ВВЕДЕНИЕ. Подобно тому, как основные законы, методы исследования и обобщения в области электротехники стали предметом специаль­ного теоретического курса «Теоретические

Подобно тому, как основные законы, методы исследования и обобщения в области электротехники стали предметом специаль­ного теоретического курса «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ), в области радиотехники сложился теоретический курс «Теоретические основы радиотехники» (ТОР). Дальнейшее разви­тие и дифференциация радиоэлектроники привели к выделению из этих курсов отдельных теоретических дисциплин «Теория электро­радиоцепей» (ТЭРЦ), «Теория электромагнитного поля» (ТЭМП) и др.

Курс ТЭРЦ представляет обобщение основных разделов тео­ретических основ электро- и радиотехники, относящихся к мето­дам анализа и синтеза различных электро- и радиотехнических цепей. Теория электрорадиоцепей определяет методологическую основу двух обширных областей науки и техники: электротехники и радиотехники. Курс ТЭРЦ содержит общую теорию сигна­лов, цепей и инженерные методы их расчета, анализа и, син­теза. Он основывается на дисциплинах физики и высшей матема­тики.

Главные задачи, решаемые в теории электрорадиоцепей, могут быть подразделены на две группы: анализ и синтез. Задачей ана­лиза является исследование процессов, протекающих в цепи с за­данной структурой при известных параметрах ее элементов. Задача синтеза заключается, наоборот, в отыскании структуры цепи и параметров ее элементов, при которых процессы в ней бу­дут подчиняться заданным закономерностям. Синтез является зна­чительно более сложной задачей, чем анализ.

Курс ТЭРЦ является фундаментальной дисциплиной для спе­циалистов радиотехнического профиля. На нем основываются та­кие дисциплины, как «Основы радиолокации», «Радиопередающие и радиоприемные устройства», «Основы импульсной техники», «Основы автоматики» и др. Совместно с ними курс ТЭРЦ обеспе­чивает обучение курсантов и слушателей умелому и эффектив­ному использованию и совершенствованию радиоэлектронных средств ПВО. Обучение по дисциплине ТЭРЦ направлено на овла­дение инженерными методами расчета, анализа и синтеза самых

различных электро- и радиотехнических, а также радиоэлектрон­ных схем и систем.

Большой вклад в развитие теоретических основ электро- и ра­диотехники внесен многими русскими и советскими учеными. Пер­вые труды в области электричества в России принадлежат гени­альному русскому ученому М. В. Ломоносову. В развитие радиотехники выдающийся вклад сделал замечательный русский ученый, изобретатель радио А. С. Попов — преподаватель электро­техники в Минном офицерском классе в Кронштадте.

Трудно переоценить вклад в развитие радиотехники в Совет­ской России, сделанный сотрудниками Нижегородской радиола­боратории во главе с известным ученым профессором М. А. Бонч-Бруевичем. Эта лаборатория, ставшая первым нашим научно-исследовательским институтом в области радио, была организо­вана в 1918 г. по инициативе В. И. Ленина.

К фундаментальным работам в области электро- и радиотех­ники, оказавшим существенное влияние на их развитие, относятся труды советских ученых, в том числе академиков Ю. Б. Кобзарева, В. А. Котельникова, В. Ф. Миткевича, Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси, членов-корреспондентов АН СССР К. А. Круга, В. И. Сифорова и др.

Значительный вклад внесли советские ученые и в развитие тео­ретических основ электро- и радиотехники, а вместе с этим и тео­рии электрорадиоцепей как фундаментальных дисциплин высшей школы.

Составной частью курса ТЭРЦ является общая теория цепей. Три последних десятилетия свидетельствуют, что классическая теория цепей стала областью науки, приложение которой все дальше расширяется, отходя от ее первоначальных задач — ана­лиза и синтеза электрорадиоцепей. Успехи радиоэлектроники, микроэлектроники и вычислительной техники сводят в настоящее время классическую теорию цепей к положению специализирован­ного раздела более общей теории — теории систем, которая изу­чает все типы систем, а не только электро- и радиотехнические системы. Это вполне закономерно, так как теория цепей и теория систем различного типа имеют общую математическую основу.

Множество явлений и объектов в окружающей нас действи­тельности могут быть представлены в виде систем. В широком смысле система — это совокупность взаимодействующих элемен­тов произвольной природы. Обычно на систему действуют внешние воздействия или возмущения, называемые входными сигналами. В качестве реакции, т. е. отклика на это действие, система выпол­няет некоторые функции, появляются выходные сигналы.

Первым важным шагом в анализе системы является ее пред­ставление с помощью математической модели, математических вы­ражений. Однако математические модели представляют физиче­скую реальность в некоторой упрощенной, идеализированной форме. Такая идеализация, упрощение, является одной из харак-

терных черт научного метода, заключающегося в обобщении боль­шого числа сложных фактов, явлений и приведении в соответствие им простой, понятной теории, математических соотношений. Это делает понятными многие наблюдаемые явления.

Методы теории цепей основаны на представлении системы эк­вивалентной цепью, состоящей из идеализированных элементов, параметры которых выражают параметры реальной системы. Та­кая цепь, представленная совокупностью идеализированных эле­ментов, является идеализированной моделью реального устрой­ства. Эквивалентная электрическая цепь может рассматриваться как одна из форм представления системы дифференциальных уравнений, описывающих реальную физическую систему. Эти уравнения, в свою очередь, могут быть легко найдены при рас­смотрении и анализе эквивалентной цепи. Причем основные ме­тоды и правила нахождения этих уравнений оказываются полно­стью не зависимыми от типа физической системы, которая пред­ставляется цепью, будь то электрическая, механическая, акустическая или другая система. Решение уравнений цепи выра­жает реакцию или отклик анализируемой системы на входные воз­действия при заданных начальных условиях.

Таким образом, методы теории цепей включают:

составление эквивалентной идеализированной цепи, соответ­ствующей реальной системе или устройству;

составление, запись и решение уравнений цепи;

приведение полученных результатов в соответствие с анализи­руемой реальной системой.

В основе всего курса теории цепей лежит диалектический ме­тод—единственный научный метод познания. «От живого созер­цания, — говорит В. И. Ленин, — к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности» (Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 29, с. 152—153).

Теория цепей строится на основе физических законов и мате­матических методов путем определения идеальных элементов цепи и установления основных аксиом. Аксиомами являются законы Кирхгофа, а идеализированные элементы достаточно разно­образны, чтобы обеспечить моделирование большинства реальных устройств.

Известно, что законы сохранения, т. е. постоянства какой-то ве­личины, заняли главенствующее положение среди законов при­роды. Законы Кирхгофа по своей сути являются законами сохра­нения. Поэтому методы теории цепей, основанные на этих зако­нах, можно применять для решения широкого по своему разнооб­разию круга системных задач.

Теория электрорадиоцепей — пример в значительной мере ма­тематизированной дисциплины, что является ее сильной стороной. Математические методы — важный инструмент теории цепей. Ма­тематизация технических наук позволяет глубже раскрыть про­цессы объективно существующей реальности. По словам Лео-

нардо да Винчи, никакой достоверности нет в науках там, где нельзя приложить ни одной из математических наук, и в том, что не имеет связи с математикой. При этом, конечно, исключительно важное значение имеет указание В. И. Ленина о том, что любое математическое уравнение, описывающее то или иное явление, следует связать с реально существующим объектом, с объективной реальностью.

Познакомившись с методами теории цепей с наиболее общей точки зрения, перейдем к изучению на их основе методов анализа и синтеза электрорадиоцепей, являющихся одной из разновидно­стей систем. С помощью этих методов изучим особенности про­цессов, протекающих в электрорадиоцепях при действии различ­ных сигналов и возмущений, познакомимся с характеристиками сигналов и особенностями их прохождения через различные цепи.