Инерционных элементов

Для цепей, содержащих инерционные нелинейные элементы, в которых мгновенные значения токов и напряжений связаны линейной функцией с коэффициентом пропорциональности, зависящим от действующих значений тока или напряжения, комплексный метод применим. При этом следует учитывать зависимость комплексных операторов Z или У от действующих токов или напряжений.

Рассмотренные нелинейности вызываются безынерционными элементами электронных устройств: резисторами, лампами, транзисторами, фоторезисторами и т. д. Наряду с безынерционными нелинейными элементами имеются электрически инерционные нелинейные элементы — конденсаторы с сегнетоэлектриками, катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками и тепловые инерционные элементы (например, терморезисторы), которые также приводят к искажению спектров выходных сигналов.

13-7. В каком смысле инерционные нелинейные сопротивления располагаются между линейными и нелинейными сопротивлениями?

§ 15.11. Разделение нелинейных элементов по степени симметрии характеристик относительно осей координат. Кроме деления на резистивные, индуктивные и емкостные, управляемые и неуправляемые (а резистивных — еще на безынерционные и инерционные) нелинейные элементы можно классифицировать еще по одному признаку — по степени симметрии характеристик для мгновенных значений относительно осей координат.

инерционные нелинейные радиотехнические цепи.......485

Нелинейность называется инерционной, если нелинейный параметр зависит не от мгновенных значений приложенного напряжения или тока, а, например, от их эффективных значений. Инерционные нелинейные сопротивления не вносят нелинейных 'искажений, т. е. ведут себя как линейные сопротивления, параметры которых определяются эффективным значением тока или напряжения. Следует иметь в виду, что инерционные нелинейные сопротивления теряют свою инерционность на достаточно низких частотах.

Второй класс — инерционные нелинейные преобразования приходится рассматривать в связи с анализом нелинейных цепей, инерционностью которых при заданных воздействиях нельзя пренебрегать (например, диодные детекторы с инерционными нагрузками). Поведение подобных систем описывается нелинейными дифференциальными уравнениями. Общих методов решения таких уравнений не существует, даже если внешние воздействия задаются детерминированными функциями. В связи с этим задачи, требующие рассмотрения инерционных нелинейных преобразований случайных процессов, почти всегда решают приближенно, прибегая к различным искусственным приемам.

ВОЗДЕЙСТВИЕ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ИНЕРЦИОННЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ

Можно сказать, что инерционные нелинейные сопротивления занимают промежуточное положение между линейными и нелинейными сопротивлениями. К нелинейным они тяготеют вследствие того, что сопротивление их является функцией действующего значения тока; к линейным — потому, что в установившемся режиме работы их сопротивления для различных моментов времени внутри периода воздействующей на схему э. д. с. остаются практически неизменными. 0-J.

§ 15.11. Разделение нелинейных сопротивлений по степени сим-(«етрии характеристик относительно осей координат. Кроме деления на активные, индуктивные и емкостные, управляемые и неуправляемые (а активных —"еще на безынерционные и инерционные) нелинейные сопротивления можно классифицировать еще по одному признаку — по степени симметрии характеристик для мгновенных значений относительно осей координат.

Как видно из рисунка, при ит вх ;> ит ВХ1 значение коэффициента усиления К,и начинает изменяться. Изменение К„ может быть вызвано появлением нелинейных искажений при больших входных напряжениях. Это, однако, является достаточным, но не необходимым условием. Часто применяются схемы с автоматическими регулировками, содержащими инерционные нелинейные элементы, специально уменьшающие К.и при увеличении мвх (наклон кривой).

Простейшим примером инерционного нелинейного элемента может служить лампа накаливания или бареттер (см. § 8.1). В радиотехнических схемах при слабых токах чаще используются специальные инерционные нелинейные элементы, получившие название термисторов.

Высокое быстродействие электронно-лучевых трубок, обусловленное отсутствием инерционных элементов, позволяет применять их для исследования высокоскоростных процессов в промышленной электронике, радиолокации, измерительной технике и т. д. Большинство электронно-лучевых трубок с электростатической системой управления лучом позволяют наблюдать периодические процессы в диапазоне частот от 20 Гц до 50 МГц.

13-7. Сопротивление инерционных элементов цепи является функцией действующего значения и поэтому они нелинейны; однако в установившемся режиме работы сопротивление их в различные мгновения внутри периода проходящего переменного тока остается практически неизменным (как если бы элементы были линейными).

ляет зависимость между действующими значениями то-ка и напряжения. Примерами инерционных элементов могут служить лампы накаливания, бареттеры и терморезисторы.

инерционных элементов привода

Еще одной характерной областью использования инерционных элементов являются фильтры высших гармоник. Так, в R — С-цепи ( 5.36, а) сопротивление конденсатора падает с ростом частоты гармоники, в результате чего можно добиться значительного снижени» уровня высших гармоник в выходном напряжении по сравнению с входным. Это выполняется при

и Сса, значения которых имеют порядок единиц пикофарад. Других инерционных элементов динамические схемы лампы не учитывают — электронный поток в лампе, создающий токи /а и (с, считается безынерционным. Если лампа включена по схеме с общим катодом, имеет анодную нагрузку и создает коэффициент усиления по напряжению /<"„, то входная емкость лампы

В отличие от инерционных элементов мы располагаем нелинейными элементами, которые при не слишком высоких частотах могут рассматриваться как безынерционные. К ним относятся прежде всего электронные лампы, так как инерция электронов, образующих в них ток, весьма мала. Такие элементы являются нелинейными как в отношении действующих значений, так и в отношении мгновенных значений тока и напряжения. При периодических процессах кривые тока и напряжения в них имеют различные формы; напр'имер, при синусоидальном напряжении ток оказывается несинусоидальным и, наоборот, при синусоидальном токе напряжение несинусоидально. По этой причине нелинейная характеристика U = F (/), связывающая действующие значения тока и напряжения, в таких элементах зависит от формы кривых мгновенных значений тока и напряжения. ,

Таким образом, исключена возможность пользоваться для расчета такой цепи методом наложения и всеми методами расчета сложных цецей, основанными на принципе наложения. Остаются в силе законы Кирхгофа, которые при синусоидальном напряжении могут быть записаны в комплексной форме. Но в этих уравнениях комплексные сопротивления нелинейных инерционных элементов, т. е. модули и аргументы этих сопротивлений будут функциями от действующего значения токов в этих элементах. Следовательно, алгебраические уравнения, записанные в комплексной форме согласно законам Кирхгофа, являются теперь нелинейными. Трудность решения их заключается в том, что в общем случае от действующего значения тока в нелинейном элементе могут зависеть и модуль и аргумент комплексного сопротивления элемента. Но даже если изменяется только модуль этого сопротивления, расчет остается сложным, так как это изменение ведет к перераспределению амплитуд и изменению фаз токов во всех ветвях цепи.

К нелинейным активным сопротивлениям можно отнести разнообразные электронные, ионные и полупроводниковые приборы, электрическую дугу, лампы накаливания, бареттер и некоторые другие элементы электрических цепей. Нелинейные активные сопротивления подразделяются на инерционные и безынерционные. К. инерционным относятся элементы, сопротивления которых зависят от температуры. При изменении .тока в течение периода температура и сопротивление инерционных элементов изменяются в большинстве случаев незначительно и можно считать их постоянными. Инерционными элементами являются, например, бареттеры, лампы накаливания и термисторы. К безынерционным относятся элементы, нелинейность которых определяется не тепловыми, а иными, например, электронными процессами (электронные лампы, полупроводниковые,.приборы и др.). При изменении тока в течение периода сопротивление безынерционных также изменяется.

Для нелинейных элементов зависимость между напряжением и током может быть различной для мгновенных и (i) и действующих U (/) значений; для инерционных элементов зависимость и (i) может быть линейной, а ?/(/) — резко нелинейной. Для безынерционных элементов зависимости и (i) и U (/) нелинейны и при синусоидальном напряжении ток будет несинусоидальным и наоборот.

Основным требованием, предъявляемым к устройствам АПВ, может считаться однократность действия каждого предусмотренного (первого, второго, третьего) цикла. Это достигается обычно применением в схеме каждого цикла элементов аккумулирования (конденсаторов, пружинных систем и т. п.), заряжаемых при включении устройства АПВ в работу и своей запасенной энергией однократно приводящих в действие выходные органы АПВ. Применяются и другие способы обеспечения однократности действия АПВ (включение в схему устройства АПВ логических элементов, инерционных элементов и т. п.).