Проиллюстрируем применение данного метода на примере последовательного колебательного контура, считая, что входной сигнал подается на весь контур, а выходной снимается с индуктивности (рис. 5а).
Рис. 5
После замены индуктивности и емкости соответствующими комплексными сопротивлениями мы приходим к схеме рис. 5б. Теперь определить коэффициент передачи совсем просто:
Итак, для решения задачи о прохождении сигнала произвольной формы через линейную систему с сосредоточенными параметрами можно предложить два метода.
1. Теоретически или экспериментально определить
коэффициент передачи ; рассчитать
амплитуды спектральных составляющих входного сигнала
для периодического сигнала или
спектральную функцию
для непериодического
сигнала, воспользовавшись выражениями (17) или (21), (22), определить выходной
сигнал. В этом случае входной сигнал задается своим спектром, а свойства
линейной системы передаются функцией частоты – коэффициентом передачи. Поэтому
такой метод расчета выходного сигнала называется спектральным (частотным).
2. Теоретически или экспериментально определить
переходную или импульсную
характеристику линейной системы и с
помощью выражений (8) или (11) рассчитать выходной сигнал; либо решить дифференциальное
уравнение (4) непосредственно. В этом случае задача решается в терминах
переменной
, поэтому такой метод называется
временным.
Ниже мы рассмотрим свойства простейших RC-цепей, используя как частотный, так и временной метод их анализа.
Рассмотрим свойства цепочки, изображенной на рис. 6а. Применяя символический метод анализа, представим эту цепочку в виде делителя с комплексным сопротивлением – см. рис.6б.
Рис. 6
Ее коэффициент передачи равен:
Величина
имеет размерность времени и называется
постоянной времени цепочки. АЧХ и ФЧХ рассматриваемой цепочки, как это непосредственно
следует из (32), описываются следующими выражениями:
Соответствующие графики приведены на рис. 7а и рис. 7б.
Рис. 7
Частоту ., на которой
модуль коэффициента передачи уменьшается в
раз
(чаще всего выбирают
) по сравнению
с максимальным значением, называют граничной частотой. Величину
называют уровнем неравномерности АЧХ. Определим
значение граничной частоты:
Из рис. 7а следует, что рассматриваемая цепочка
представляет собой простейший фильтр низких частот (ФНЧ): в области низких
частот выполняется условие
, и соответствующие гармонические
составляющие входного сигнала передаются таким фильтром практически без
искажения, в то время как высокочастотные составляющие
ослабляются. Из (34) следует, что
граничная частота фильтра определяется не параметрами
и
в
отдельности, а их произведением (т.н. постоянной времени).
Заметим, что в области высоких частот коэффициент передачи приближенно описывается следующим выражением:
Так
как умножение спектральной плотности сигнала на величину соответствует его интегрированию во
временной области, можно сделать следующий вывод. Если спектр входного
сигнала
, в основном, расположен в
высокочастотной (для данного фильтра) области, то спектр выходного сигнала
приблизительно равен
и, следовательно, ФНЧ осуществляет приближенное интегрирование этого сигнала:
С этим свойством ФНЧ связано его другое название – "интегрирующая цепочка".
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.