73537

ВОЗДЕЙСТВИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЯ НА ЦЕПЬ С НЕЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Лекция

Физика

На этом же рисунке показана форма тока в цепи с нелинейным элементом it. Из-за нелинейности вольт-амперной характеристики формы напряжения и тока оказываются различными. Воздействие гармонического сигнала на нелинейный элемент спектра тока...

Русский

2014-12-17

371.5 KB

6 чел.

2.8 ВОЗДЕЙСТВИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЯ НА ЦЕПЬ С НЕЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Пусть на нелинейный элемент с вольт-амперной характеристикой i = F(u) подаются гармоническое напряжение сигнала u(t) = Umcoswt и постоянное напряжение смещения U0, которое определяет положение рабочей точки на характеристике, рисунок 13.1. На этом же рисунке показана форма тока в цепи с нелинейным элементом i(t). Из-за нелинейности вольт-амперной характеристики формы напряжения и тока оказываются различными.

Ток i(t) имеет несинусоидальную форму, т. е. не является гармоническим колебанием. В нелинейном элементе возникают новые частоты колебаний и поэтому состав

Рисунок 13.1 - Воздействие гармонического сигнала на нелинейный элемент

спектра тока i(t) = F(U0 + Umcoswt) отличается от состава спектра напряжения u(t).

Так как функция i(t) является периодической с периодом T = 2p¤w, она может быть представлена рядом Фурье (1):

                                                                                                            (1)

Это значит, что ток в нелинейном элементе складывается из постоянной составляющей и бесконечного числа гармоник с частотами w, 2w, 3w,…

Обычно задача анализа заключается в спектральной оценке состава тока, т. е. в нахождении амплитуд спектральных составляющих I0, Im1, Im2, …, Imk, ... в зависимости от постоянного напряжения смещения U0 и амплитуды переменного напряжения Um.

Спектральный состав тока при степенной аппроксимации. Для определения амплитуд гармоник тока подставим выражение для напряжения, приложенного к нелинейному элементу u(t) = U0 + Umcoswt, в формулу полинома, используемого для степенной аппроксимации в окрестности рабочей точки U0:

                (2)

В результате получим

            (3)        

Воспользовавшись известными тригонометрическими формулами

                      (4)

запишем выражение для тока, сгруппировав отдельно все постоянные составляющие, все члены с косинусами, все члены с косинусами удвоенного аргумента и т. п. в следующей форме:

 (5)

В более компактном виде формула (5) выглядит так:

                                        (6)

где значения амплитуд спектральных составляющих I0, Im1, Im2, ... определяются выражениями, заключенными в формуле (5) в скобки.

Спектральный состав тока при кусочно-линейной аппроксимации. На рисунке 13.2 показана форма тока в цепи с нелинейным элементом при кусочно-линейной аппроксимации его характеристики функцией

                                                                                                     (7)

когда на вход подается напряжение u = U0 + Umcoswt.

 Рисунок 13.2 - Воздействие гармонического сигнала большой амплитуды на нелинейный элемент

График тока имеет характерный вид косинусоидальных импульсов с отсечкой. Половина той части периода, в течение которой протекает ток, называется углом отсечки. На рисунке 13.2  угол отсечки обозначен J и показан как на графике тока, так и на графике напряжения. Измеряется угол отсечки в радианах или градусах.

При .                           (8)

Последнее равенство  позволяет определить угол отсечки:

                                (9)

Ток на интервале -J £ wt £ J отличен от нуля и определяется из формулы (7) подстановкой напряжения u(t) = U0 + Umcoswt и напряжения Uотс = U0 + UmcosJ. В результате получаем:

                                                                                     (10)

Периодическую последовательность импульсов тока можно разложить в ряд Фурье. Поскольку эта последовательность является четной функцией переменной wt, ряд Фурье будет содержать помимо постоянной составляющей только косинусоидальные гармонические составляющие:

                                               (11)

Постоянная составляющая и амплитуды гармоник ряда находятся как коэффициенты ряда Фурье.

В общем, амплитуды спектральных составляющих тока рассчитывают:

                                                         (12)

где gk(J) - функция Берга - справочные данные для расчёта Imk. 

Чтобы получить максимальные амплитуды гармоник, выбирают J = 180/k, так как при таких углах отсечки интегральные выражения принимают максимальные значения.

Воздействие суммы гармонических колебаний на цепь с нелинейным элементом


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13895. Диктатура – это государство, в котором все боятся одного, а один – всех 14.52 KB
  Диктатура – это государство в котором все боятся одного а один – всех. А.Моравиан. Государства в которых у власти находятся диктаторы обречены на крах. Такая власть строится на запугивании населения что приводит в конечном счёте к её свержению. Диктатура – пол...
13896. Демократия есть механизм, который гарантирует, что нами управляют не лучше, чем мы того заслуживаем 14.84 KB
  Демократия есть механизм который гарантирует что нами управляют не лучше чем мы того заслуживаем. Б. Шоу. Демократия политический режим при котором власть принадлежит всем или большинству свободных граждан подчиняющихся закону. Но демократия подразумевает не то...
13897. Дело – за юношей, совесть – за взрослым, молитва – за стариком 16.05 KB
  Дело за юношей совесть за взрослым молитва –за стариком. Л. Питер. На каждом этапе социализации человек осуществляет определённый вид деятельности и выполняет определённые социальные роли. Социализация – начавшийся в младенчестве и заканчивающийся в глу...
13898. Весь мир – театр. В нем женщины, мужчины – все актеры. У них есть выходы. И каждый не одну играет роль 19.44 KB
  Весь мир – театр. В нем женщины мужчины – все актеры. У них есть выходы. И каждый не одну играет роль. У. Шекспир Динамика современной жизни во многом заставляет личность приспосабливаться и трансформироваться меняя свою социальную роль. Говоря о социальной струк...
13899. Будь поучтивее с людьми, которых встречаешь, взбираясь наверх, - ты ещё встретишься с ними, когда будешь спускаться 15.52 KB
  Будь поучтивее с людьми которых встречаешь взбираясь наверх ты ещё встретишься с ними когда будешь спускаться У. Мизнер. Человеческая жизнь непредсказуема в ней бывают не только взлёты но и падения. На протяжении всей жизни человек приспосабливается к о
13900. Богатым человека делает его сердце 14.62 KB
  Богатым человека делает его сердце Л. Толстой. Нельзя судить о богатстве человека по толщине его кошелька. Только наличие высоких моральных качеств позволяет считать человека истинно богатым. Нравственность это степень усвоения личностью моральных ценностей
13901. Банки охотно дают деньги тем, кто может доказать, что в них не нуждается 25.5 KB
  Банки охотно дают деньги тем кто может доказать что в них не нуждается. Банк предоставляет свои услуги тем у кого есть средства и источники доходов. Банковская система – совокупность национальных банков и других кредитных учреждений действующих в рамках единого ф
13902. Аномия: определение, причины, характеристики 118.5 KB
  КУРСОВАЯ РАБОТА Аномия: определение причины характеристики Оглавление: Введение Понятие аномии ее характеристики и сущность теории аномии Основные теории аномии: Теория аномии Э. Дюркгейма Теория аномии Р. Мертона Аномия в современно...
13903. Республика Шкид. Глупость под лупой 30.5 KB
  Эссе Республика Шкид. Глупость под лупой Один день содержит 24 часа или 1440 минут. Сколько необходимо человеку для того чтобы совершить глупость И главное почему человек ее делает как так получается А что происходит после ее совершения Под ненаучным термином г