Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электрондық схеманы талдау әдісі
Electronic circuit analysis method
Кіші сигналмен модельдеу – электрондық инженерлікте қолданылатын, сызықтық емес құрылғыларды қамтитын электрондық схемалардың мінез-құлқын жуықтау үшін арналған, кең таралған талдау техникасы. Бұл техника электрондық схемаларға қатысты қолданылады, онда АЖ сигналдары (яғни схемадағы уақыт бойынша өзгеретін токтар мен кернеулер) DC токтары мен кернеулеріне қарағанда шағын болады. Кіші сигнал моделі – бұл AC эквивалентті схема, онда сызықтық емес схема элементтері, олардың сипаттамалық қисығының тепе-теңдік нүктесіне жақын бірінші реттік (сызықтық) жуықтауымен анықталатын сызықтық элементтермен ауыстырылады.
Small signal modeling is a common analysis technique in electronics engineering used to approximate the behavior of electronic circuits containing nonlinear devices with linear equations. It is applicable to electronic circuits in which the AC signals (i. e., the time varying currents and voltages in the circuit) are small relative to the DC bias currents and voltages. A small signal model is an AC equivalent circuit in which the nonlinear circuit elements are replaced by linear elements whose values are given by the first order (linear) approximation of their characteristic curve near the bias point.
Шолу
Көптеген қарапайым электр тізбектерінде қолданылатын электр компоненттері, мысалы, резисторлар, индукторлар және конденсаторлар сызықтық болып табылады. Осы компоненттермен құрылған тізбектер сызықтық тізбектер деп аталады, олар сызықтық дифференциалдық теңдеулермен басқарылады және Лаплас түрлендіруі сияқты қуатты математикалық жиілік доменді әдістермен оңай шешіледі. Керісінше, электрондық тізбектерді құрайтын көптеген компоненттер, мысалы, диодтар, транзисторлар, интегралды схемалар және вакуумдық түтіктер сызықтық емес; яғни, олар арқылы өтетін ток кернеуге пропорционал емес, ал транзисторлар сияқты екі терминалды құрылғылардың шығысы олардың кірісіне пропорционал емес. Олардағы ток пен кернеу арасындағы байланыс график бойынша қисық сызықпен, олардың сипаттамалық қисығымен (I-V қисығы) көрсетіледі. Әдетте, мұндай тізбектердің қарапайым математикалық шешімдері жоқ. Олардағы ток пен кернеуді есептеу үшін көбінесе графикалық әдістер немесе SPICE сияқты электрондық тізбектерді модельдеу бағдарламаларын қолдана отырып, компьютерлік модельдеу қажет. Алайда, кейбір электрондық тізбектерде, мысалы, радио қабылдағыштарда, телекоммуникацияларда, сенсорларда, өлшеу құралдарында және сигналды өңдеу тізбектерінде, айнымалы ток (AC) сигналдары тізбектегі тұрақты ток (DC) кернеулері мен токтеріне қарағанда "кішкентай" болады. Мұндай жағдайларда, бұрылыс теориясын қолдану арқылы сызықтық эквивалентті тізбектің жуық шамасын алуға болады, бұл тізбектің айнымалы ток (AC) мінез-құлқын оңай есептеуге мүмкіндік береді. Бұл тізбектерде, транзистор және вакуумдық түтік сияқты сызықтық емес компоненттердің жұмыс нүктесін орнату үшін қуат көзінен тұрақты ток немесе кернеу (жағдай) қолданылады, ал өңделуге арналған сигналды білдіретін уақыт бойынша өзгеретін айнымалы ток (AC) ток немесе кернеу оған қосылады. Сипаттамалық қисықтың графигіндегі жағдай тогы мен кернеуін көрсететін нүкте тыныш нүкте (Q нүктесі) деп аталады. Аталған тізбектерде айнымалы ток (AC) сигналы жағдайға қарағанда кішкентай болады, бұл Q нүктесінің маңындағы тізбектегі тұрақты кернеудің немесе токтың кішкентай өзгерісін білдіреді. Егер құрылғының сипаттамалық қисығы сигналмен қамтылған аймақта жеткілікті тегіс болса, Тейлор қатарын қолдану арқылы сызықтық емес функцияны жағдай нүктесіне жақын бірінші реттік ішінара туындысымен жуықтауға болады (бұл сипаттамалық қисықты жағдай нүктесінде оған жанама түзу сызықпен жуықтауға тең). Бұл ішінара туындылар сигнал көретін инкременттік сыйымдылықты, кедергіні, индуктивтілікті және күшейтуді көрсетеді және нақты тізбектің кішкентай айнымалы ток (AC) сигналына жауабын беру үшін сызықтық эквивалентті тізбек құру үшін қолданылуы мүмкін. Бұл "кішкентай сигнал моделі" деп аталады. Кішкентай сигнал моделі тізбектегі тұрақты ток (DC) тогы мен кернеуіне (Q нүктесіне) тәуелді. Жағдайды өзгерту жұмыс нүктесін қисықтарда жоғары немесе төмен жылжытады, осылайша сигнал көретін эквивалентті кішкентай сигналдың айнымалы ток (AC) кедергісін, күшейтуін және т.б. өзгертеді. Өзіндік сипаттамалары үздіксіз, бірмәнді, тегіс (дифференциалданатын) қисықпен берілген кез келген сызықтық емес компонентті сызықтық кішкентай сигнал моделімен жуықтауға болады. Электрондық түтіктер, диодтар, өрістік эффектілі транзисторлар (FET) және биполярлы транзисторлар үшін кішкентай сигнал модельдері бар, атап айтқанда гибридтік пи модель және әртүрлі екі терминалды желілер. Өндірушілер көбінесе мұндай компоненттердің кішкентай сигнал сипаттамаларын өздерінің деректер кестелерінде "типік" жағдай мәндерінде көрсетеді.
Many of the electrical components used in simple electric circuits, such as resistors, inductors, and capacitors are linear. Circuits made with these components, called linear circuits, are governed by linear differential equations, and can be solved easily with powerful mathematical frequency domain methods such as the Laplace transform. In contrast, many of the components that make up electronic circuits, such as diodes, transistors, integrated circuits, and vacuum tubes are nonlinear; that is the current through them is not proportional to the voltage, and the output of two port devices like transistors is not proportional to their input. The relationship between current and voltage in them is given by a curved line on a graph, their characteristic curve (I V curve). In general these circuits don't have simple mathematical solutions. To calculate the current and voltage in them generally requires either graphical methods or simulation on computers using electronic circuit simulation programs like SPICE. However in some electronic circuits such as radio receivers, telecommunications, sensors, instrumentation and signal processing circuits, the AC signals are "small" compared to the DC voltages and currents in the circuit. In these, perturbation theory can be used to derive an approximate AC equivalent circuit which is linear, allowing the AC behavior of the circuit to be calculated easily. In these circuits a steady DC current or voltage from the power supply, called a bias, is applied to each nonlinear component such as a transistor and vacuum tube to set its operating point, and the time varying AC current or voltage which represents the signal to be processed is added to it. The point on the graph of the characteristic curve representing the bias current and voltage is called the quiescent point (Q point). In the above circuits the AC signal is small compared to the bias, representing a small perturbation of the DC voltage or current in the circuit about the Q point. If the characteristic curve of the device is sufficiently flat over the region occupied by the signal, using a Taylor series expansion the nonlinear function can be approximated near the bias point by its first order partial derivative (this is equivalent to approximating the characteristic curve by a straight line tangent to it at the bias point). These partial derivatives represent the incremental capacitance, resistance, inductance and gain seen by the signal, and can be used to create a linear equivalent circuit giving the response of the real circuit to a small AC signal. This is called the "small signal model". The small signal model is dependent on the DC bias currents and voltages in the circuit (the Q point). Changing the bias moves the operating point up or down on the curves, thus changing the equivalent small signal AC resistance, gain, etc. seen by the signal. Any nonlinear component whose characteristics are given by a continuous, single valued, smooth (differentiable) curve can be approximated by a linear small signal model. Small signal models exist for electron tubes, diodes, field effect transistors (FET) and bipolar transistors, notably the hybrid pi model and various two port networks. Manufacturers often list the small signal characteristics of such components at "typical" bias values on their data sheets.
Айнымалы жазуы
DC шамалары (бәйел деп те аталады), уақытқа қатысты тұрақты мәндер, үлкен әріптермен және үлкен әріптермен индекстермен белгіленеді. Мысалы, транзистордың DC кіріс кернеуі былай белгіленеді. Мысалы, орташа мәні нөлге тең болатын кіші сигналдар кіші әріптермен және кіші әріптермен индекстермен белгіленеді. Модельдеу үшін көбінесе қолданылатын кіші сигналдар синусоидты немесе "AC" сигналдары болып табылады. Мысалы, транзистордың кіріс сигналы былай белгіленеді. Мысалы, кіші және үлкен сигналдардың жиынтығы ретіндегі жалпы шамалар кіші әріптермен және үлкен әріптермен индекстермен белгіленеді. Мысалы, аталған транзистордың жалпы кіріс кернеуі былай белгіленеді. Жалпы сигналдың кіші сигналдық моделі – бұл жалпы сигналдың DC компоненті мен кіші сигналдық компонентінің қосындысы, немесе алгебралық жазуда, мысалы, .
DC quantities (also known as bias), constant values with respect to time, are denoted by uppercase letters with uppercase subscripts. For example, the DC input bias voltage of a transistor would be denoted For example, one might say that Small signal quantities, which have zero average value, are denoted using lowercase letters with lowercase subscripts. Small signals typically used for modeling are sinusoidal, or "AC", signals. For example, the input signal of a transistor would be denoted as For example, one might say that Total quantities, combining both small signal and large signal quantities, are denoted using lower case letters and uppercase subscripts. For example, the total input voltage to the aforementioned transistor would be denoted as The small signal model of the total signal is then the sum of the DC component and the small signal component of the total signal, or in algebraic notation, For example,
PN қосылу диодтары
Диодтың (көп сигналды) Шокли теңдеуін, диодтың бейастық нүктесі немесе тыныш нүктесі (кейде Q нүктесі деп аталады) бойынша сызықтық түрде өңдеу арқылы диодтың кіші сигналдық өткізгіштігін, сыйымдылығын және кедергісін анықтауға болады. Бұл процедура диодты модельдеу# Кіші сигналдық модельдеу тақырыбында толығырақ сипатталған, және жартылай өткізгіш құрылғыларының кіші сигналдық модельдерінде қолданылатын сызықтық өңдеу рәсімінің мысалын ұсынады.
The (large signal) Shockley equation for a diode can be linearized about the bias point or quiescent point (sometimes called Q point) to find the small signal conductance, capacitance and resistance of the diode. This procedure is described in more detail under diode modelling#Small signal modelling, which provides an example of the linearization procedure followed in small signal models of semiconductor devices.
Кіші сигнал мен үлкен сигнал арасындағы айырмашылықтар
Үлкен сигнал – схеманың сызықтық емес мінез-құлқын ашуға жеткілікті амплитудаға ие кез келген сигнал. Бұл сигнал тұрақты ток (DC) немесе айнымалы ток (AC) сигналы болуы мүмкін, тіпті кез келген сигнал да болуы мүмкін. Сигналдың үлкен деп есептелуі үшін оның амплитудасы қанша болуы керек, схемаға және қолданылатын жағдайға байланысты. Кейбір өте сызықтық емес схемаларда барлық сигналдарды үлкен сигналдар деп қарастыру қажет. Кіші сигнал – үлкен сигналдың моделінің бір бөлігі. Сандарды шатастырмау үшін, кіші сигналдың (модельдің бір бөлігі) және кіші сигнал моделінің (үлкен сигналдың моделі) бар екенін ескеру қажет. Кіші сигнал моделі кіші сигналдан (орташа мәні нөлге тең, мысалы, синусоида, бірақ кез келген айнымалы ток сигналы қолданылуы мүмкін) және бейімделген сигналдан (немесе тұрақты ток сигналынан) тұрады, олардың қосындысы модельденетін бастапқы (үлкен) сигналға тең болады. Сигналды екі компонентке бөлу арқасында суперпозиция принципін қолдануға болады, бұл талдауды жеңілдетеді (егер суперпозиция қолданылатын жағдайда). Кіші сигналдың схемаға тигізетін әсерін талдағанда, сызықтық емес компоненттер, яғни тұрақты ток компоненттері, сызықтық еместігін ескере отырып, жеке талданады.
A large signal is any signal having enough magnitude to reveal a circuit's nonlinear behavior. The signal may be a DC signal or an AC signal or indeed, any signal. How large a signal needs to be (in magnitude) before it is considered a large signal depends on the circuit and context in which the signal is being used. In some highly nonlinear circuits practically all signals need to be considered as large signals. A small signal is part of a model of a large signal. To avoid confusion, note that there is such a thing as a small signal (a part of a model) and a small signal model (a model of a large signal). A small signal model consists of a small signal (having zero average value, for example a sinusoid, but any AC signal could be used) superimposed on a bias signal (or superimposed on a DC constant signal) such that the sum of the small signal plus the bias signal gives the total signal which is exactly equal to the original (large) signal to be modeled. This resolution of a signal into two components allows the technique of superposition to be used to simplify further analysis. (If superposition applies in the context.) In analysis of the small signal's contribution to the circuit, the nonlinear components, which would be the DC components, are analyzed separately taking into account nonlinearity.