Необходимый фактор при анализе нелинейных цепей

ЛИТЕРАТУРА

1. Конструирование и расчет полосковых устройств/ Под ред. И. С. Ковалева. - М.: Сов. радио, 1974,- 296 с.

2. Ганстон М. А. Р. Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ.- М.: Связь, 1976,-152 с.

3. Справочник по расчету и конструированию полосковых устройств/ С. И. Бахарев, В. И. Вольман, Ю. Н. Либ и др.; Под ред. В. И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982,328 с.

4.Полосковые платы и узлы. / Е.П. Котов, В.Д. Каплун, A.A. Тер-Маркарян и др.- М.: Сов. радио, 1979.

5. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ-устройств.- М.: Радио и связь, 1987.- 428 с.

6. Фуско В. СВЧ цепи. Анализ и проектирование. Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1990,- 288 с.

7. Справочник по элементам полосковой техники/ Под ред. А. Л. Фельдштейна. - М.: Связь, 1979.- 336 с.

8. Григорьев А. Д. Электродинамика и техника СВЧ,-

М.: Высш. шк., 1990.- 335 с.

9. Микроэлектронные устройства СВЧ/ Н. Т. Бова, Ю. Г. Ефремов, В. В. Конин и др. К.: Техника, 1984.- 184 с.

10. Бал Дж., Гардж Р. Формулы для МПЛ с конечной толщиной полоски// ТИИЭР, Т. 65, 1977,- С. 1611-1612.

11. Микроэлектронные устройства СВЧ/ Под ред. Г. И. Веселова,- М.: Высш. шк., 1988.- 280 с.

12. Богачков И. В. Выбор аппроксимации для вычисления волнового сопротивления полосковой и микрополос-ковой линий. - Омский гос. техн. ун-т, Омск, 1999. // Деп в ВИНИТИ 24.01.99.

13. Справочник по специальным функциям/ Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган,- М.: Наука, 1979,- 832 с.

14. Градштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений,- М.: Наука, 1971 -1100 с.

15. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Т. 3. Пер. с англ. - М.: Наука, 1967 - 300 с.

Б.И.МИХАЙЛОВ, А.К.ЕЛЬЦОВ

УДК 621.396.7

НЕОБХОДИМЫЙ ФАКТОР ПРИ АНАЛИЗЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ

ПОКАЗАНО, ЧТО ПРИ АНАЛИЗЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ В РЯДЕ СЛУЧАЕВ ДОПУСКАЕТСЯ БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ПОЯСНЕНИЙ НЕПРАВИЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИГНАЛА НА ВХОДЕ ЭТИХ ЦЕПЕЙ. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА ПОЗВОЛЯЕТ УЧИТЫВАТЬ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С НЕЛИНЕЙНЫМИ ЦЕПЯМИ.

При анализе нелинейных цепей радиоэлектронных устройств широко используются математические модели гармонических сигналов. ЭДС такого сигнала имеет вид

е, = Е„, coscot.

В литературе во многих случаях с целью упрощения напряжение сигнала, приложенное к входу нелинейной цепи, принимается гармоническим

м„ = t/ coscot.

Этот случай изображен на рис. 1а. Нелинейная цепь при этом рассматривается отдельно и может представлять собой двухполюсник или четырехполюсник. В ряде случаев воздействие на входе нелинейной цепи изображается в виде ЭДС (Рис. 16), согласно выражению (1), без каких-либо пояснений.

Входное сопротивление нелинейной цепи зависит от амплитуды сигнала по своей природе и лишь в частных случаях приведенные упрощения могут быть допустимы. На практике к таким случаям можно отнести воздействие сигналов с амплитудами не более нескольких милливольт на вход усилителей, построенных на лампах или полевых транзисторах. На входе нелинейных цепей, построенных

на биполярных транзисторах или диодах, при воздействиях с такими же амплитудами, амплитуды образуемых гармоник или комбинационных составляющих могут превышать десятки микровольт. Образование нелинейных искажений объясняется изменением входного сопротивления, а возможность их измерения на входе тем, что реальные генераторы и любые каскады, предшествующие нелинейному каскаду, имеют внутреннее сопротивление.

На рис.2 нелинейная цепь приведена совместно с моделью реального источника сигнала. Допустим, что нелинейная цепь безынерционная.

Рис. 2

При ЭДС сигнала (1) ток, протекающий во входном контуре, из-за нелинейных искажений будет представлять собой сумму гармоник

ч>

/£(0 = /, совю / + /2 «»2« /+...= £ /„ со$па> г, (3) где 1П -амплитудное значение п-й гармоники тока.

Напряжение сигнала на входе нелинейной цепи

х-

uc(t) = Emcoscot- Rc^I„cosna>t.

Л=1

Как видим, форма напряжения на входе нелинейной цепи не является гармонической ввиду того, что на сопротивлении источника сигнала присходит падение напряжения от гармоник тока.

Таким образом, при анализе нелинейных цепей следует применять системный подход, при котором учитывается влияние частей системы друг на друга, или, в частном случае, учитывается влияние существенных факторов одной части на работу другой части. Нелинейную цепь следует рассматривать совместно с источником сигнала или предыдущим каскадом как единую систему. Внутрен-

нее сопротивление источника сигнала или предыдущего каскада в этом случае является необходимым фактором, который должен учитываться при анализе нелинейной цепи.

В случае приближенного, качественного анализа вместо (2) можно принимать для напряжения на входе нелинейной цепи выражение

Uc (t) « U COS (Ot.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприемники на полупроводниковых приборах. Теория и расчет.-М.: Связь, 1979.-352 с.

2. Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М..Связь, 1974.-364 с.

3. Филиппов Е. Нелинейная электротехника. Пер. с нем.. М..Энергия, 1976.-496 с.

4. Гуткин Л. С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. -М., Радио и связь, 1986.-288 с.

5. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология.-М.,Наука, 1980.-208 с.

МИХАЙЛОВ Борис Иванович, к.т.н., старший научный сотрудник Омского научно-исследовательского института приборостроения.

ЕЛЬЦОВ Александр Константинович, к.т.н., доцент кафедры радиотехнических устройств и систем диагностики Омского государственного технического университета.

Я5

С) g

£

Si

iS

-Q

I

О

0 С5

-Q

Э ё

3

S; £

-Q

§

1 3

-fl

0Q

О §

о <т>

А.П. ПОПОВ, А.Ю. ВЛАСОВ, Е.Ю. ЛИСНЯК

ОмГТУ

УДК 621.317.311 +541.13

фЕРРОЗОНДОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ БОЛЬШИХ И СВЕРХБОЛЬШИХ ПОСТОЯННЫХ И ВЫПРЯМЛЕННЫХ токов

В СТАТЬЕ РАССМАТРИВАЮТСЯ ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ И СВЕРХБОЛЬШИХ ВЫПРЯМЛЕННЫХ ТОКОВ, ГДЕ В КАЧЕСТВЕ ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЯ ИСПОЛЬЗОВАН ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДА ТЧИК ИЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СТАЛЕЙ С НИЗКОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ. ПОКАЗАНА СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРИБОРА, ПРОВЕДЕН АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ФЕРРОЗОНДОВОМДАТЧИКЕ, ПОЛУЧЕНЫ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ, НА ОСНОВЕ КОТОРЫХ МОЖНО ВЫБРА ТЬ КОНСТРУКТИВНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕРИТЕЛЯ. ПРИБОР ПРЕДНАЗНАЧЕН ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛОВ (АЛЮМИНИЯ, ТИТАНА, МАГНИЯ И ДР.), ИМЕЕТ НЕВЫСОКУЮ СТОИМОСТЬ И СПОСОБЕН РАБОТА ТЬ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРА ТУР.

В современном электрохимическом производстве титана, магния, алюминия и других металлов возникает необходимость измерения в производственных условиях больших и сверхбольших постоянных токов - до нескольких сотен тысяч ампер.

В качестве датчиков (мер) постоянного тока (до нескольких сотен ампер) обычно используют четырехзажим-ные резисторы из манганина. Расширение пределов измерения тока ограничивается допустимой мощностью измерительного резистора, температурной и временной нестабильностью, трудностью создания и поверки мер сопротивления на большие постоянные токи (БПТ).

Важное значение при измерении БПТ имеют бесконтактные методы, основанные на использовании электромагнитных процессов, обусловленных неразрывной связью между электрическими и магнитными полями [1, 2].

Обычно измерение БПТ осуществляется с помощью датчиков (преобразователей) Холла (ПХ). Этот метод основан на применении ПХ для измерения магнитного поля, создаваемого измеряемым током, с использованием закона полного тока:

Если контур интегрирования Т" проходит по воздуху, т.е. не используется ферромагнитный магнитопровод, охватывающий шину с измеряемым током \1Х ), то закон полного тока можно записать следующим образом:

М1=цй-1Х

ь

где в - магнитная индукция.

Измерение тока /х. сводится к измерению магнитной индукции в конечном числе точек магнитного поля, создаваемого измеряемым током I

Основной недостаток ПХ - температурная нестабильность и сильная зависимость выходного сигнала от пространственной ориентации ПХ относительно шины с измеряемым током.

Высокую точность измерения постоянных магнитных полей можно получить с использованием ядерного магнитного резонанса [2], однако ядерный магнитный резонанс непригоден для измерения пульсирующих магнитных полей, которые возникают вокруг шины с выпрямленным током.

Для измерения слабых магнитных полей в геомагнитной навигации широко применяются феррозонды (ФЗ) [3, 4]. В данной работе рассматриваются возможность применения ФЗ для измерения больших выпрямленных токов и вопросы, связанные с разработкой такого измерителя.

На рис. 1а приведена схема измерителя постоянной составляющей выпрямленного тока, протекающего по шине 1. На боковой поверхности шины 1 расположены два ферромагнитных стержня (сердечника) 2, набранных из изолированных между собой листов электротехнической стали, на которых намотаны в противоположные стороны две намагничивающие обмотки и', и >1', , содержащие одинаковое число витков. Эти обмотки включены последовательно и встречно. По обмоткам и'| и щ протекает намагничивающий ток от источника синусоидального тока 3, обладающего достаточно большим внутренним сопротивлением, с периодом Т0 , амплитудой I пА .

Поверх этих сердечников с обмотками и',, и', намотана выходная (сигнальная) обмотка и', ,а наводимое на ней напряжение Ы2 подается на вход усилителя 4. Напряжение = к0 - и2 (к0 - коэффициент усиления по напряжению) с выхода этого усилителя поступает на вход точного выпрямителя, имеющего в своем составе сглаживающий Я, С- фильтр. Напряжение с выхода