устройствах это же свойство электрических процессов используется для передачи с о -общений - телеграмм, речи, музыки, команд и т. п.

Для передачи сообщений на передающей стороне первичные преобразователи (телеграфный ключ, микрофон, иконоскоп и др.) осуществляют преобразование сообщения в электрический процесс. Электрический процесс, отобразивший в своих изменениях передаваемое сообщение, называется электрическим сигналом (см. § 2-4). Например, изменения электрического тока или напряжения на выходе микрофона (сигнал) соответствует изменениям давления воздуха, создаваемым перед микрофоном поющим артистом или говорящим оратором (сообщение).

Но первичные сигналы не обладают свойствами, необходимыми для их передачи иа значительные расстояния без проводов, и поэтому нуждаются в дальнейших преобразованиях. Для образования электромагнитных волн (радиоволн) в радиотехнических устройствах используются высокочастотные электрические колебания. Первичные сигналы так воздействуют иа эти колебания, чтобы отобразить передаваемое сообщение в изменениях какого-либо параметра высокочастотного колебания (радиоволны). Это преобразование называется модуляцией (см. § 2-5). В передатчике сигналы могут подвергаться и иным преобразованиям, которые делают их менее подверженными действию помех (помехоустойчивое кодирование), более скрытыми и т. д.

Модулированные высокочастотные колебания излучаются с помощью передающей антенны, распространяются в виде радиоволн до места приема и принимаются приемной антенной. В приемнике принятый сигнал также подвергается ряду преобразований. Приемник усиливает принятый сигнал, отделяет (фильтрует) его от посторонних сигналов (помех) и, наконец, детектирует. Детектированием называется преобразование сигнала, обратное модуляции. Целью этого преобразования является получение низкочастотного (первичного) сигнала из высокочастотного модулированного колебания. Низкочастотный сигнал поступает в оконечный аппарат (громкоговоритель, ондулятор, кинескоп те-левиз.ора и др.), который преобразует его в исходное сообщение или в такую форму сообщения, которая удобна для его дальнейшего использования.

Таким образом, в процессе передачи и приема сообщений электрические сигналы, отображающие передаваемые сообщения, подвергаются многочисленным преобразованиям в радиотехнических устройствах, состоящих из радиотехнических цепей. Обшей целью этих преобразований является придание сигналам таких свойств, которые необходимы для передачи сообщений на заданное расстояние в заданных условиях.

Классификация радиотехнических цепей

Радиотехнические цепи принято делить на линейные и нелинейные (с сосредоточенными или с распределенными параметрами).

Линейные цепи состоят из линейных элементов (резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов и пр.), параметры которых {R. l а С) не зависят от величины действующих на них напряжений и токов. Токи, протекающие в таких цепях, пропорциональны приложенным напряжениям.

Линейные цепи подчиняются принципу суперпозиции, согласно которому результат воздействий на линейную цепь (или на линейный элемент) нескольких э. д. с. (или нескольких токов) равен сумме результатов, определенных для каждого воздействия в отдельности. Математическое описание процессов, протекающих в линейных цепях, может быть осуществлено с помощью линейных дифференциальных уравнений (см. § 1-9), которые в свою очередь составляются на основании принципа суперпозиции и законов Кирхгофа (см. § 4-6).

Линейные радиотехнические цепи подвергаются воздействиям э. д. с. (или токов), быстро меняющихся во времени. Законы изменения этих воздействий весьма разнообразны. Каждому из них соответствует свой спектр (см. § I-I3), т. е. свой набор гармонических колебаний, которые в сумме дают данный закон изменения воздействия во времени.

Если параметры элементов, составляющих линейную цепь, не меняются во времени, то при любом спектре воздействующей на цепь э. д. с (или тока) спектры токов и напряжений, возникающих в линейной цепи, не содержат колебаний с частотами, отсутствующими в спектре воздействия. Однако в цепи, составленной из линейных элементов, параметры которых меняются во времени, могут появляться колебания новых частот, не представленных в спектре воздействующей иа цепь э. д. с. Явления, возникающие в линейных цепях с переменными параметрами, носят название параметрических (см. 5-12).

В радиотехнических устройствах линейные цепи служат для передачи электрических процессов и поэтому в большинстве случаев представляют собой четырехполюсники, имеющие два входных и два выходных зажима (рис. 5-1). Входной электрический процесс (э. д. с. или ток возбуждающего генератора) называется воздействием, а выходной электрический процесс - откликом.

Воздействие эквивалентно действию иа входе цепи некоторого источника электрической энергии с внутренним сопротивлением Ri и э. д. с. S. При анализе цепей бывает удобно изъять из источника его внутреннее сопротивление и присовокупить его

в литературе также встречаются термины входной и выходной ток (или напряжение).

к схеме (например, подключить его последовательно входу четырехполюсника). Оставшийся источник без внутреннего сопротивления называют генератором э. д. с. (генератор задающей э. д. с). Развиваемое им напряжение всегда равно э. д. с, т. е. напряжению холостого хода источника с внутренним сопротивлением.

Иногда бывает удобней задавать ие э. д. с. и внутреннее сопротивление источ-

Рис. 5-1. Схема четырехполюсника.

ника, а его ток короткого замыкания /к,з= =S/ZiH внутреннюю проводимость У,- = = \/Zi.B этом случае можно изъять из источника его внутреннюю проводимость Yi и подключить ее к схеме (параллельно зажимам источника). Оставшийся источник называют генератором тока (генератором задающего тока). Задаваемый им ток всегда равен току короткого замыкания .источника с внутренней проводимостью (см. § 4-3).

Аналогично этому под откликом цепи можно подразумевать как ток, так и напряжение на выходе цепи.

В основу классификации линейных радиотехнических цепей по их назначению может быть положено соотношение между воздействием и откликом.

Линии передачи предназначены для неискаженной передачи электрических процессов на расстояние; в них отклик должен по возможности точно повторять воздействие.

Линии задержки вызывают необходимое запаздывание отклика по сравнению с воздействием (чаще всего без искажения формы).

Фильтры служат для выделения из спектра воздействия колебаний определенных частот, при этом форма отклика не будет совпадать с формой воздействия.

Нелинейные цепи, помимо линейных элементов, имеют также и нелинейные элементы (например, электронные, полупроводниковые или ионные приборы), параметры которых зависят от величин протекающих через эти приборы токов или величин действующих на эти приборы напряжений. Принцип суперпозиции в таких цепях не выполняется.

При воздействии на нелинейную цепь переменной э. д. с. в цепи возникают токи и напряжения, имеющие новые частоты, не содержащиеся в спектре приложенной э. д. с, т. е. спектр отклика нелинейной цепи всегда богаче спектра воздействия. Поэтому нелинейные радиотехнические цепи используют-в главным образом для осуществления

процессов, связанных с трансформацией (преобразованием) спектров. Например, генераторы электрических колебаний преобразуют энергию источника постоянного напряжения в энергию автоколебаний. Модуляторы осуществляют трансформацию и сдвиг спектра передаваемого си1-нала в область более высоких частот, на которых легче осуществить излучение сигнала передающей антенной и прием сигнала приемной антенной. Преобразователи частоты смещают спектр сигнала в ту область, где наиболее целесообразно осуществлять его усиление и фильтрацию, а детекторы (демодуляторы) возвращают спектр принятого высокочастотного сигнала в область низких частот и т. д.

Поскольку трансформация спектра сигнала может быть осуществлена не только нелинейной цепью, ио и линейной цепью с меняющимися во времени параметрами, указанная классификация сохраняется и для устройств, использующих для преобразований спектра параметрические явления в линейных цепях. Выбор принципа преобразования спектра (нелинейное или параметрическое) определяется соображениями удобства и экономичности.

5-2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ

Все методы анализа линейных радиотехнических цепей основываются на принципе суперпозиции и уравнениях Кирхгофа (см. § 4-6). Общим методом анализа цепей является метод составления и решения дифференциального уравнения цепи (см. § 1-9, 1-10). Однако при практическом решении задач можно ограничиться более простыми и удобными методами. Ниже дается краткий обзор этих методов. Первые пять из них являются методами отыскания токов и напряжений на участках цепи по заданным нескольким воздействиям в разных частях цепи. Последние два метода относятся к случаю отыскания отклика цепи на одно сложное воздействие.

Метод наложения

При определении токов в ветвях линейной цепи с несколькими источниками мож--но поочередно оставлять в схеме по одной э. д. с, полагая все остальные э. д. с. источников равными нулю, но оставляя в схеме их внутренние сопротивления. . Согласно принципу суперпозиции действительные токи в ветвях цепи равны алгебраической сумме токов, вызываемых каждой э. д. с. в отдельности.

Если цепь содержит как генераторы э. д. с, так н генераторы тока то, применяя метод наложения, находят токи, вызванные каждым генератором, э. д. с. и каждым генератором тока. Действительные токи ветвей определяют алгебраическим суммированием полученных составляющих.

Метод узловых напряжений

Этот метод может применяться после того, как все входяшие в цепь генераторы преобразованы в генераторы задающих токов. В цепи выбирают опорный узел (обычно это заземленная точка схемы), тогда всем остальным узлам можно приписать узловые напряжения относительно опорного узла. Генераторы включены между узлами, поэтому каждому узлу можно приписать задающие токи присоединенных к нему генераторов с соответствующими знаками. Уравнения баланса токов в каждом узле образуют систему уравнений узловых напряжений. При записи токов и напряжений комплексными амплитудами (или операционными изображениями) каждое из этих уравнений имеет вид

Е Yji Ui = /з/. (5-1)

где 1- номер уравнения в системе, определяемый номером рассматриваемого узла;

/зу-суммарный задающий ток узла /;

и I- узловое напряжение узла i; /4=5/-взаимная проводимость узлов / и 1, т. е. сумма проноднмостей всех ветвей, соединяющих узлы с номерами у и i; Yjj - собственная проводимость узла /, т. е. проводимость, действующая между у.злом / и всеми остальными узлайи, если их соединить накоротко. Число таких уравнений /=с-I, где с -число узлов в цепи. Токи берутся со знаком плюс, если они направлены к рассматриваемому узлу, и со знаком минус при обратном направлении.

Если задающий ток !з} действует только на

один узел / (т. е. генератор тока /, включен между узлом / и опорным узлом), то узловое напряжение (У,- любого узла i определяется формулой KptMepa ( см. § I-I6)

Ul=~Ki. (5-la)

где Д-главный определитель системы узловых напряжений цепи; Rji - его алгебраическое дополнение, равное произведению (-!)+ на минор, получаемый из Д путем вычеркивания в нем строки у и столбца l

Если генераторы задающих токов действуют на несколько узлов, то напряжение на узле / можно определить как сумму напряжений, создаваемых каждым генератором

(5-16)

Зная узловые напряжения, можно определить токи в ветвях схемы по закону Ома.

Пример 1. В схеме рис. 5-2 для применения этого метода заменим источники э.д.с..

Рис. 5-2. К примеру 1.

о, г О

Рис. 5-3. К примеру 2.

Sa, Za И Sc, Zc источниками задающих токов, как показано на рис. 5-3, где

/за = SalZd, 4 =<?с/2с; Ко = 1/Zo; Yo = 1/Z,; yb = yizbvya = l/Z.

Для этой схемы имеем

/з1=/за - /зс! /з2 = /зс + /з(г1 Yix = Ya-yb + Yc\ К22=У<г + 5с; К,2 = K21 = Yc

и уравнения узловых напряжений имеют вид

KIIfЛ--K2г>г = /зь

21 t/i + YizUz = /32-Главный определитель этой системы

КпК,2 К21 К22

его алгебраические дополнения

Ди = 5221 Д12 = - Yii\ Д21 = - К12; Л22=К11.

Тогда узловые напряжения определяются выражениями:

= К.. К22 -К12К,

12 I Ml

; 1 1

Д д

(2 - д /з1+ д /з.. .

Зная эти напряжения, можно определить токи в проводимостях по закону Ома. Например, ток в проводимости Уь равен/й = (У1Уь, а ток в проводимости Кс равен 1с- = (Ui-Ui)Yc.