Яан Калда. Электрические цепи · раздел книги

Калда, электрические цепи: задача 102

Условие

[По мотивам IPhO-1984] Электронный частотный фильтр состоит из четырёх элементов, как показано на рисунке: два конденсатора ёмкости \(C\), катушка \(L\) и резистор \(R\). Входное напряжение \(V_{\text{вх}}\) подаётся на входные выводы, а выходное напряжение \(V_{\text{вых}}\) измеряется идеальным вольтметром на выходных выводах, см. рисунок. Частоту \(\nu\) входного напряжения можно свободно регулировать. Найдите отношение \(V_{\text{вых}}/V_{\text{вх}}\) и сдвиг фазы между входным и выходным напряжениями для следующих случаев: (а) на пределе очень высоких частот; (б) на пределе очень низких частот; (в) в случае такой частоты \(\nu_0\), при которой на резисторе нет напряжения; (г) в случае такой частоты \(\nu_1\), при которой мощность, выделяющаяся в схеме, максимальна (считая, что амплитуда входного напряжения поддерживается постоянной). Найдите также частоты \(\nu_0\) и \(\nu_1\).

Рисунок 96

▶Подсказка и ответСкрыть
Подсказка и ответ

Подсказка. Используйте идею 38: для (а) катушки можно «отрезать», а конденсаторы закоротить; для (б) наоборот. Для (в) импеданс соединения катушек и конденсаторов должен быть бесконечным (это резонанс напряжений), а поскольку на резисторе нет напряжения, его можно закоротить. Для (г) напряжение на \(R\) должно быть максимальным, а значит, модуль полного импеданса — минимальным; это означает, что импеданс соединения катушек и конденсаторов равен нулю (резонанс токов).

Ответ. 1, 0; 1, 0; 1, \(\pi\), \(\nu_0 = 4\pi/\sqrt{2LC}\); \(\sqrt{1+\frac L{R^2C}}\), \(\arctg\frac L{R^2C}\), \(\nu_1 = 2\pi/\sqrt{LC}\).

Следующая задача 103 →