Кіріспе
Электр желісі теоремасы. Фостердің реактивтілік теоремасы – электр желісін талдау және синтез салаларында маңызды теорема. Теоремаға сәйкес, пассивті, жоғалтусыз екі терминалды (бір портты) желінің реактивтілігі жиілікпен қатаң монотонды түрде өседі. Индукторлар мен конденсаторлардың реактивтілігі жеке-жеке жиілікпен өсетіні белгілі, және осы негізде пассивті жоғалтусыз желілер үшін жалпы дәлелдеме құрастыруға болады. Теореманың дәлелін 1924 жылы Рональд Мартин Фостер ұсынған, бірақ осы принциптен бұрын American Telephone & Telegraph компаниясының Фостердің әріптестері жариялаған болатын. Теореманы өткізгіштікке (адмиттанс) және оны қамтитын иммиттенциялар тұжырымына дейін кеңейтуге болады. Фостер теоремасының салдары ретінде реактивтіліктің нөлдері мен полюстері жиілік бойынша кезектесіп орналасуы керек. Фостер осы қасиетті осы желілерді іске асыру үшін екі канондық форманы әзірлеу үшін пайдаланды. Фостердің жұмысы желілік синтезді дамыту үшін маңызды бастама болды. Активті компоненттер, мысалы, күшейткіштерді пайдалану арқылы Фостер емес желілерді құруға болады. Олар теріс индуктивтілік немесе сыйымдылыққа тең кедергіні (импеданс) тудыра алады. Теріс кедергі түрлендіргіші – мұндай тізбектің мысалы.
Foster's reactance theorem is an important theorem in the fields of electrical network analysis and synthesis. The theorem states that the reactance of a passive, lossless two terminal (one port) network always strictly monotonically increases with frequency. It is easily seen that the reactances of inductors and capacitors individually increase with frequency and from that basis a proof for passive lossless networks generally can be constructed. The proof of the theorem was presented by Ronald Martin Foster in 1924, although the principle had been published earlier by Foster's colleagues at American Telephone & Telegraph. The theorem can be extended to admittances and the encompassing concept of immittances. A consequence of Foster's theorem is that zeros and poles of the reactance must alternate with frequency. Foster used this property to develop two canonical forms for realising these networks. Foster's work was an important starting point for the development of network synthesis. It is possible to construct non Foster networks using active components such as amplifiers. These can generate an impedance equivalent to a negative inductance or capacitance. The negative impedance converter is an example of such a circuit.
Мысалдар
Келесі мысалдар осы теореманы бірнеше қарапайым тізбектерде көрсетеді.
Көтермелі емес желілер
Фостер желісі пассивті болуы керек, сондықтан қуат көзі бар белсенді желі Фостер теоремасына бағынбауы мүмкін. Мұндай желілер «Фостер емес желілер» деп аталады. Атап айтқанда, оң кері байланысы бар күшейткіштерді қамтитын тізбектер жиілік өскен сайын реактивтілігінің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Мысалы, теріс сыйымдылық пен индуктивтілікті теріс кедергі түрлендіргіш тізбектерін пайдаланып жасауға болады. Бұл тізбектер оң реактанс сияқты ±π/2 фазалық бұрышы бар иммитанс функциясына ие болады, бірақ жиілікке қатысты теріс еңіспен реактанс амплитудасына ие болады. Олар қызығушылық тудырады, себебі Фостер желісі орындай алмайтын міндеттерді орындай алады. Мысалы, әдеттегі пассивті Фостер кедергі сәйкестендіру желілері антеннаның кедергісін тарату желісімен тек дискретті жиіліктерде ғана сәйкестендіре алады, бұл антеннаның өткізу қабілетін шектейді. Фостер емес желі жиіліктердің үздіріссіз диапазонында антеннамен сәйкес келе алады. Теорема алғаш рет 1922 жылы Кэмпбелл тарапынан жарияланды, бірақ дәлелдемесіз. Теорема сүзгілерді жобалауда бірден кеңінен қолданылды және 1923 жылы Зобельдің сүзгілерді жобалаудағы соңғы жетістіктерді қорытындылаған маңызды еңбегінде дәлелмен бірге келтірілді. Фостер келесі жылы өзінің канондық іске асыру формаларын қамтитын мақаласын жариялады. Германиядағы Кауэр Фостердің жұмысының маңыздылығын түсініп, оны желілік синтездің негізі ретінде пайдаланды. Кауэрдің көптеген инновацияларының бірі – олардың арасындағы изоморфизмді анықтағаннан кейін Фостердің жұмысын барлық 2 элементті желілерге кеңейту болды. Кауэр рационалды бір портты желінің полиномдық функциясы бойынша іске асырылуының қажетті және жеткілікті шартын табуға қызығушылық танытты, бұл шарт қазір оң нақты функция ретінде белгілі, ал кері проблема – желілердің эквиваленттілігі, яғни бірдей полиномдық функцияға ие болуы. Бұл екеуі де желі теориясы және сүзгілерді жобалаудағы маңызды мәселелер болды. Фостер желілері – іске асырылатын желілердің тек бір бөлігі ғана.