напряжения, а через проводимость изоляции - утечка тока. Коэф­фициент затухания при увеличении частоты возрастает, так как с ростом частоты увеличиваются активное сопротивление и проводимость изоля­ции.

При рассмотрении режимов работы линии надо уяснить, что в лини­ях конечной длины при холостом ходе, коротком замыкании и с сопротив­лением нагрузки, несогласованным с волновым сопротивлением, всегда будут иметь место падающие и отраженные волны напряжения и тока. И чем больше в последнем случае рассогласование сопротивлений нагрузки и волнового, тем больше коэффициент отражения и, следовательно, тем больше дополнительные потери мощности сигнала.