Методичка к курсовой работе
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимский государственный авиационный технический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовой работе по теории электрических цепей
УФА-2007
1
Составители : Т.И.Гусейнова,Л.С.Медведева
УДК 621.3(076.5)
Методические указания к курсовой работе по теории электриче- ских цепей / УГАТУ; Сост. Т.И.Гусейнова,Л.С.Медведева Уфа, 2007, 21 с.
Методические указания предназначены для студентов, выпол- няющих курсовую работу по курсу “Теоретические основы электро- техники”. Курсовая работа включает расчеты установившихся и пе- реходных процессов в цепях, содержащих четырехполюсники с зави- симыми источниками.
Методические указания содержат задание на курсовую работу и рекомендации по ее выполнению.
Ил. 20 Библиогр.: 4 наз.
Рецензенты: д-р физ.-мат.наук, проф. К.А.Валеев,
кафедра общей физики Башкирского государственного университета;
канд.техн.наук, К.В.Токунцов, главный инженер СКТБ “Искра”
2
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра теоретических основ электротехники
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовой работе по теории электрических цепей
УФА-2007
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение |
4 |
|
1. |
Методы расчета электрических цепей, содержащих |
|
|
четырехполюсники и управляемые источники |
5 |
2. |
Краткие теоретические сведения |
9 |
Список литературы |
21 |
|
4
Введение
В настоящее время при создании радиоэлектронной и вычисли- тельной техники получила широкое развитие разработка микроэлек- тронных устройств. В связи с этим представляет интерес изучение методов анализа процессов в электрических цепях, содержащих мно- гополюсные элементы типа транзисторов, операционных усилителей и т.д. В соответствии с требованиями государственного общеобразо- вательного стандарта высшего профессионального образования ин- женер электротехнических специальностей должен уметь рассчиты-
вать установившиеся и переходные режимы сложных электрических цепей с использованием прикладных программных средств.
Предлагаемая курсовая работа содержит задания для студентов на расчет установившегося режима в цепи с гармоническим источни- ком ЭДС при наличии двухполюсных и четырехполюсных элемен- тов, исследование частотных характеристик цепей и расчет переход- ного режима. Студенту выдается индивидуальная распечатка с топо- логией расчетной схемы и цифровыми данными, на основании кото- рой определяются параметры пассивного и активного четырехпо- люсников, их каскадного соединения. Расчет проводится на заданной частоте. Далее исследуется частотная характеристика коэффициента передачи по напряжению для обоснования фильтрующих свойств це- пи. Расчет переходного процесса позволяет анализировать прохожде-
ние сигнала по исследуемой цепи при подключении ее к источнику гармонического напряжения.
5
1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, СОДЕРЖАШИХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ И
УПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
1.1. Цели и задачи курсовой работы
Курсовая работа по теоретическим основам электротехники яв- ляется завершающим этапом изучения курса и преследует следую- щие цели:
-приобретение практических навыков теоретического анализа электрической цепи с усилительными элементами;
-закрепление, углубление и расширение знаний по основным разделам курса;
-применение знаний алгоритмических языков и программиро- вания к расчету электрических цепей;
-применение компьютерных технологий для расчета и анализа электрических цепей.
Курсовая работа охватывает следующие разделы курса теорети- ческих основ электротехники: методы расчета сложных цепей, анализ цепей во временной и частотной областях, методы расчета переход- ных процессов.
Задание на курсовую работу студент получает индивидуально.
1.2. Задание на курсовую работу
В работе исследуется установившийся и переходный режимы в электрической цепи, изображенной на рисунке 1.1
|
|
I1' |
|
|
|
|
I '2 |
I1" |
|
|
|
|
I"2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
|
|
А |
|
|
|
|
U вых |
||||||
|
|
|
' |
|
|
|
' |
" |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
" |
|
|
|
||||||
U вх U |
1 |
|
|
|
2 |
U1 |
|
|
|
|
U 2 |
Rн |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1.1.
6
1.2.1. В соответствии с вариантом задания построить схему пас- сивного четырехполюсника П (рисунок 1.2), содержащего последова- тельное (Z) или параллельное (Y) соединение резистора Ri и емкости
Ci (i=1,2,3),
1 |
R0 |
Z 2 |
(Y 2 ) |
||
|
|
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
Z1(Y1) |
|
|
Z 3(Y 3 ) |
|
|
|
1′ |
|
|
|
|
2′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1.2.
и активного четырехполюсника (усилителя) А (рисунок 1.3).
|
|
|
iк |
|
iб |
К |
2 |
|
|
||
1 |
|
UК |
|
|
Б |
||
|
|
|
|
|
|
Э |
|
Ra
1′
2′
a)
Ra |
|
|
1 |
Б |
|
iб |
||
|
||
1′ |
|
2
К 
iк
UК
Э
2′
b)
7
|
Rd |
Rc |
- |
1 |
|
|
2 |
U у" |
+ |
1′ |
U у' |
2′ |
|
|
c) |
|
Рис.1.3. |
1.2.2.Записать выражения для А-параметров пассивного четы- рехполюсника в функции частоты. Рассчитать эти параметры на за- данной частоте f. Проверить принцип взаимности.
1.2.3.Рассчитать А-параметры усилителя, используя линейную схему замещения с зависимыми источниками (рисунок 1.3).
Для усилителей (рисунок 1.3,а, 1.3,б) транзисторы заданы h- параметрами:
|
h =103 Ом , |
h =10−4, |
|
|
11 |
12 |
=10−4 См, |
|
h = 5× (n +10), |
h |
|
|
21 |
22 |
|
а сопротивления |
Ra = n, кОм, Rb =100n, кОм, где n-номер вариан- |
||
та.Усилитель с |
(рисунок 1.3,с) содержит идеальный операционный |
||
усилитель. Сопротивления выбрать |
по формулам: Rc = n, кОм, |
||
R = (n +10)×102, кОм. |
|
|
|
d |
|
|
|
1.2.4.Рассчитать А-параметры каскадного соединения пассив- ного и активного четырехполюсников (рисунок 1.1).
1.2.5.Определить входное сопротивление RВх.А усилителя, на-
груженного на резистор Rн . Расчет выполнить двумя способами:
а) путем вычисления отношения напряжения к току на входе усилителя по схеме замещения, представленной на рисунке 2.4;
б) через A-параметры усилителя.
1.2.6. Найти коэффициент передачи по напряжению K п пассив- ного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление RВх.А .
8
1.2.7. Найти коэффициент передачи по напряжению K А актив- ного четырехполюсника (усилителя), нагруженного на сопротивление
Rн .
1.2.8. Найти коэффициент передачи по напряжению K каскад- ного соединения четырехполюсников двумя способами:
а) по А-параметрам каскадного соединения четырехполюсников с активной нагрузкой;
б) по коэффициентам передачи K п и K А четырехполюсников. 1.2.9. Рассчитать комплексную частотную характеристику
(КЧХ) по напряжению
K п ( jw)= Kп (w)×e jϕп (ω).
для пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление
RВх.А .
1.2.10. Рассчитать КЧХ по напряжению каскадного соединения
пассивного и активного четырехполюсников
K( jw)= K п ( jw)× K А = K(w)×e jϕ(ω).
1.2.11.Построить частотные характеристики АЧХ - K(ω)и ФЧХ
-ϕ(ω) в одной системе координат. Сделать вывод о фильтрующих
свойствах цепи, приняв за полосу прозрачности диапазон частот, в
котором
K > Kmax 2 ,
где Kmax - максимальное значение модуля коэффициента передачи
по напряжению цепи.
1.2.12. Составить схему для расчета переходного процесса, воз-
никающего при подключении синусоидального источника ЭДС
e(t) = Em sin(ωt + ΨE )
к R-С цепи (рисунок 1.2.), нагруженной на сопротивление RВх.А . Пе-
реходной процесс рассчитать на частоте w = 314c−1. Найти напряже- ние UВых (t) на резисторе Rн в переходном режиме. Построить на од- ном графике напряжение входного и выходного сигналов в зависи- мости от времени.
9
1.2.13.Провести расчет частотных характеристик и переходного процесса в исследуемой электрической цепи с применением Electronics workbench 5.12.(EWB)
1.2.14.С помощью программы EWB проанализировать, как нужно изменить R или C для улучшения фильтрующих свойств за- данного фильтра. Этот пункт выполняется по указанию преподавате- ля.
2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1. Составление расчетной схемы
Топология схемы и цифровые данные выдаются каждому сту- денту в виде распечатки:
ZAD6-806468-12
Y1;Y2;z3;
F=50 Гц
R0=6 кОм
R1=∞ кОм
C1=0.0 мкФ
R2=10 кОм
C2=0.8 мкФ
R3=13.50 кОм
C3=0.1 мкФ
Rн=3.20 кОм
E=350 мВ ;ψE =80 град
УСИЛИТЕЛЬ В
В первой строке задан шифр работы. Вторая строка указывает тип соединения элементов R и C пассивного двухполюсника (Z - по- следовательное, Y - параллельное). Если активное сопротивление R равно нулю, то оно закорачивается; при R= ∞ ветвь разрывается; для С - наоборот. Схема, соответствующая приведенной выше распечат- ке, показана на рисунке 2.1.
10