-44-

Министерство образования российской Федерации

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

Кафедра теоретической радиотехники и электроники

расчет Частотных и переходных

характеристик электрических цепей

Учебное пособие по выполнению курсовых и

расчетно – графических работ по дисциплине

«Электротехника и электроника»

Казань 2003

УДК 621.38/39(075) Составитель: Погодин Д.В.

Расчет частотных и переходных характеристик электрических цепей. Учебное пособие к курсовой и расчетно-графическим работам по дисциплине “Электротехника и электроника”. / авт. - сост. Д.В. Погодин, - Казань; КГТУ им. Туполева, 2003 - 39с.

Методическое пособие по курсовой работе по курсу Электротехника и Электроника предназначено для студентов 2-го курса специальности 2007.

В пособии приведены краткие теоретические сведения и методические советы по выполнению курсовой работы. Показаны примеры решения аналогичных заданий и требования к оформлению курсовой работы. Каждый индивидуальный вариант курсовой работы содержит задание три задания. В первом из них анализируются частотные характеристики линейных электрических цепей, во втором - анализируются переходные процессы в цепи. Расчеты выполняется с применением ЭВМ. В третьем задании экспериментально, путем моделирования заданной цепи с помощью программы Electronics Workbench (EWB), определяются рассчитанные характеристики.

Варианты заданий могут быть использованы для расчетно-графических работ по смежным дисциплинам.

Табл. 4. Ил.6. Библиогр: 2 назв.

Рецензенты: кафедра Электротехники и электропривода Казанского государственного технологического университета. Зав. Кафедрой д.т.н., профессор Миляшов Н.Ф.;

к.т.н., доцент Кропачев Г.Ф. (Казанский государственный технологический университет).

Введение

Курсовая работа по курсу Электротехника и электроника ставит целью систематизации, закрепления и углубления теоретических знаний, а также приобретения практических навыков аналитического расчета и экспериментального измерения основных характеристик электрических цепей.

Студенты выполняют курсовую работу по материалу, требующему глубокого усвоения основных разделов курса. Курсовая работа состоит в расчете частотных (входных и передаточных) и переходных характеристик электрической цепи. Обсуждение основных вопросов курсовой работы проводится на консультациях и занятиях, посвященных указанным выше темам. Трудоемкие расчеты выполняются с использованием ЭВМ.

Работа выполняется в течение семестра. На первой консультации каждому студенту выдается индивидуальное задание, в котором указана схема электрической цепи и параметры ее элементов.

В дополнение к аналитическим методам расчета в курсовой работе проводится экспериментальное измерение (компьютерное моделирование) частотных и переходных характеристик электрической цепи с помощью измерительных приборов входящих в состав виртуальной измерительной лаборатории Elektronics workbench (ewb).

Раздел 1 Частотные характеристики электрических цепей

Большинство электрических цепей используются для передачи электрических сигналов от источника сигнала в нагрузку. В тех случаях, когда схема цепи неизвестна, или не представляет интереса, ее изображают в виде прямоугольника с рядом выводов. С помощью их электрическая цепь соединяется с другими элементами устройства.

На рис.1.1 показана обобщенная электрическая цепь. Слева располагается вход, к нему подключают источник сигнала, а справа-выход.

-воздействие, -oтклик,

т.е. Отклик цепи = параметр·воздействие

Электрические колебания, создаваемые на входе цепи, называют входным сигналом или воздействием, обозначим его х(t). Сигнал на выходе цепи, воздействующий на нагрузку, называют реакцией цепи, откликом или выходным сигналом – у(t). В общем случае связь между откликом и воздействием имеет вид некоторого уравнения:

y (t)= F_{(x(t), a, b, c, ... )} , (1)

т.е. отклик цепи зависит от воздействия x(t), схемы цепи и параметров элементов входящих в цепь (а, в, с…).

При гармоническом воздействии вместо мгновенных значений сигнала можно пользоваться их комплексными амплитудами x(t) , y(t) , а уравнение (1) для линейной цепи принимает вид линейного алгебраического уравнения:

= H_{(a, b, c,...)} ,

здесь H(a, b, c,...) – параметр цепи, зависит от параметров элементов схемы и схемы их соединения, в общем случае это комплексная величина.

В зависимости от числа выводов (полюсов) все цепи подразделяют: двухполюсники, четырехполюсники и многополюсники.

1.1. Параметры двухполюсника (z, y)

Для двухполюсника (рис.1.2) параметрами являются:

1 . комплексное сопротивление двухполюсника (здесь воздействием считают ток , а откликом - напряжение =Z ,тогда параметр - =R+jX; где R и X – активная и реактивная составляющие сопротивления двухполюсника);

2. комплексная проводимость двухполюсника .(здесь - воздействием является напряжение - , а откликом- ток - =Y ; параметр - Y=1/Z=G+jB; где: G и B активная и реактивная составляющие проводимости двухполюсника).

1.2. Параметры четырехполюсника (zвх, yвх, ku, Ki)

Для четырехполюсника (рис.1.3) все параметры могут быть разбиты на четыре группы :

1. входные параметры. По отношению к источнику сигнала четырехполюсник является двухполюсником, а потому имеет аналогичные ему параметры:

1 ) комплексное входное сопротивление ;

2) комплексная входная проводимость .

2. передаточные параметры. Они характеризуют передачу сигналов через четырехполюсник со входа на выход т. е. в прямом направлении:

1) комплексный коэффициент передачи напряжения ( = , = );

2) комплексный коэффициент передачи тока , ( , );

3) комплексное сопротивление прямой передачи Z_n = U_2m/I_1m , ( , ), или K_UI-коэффициент преобразования U в I ;

4) комплексная проводимость прямой передачи Y_m = I_2m/U_1m , ( , ). или K_IU-коэффициент преобразования I в U.

2. Выходные параметры:

1. комплексное выходное сопротивление ;

2. комплексная выходная проводимость , где - комплексная амплитуда выходного напряжения при холостом ходе на выходе ( ), - комплексная амплитуда выходного тока при коротком замыкании ( ) на выходе.

2. Параметры обратной передачи. Они характеризуют передачу сигналов через четырехполюсник, с выхода на вход, т.е. в обратном направлении. Их названия аналогичны названиям передаточных параметров.