Линейные цепи с сосредоточенными параметрами. Линейные четырехполюсники. Колебательные контуры (5-7 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 4

            Таким образом, в радиотехнических цепях генераторы напря­жения целесообразно применять при Ri<< RH. Это позволяет пре­небречь падением напряжения на внутреннем сопротивлении Ri генератора и считать, что напряжение на внешних зажимах гене­ратора приблизительно равно его ЭДС [uH(t)≈e(t)], т.е. оно не зависит от сопротивления нагрузки и величины тока в цепи. Гене­раторы тока в радиотехнических цепях удобно применять при вы­полнении условия Ri >> RH. В этом случае ток сопротивления на­грузки практически равен току генератора тока [iH(t)≈j(t)] и не зависит от сопротивления нагрузки.

             За направление протекания тока принято направление движе­ния положительных зарядов, т.е. против сил электрического поля. Положительное напряжение отсчитывается от узла с более высо­ким потенциалом к узлу с более низким потенциалом. В этом слу­чае и ток протекает от узла с более высоким потенциалом к узлу с более низким потенциалом.

            Пассивные двухполюсники. В радиотехнике широко применя­ются такие пассивные элементы, как индуктивные катушки, конденсаторы и резисторы. Индуктивные катушки накапливают энер­гию магнитного поля, в результате чего в них возникает ЭДС са­моиндукции eL. Конденсаторы накапливают энергию электричес­кого поля, что приводит к появлению вторичной ЭДС емкости ес. Резисторы преобразуют электромагнитную энергию в другие виды энергии (тепловое излучение, световое излучение и т.д.).

             Способность индуктивной катушки, конденсатора и резистора выполнять строго определенные действия с энергией называют основной функцией или основным параметром этих элементов. К числу основных параметров относят накопление энергии магнитного поля, накопление энергии электрического поля и рассеивание электромагнитной энергии. Первый из параметров называется ин­дуктивностью, второй — емкостью, а третий — сопротивлением.

             Индуктивные катушки, конденсаторы и резисторы являются реальными элементами. Параметры, характеризующие свойства этих элементов, наиболее полно проявляются на низких частотах. С ростом частоты сигналов в этих элементах начинают проявляться паразитные эффекты, также связанные с рассеиванием и на­коплением энергии электромагнитного поля. Рассмотрим эти эф­фекты.

            Выводы реальных радиоэлементов, соединительные проводни­ки, провод индуктивной катушки, обкладки конденсаторов вы­полняют из металлических проводников, которые обладают со­противлением R.

            Сопротивление резистивного материала растет с увеличением частоты сигнала из-за поверхностного эффекта и эффекта близо­сти. Действительно, магнитное поле реального проводника суще­ствует как вне проводника, так и внутри него. ЭДС самоиндукции eL, вызванная изменением магнитного потока, пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Если по сечению провод­ника выделить концентрические окружности, то ЭДС самоиндук­ции будет выше там, где меньше радиус кольца, а токи выше в кольцах с большим радиусом. Это приводит к тому, что с ростом частоты сигнала f плотность тока возрастает по мере приближе­ния к поверхности проводника. Из-за поверхностного эффекта в диапазоне радиочастот ток проходит по наружному слою провод­ника. Соответственно с ростом частоты сопротивление проводни­ка резко возрастает. Тонкий слой у поверхности проводника, в пределах которого протекает ток, называется скин-слоем.

              В каждом витке провода индуктивной катушки под влиянием магнитных потоков соседних витков наводится дополнительная ЭДС самоиндукции. Это приводит к проявлению так называемого эффекта близости, вызывающего еще большее нарушение равно­мерности распределения тока по сечению проводника, чем при поверхностном эффекте. Из-за эффекта близости большая часть тока проходит по той части поверхности проводника, которая соприкасается с каркасом катушки. В результате этого действующая поверхность сечения становится еще меньше, а активное сопро­тивление проводника возрастает.

            Диэлектрический материал конденсаторов обладает сопротив­лением утечки, что приводит к протеканию постоянного тока через конденсатор и рассеиванию энергии на этом сопротивлении.

            Пару витков индуктивной катушки можно рассматривать как обкладки конденсатора. В структуре резисторов из-за конструк­тивных особенностей и технологии их изготовления также прояв­ляются свойства конденсаторов. Это говорит о том, что как в ин­дуктивной катушке, так и в резисторе происходит накопление энергии электрического поля.

             Резисторы и конденсаторы имеют внешние выводы, выпол­ненные из проводников, которые обладают определенной индук­тивностью. Кроме того, обкладки конденсаторов и внутренняя структура резисторов из-за своей протяженности обладают спо­собностью накапливать энергию магнитного поля, т. е. обладают индуктивностью.

            Следовательно, любой реальный пассивный двухполюсник (ре­зистор, конденсатор или индуктивная катушка) может быть пред­ставлен набором идеализированных пассивных элементов, каж­дый из которых характеризует сопротивление, емкость и индук­тивность. На рис. 5.5 представлены модели резистора, индуктив­ной катушки и конденсатора.

              Резисторы группируются в три основных класса: проволочные, пленочные и композиционные. Резисторы этих классов могут быть описаны моделью, приведенной на рис. 5.5, а. В этой модели ин­дуктивность LRхарактеризует выводы резистора, кроме прово­лочного, в котором сама структура резистора имеет большую ин­дуктивность. Емкость CRпредставляет емкость между внешними контактами, например композиционного резистора, и витками проволочного резистора.

               Индуктивные катушки, как правило, делят на категории по типу используемого сердечника: индуктивные катушки с воздушным и магнитным сердечниками. Обе эти категории индуктивных кату­шек могут быть представлены моделью, приведенной на рис. 5.5, б, где основным параметром является индуктивность катушки L, а паразитными

абв

Рис. 5.5. Модели резистора (а), индуктивной катушки (6) и конденсатора (в)