Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Высшая школа электроники и компьютерных наук

Кафедра «Инфокоммуникационные технологии»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине "Основы теории цепей и электротехника"

АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

ЮУрГУ– 308-180.2017.12.ПЗ КР

	Руководитель, Старший преподаватель кафедры ИКТ ______________ Д.С. Пискорский "_____" ________________ 2017 г.
	Автор работы: Студент группы КЭ-208 _______________ И.А. Медведев "_____" ________________ 2017 г.
	Работа защищена с оценкой: ____________________________ "_____" ________________ 2017 г.

Челябинск 2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Высшая школа электроники и компьютерных наук

Кафедра «Инфокоммуникационные технологии»

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студента

Медведева Ивана Алексеевича

Группа КЭ - 208

1 Дисциплина: Основы теории цепей и электротехника

2 Тема работы: Анализ линейных электрических цепей

3 Срок сдачи студентом законченной работы 22 декабря 2017г.

4 Перечень вопросов, подлежащих разработке:

4.1 Для заданной цепи построить граф, дерево графа, определить количество ветвей и узлов. Составить и записать систему уравнений по законам Кирхгофа.

4.2 Рассчитать комплексную функцию передачи цепи. Записать выражения для АЧХ и ФЧХ цепи. Построить графики АЧХ и ФЧХ цепи. По графику АЧХ cделать вывод о фильтрующих свойствах цепи: определить частоту среза и полосу пропускания. Приняв за полосу пропускания диапазон частот, в котором:

где - максимальное значение модуля функции передачи напряжения цепи.

4.3 Построить график логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) цепи:

По ЛАЧХ оценить качество фильтра (его частотную избирательность) путем расчета крутизны среза S_ср [дБ/окт] на линейном участке в полосе задержания.

4.4 Расчет напряжения в нагрузке. Используя найденные выражения для АЧХ и ФЧХ цепи определить напряжение на выходе цепи при подаче на вход суммы напряжений:

,

параметры напряжений приведены в таблице 2. Построить осциллограммы и амплитудные спектры входного и выходного напряжений.

4.5 Собрать исследуемую цепь в Multisim. Снять, с помощью программы, АЧХ и ФЧХ цепи и (установив метку на частоте среза по уровню ) сохранить графики. Построить график АЧХ в логарифмическом масштабе (ЛАХЧ). По нему определить крутизну среза S_ср [дБ/окт]. Привести полученные графики в ПЗ.

4.6 Подать на вход исследуемой цепи входное напряжение с параметрами из п.3. Получить с помощью осциллографа, осциллограммы входного и выходного напряжений цепи.

4.7 Оформить ПЗ к курсовой работе в соответствии с требованиями СТО ЮУрГУ 21-2008.

5 Календарный план

Наименование разделов курсовой работы	Срок выполнения разделов работы	Отметка о выполнении руководителя
Подраздел 4.1	до 17 ноября
Подразделы 4.2 - 4.3	до 1 декабря
Подразделы 4.4 и 4.6	до 15 декабря
Подраздел 4.7	до 22 декабря

Руководитель курсовой работы: Д.С. Пискорский

Студент: И.А. Медведев

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………… 5

ХОД РАБОТЫ…………………………………………………………………6

1. Составление системы уравнений по законам Киргофа………….…6

2. Расчет КПФ, составление АЧХ и ФЧХ функции…………...……....7

3. Построение ЛАЧХ, определение крутизны среза………………….11

4. Расчет напряжений в нагрузке………………………………………11

5. Сборка исследуемой цепи в Multisim снятие АЧХ, ФЧХ и ЛАЧХ цепи, определение по ЛАЧХ крутизны среза, определение с помощью осциллографа графиков входного и выходного напряжений…………………………………………...………………13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………….18

Введение

Multisim – это уникальная возможность разработки схем и ее тестирования/эмуляции из одной среды разработки. У такого подхода есть множество преимуществ. Новичкам в Multisim не нужно беспокоиться о сложном синтаксисе SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis – программа эмуляции со встроенным обработчиком схем) и его командах, а у продвинутых пользователей есть возможность настройки всех параметров SPICE.

Кроме традиционного анализа SPICE, Multisim позволяет пользователям подключать к схеме виртуальные приборы. Концепция виртуальных инструментов – это простой и быстрый способ увидеть результат с помощью имитации реальных событий.

При необходимости более сложного анализа Multisim предлагает более 15 различных функций анализа. Некоторые примеры включают использование переменного тока, анализ наиболее неблагоприятных условий и Фурье.

Цель работы – изучение линейных электрических цепей.

Задачи работы:

• Подсчет количества узлов и ветвей цепи, составления по ним графа и дерева графа, запись систем уравнения по законам Кирхгофа

• Расчет КПФ, запись по ней АЧХ и ФЧХ, построение графиков АЧХ и ФЧХ, определение по графику АЧХ частоты среза и полосы пропускания

• Построение графика ЛАЧХ, оценка по ЛАЧХ качества фильтра, путем расчета крутизны среза

• Расчет напряжения в нагрузке

• Сборка исследуемой цепи в Multisim, снятие АЧХ, ФЧХ и ЛАЧХ, определение по ЛАЧХ крутизны среза, определение с помощью осциллографа графики входного и выходного напряжений

ХОД РАБОТЫ

1. Составление системы уравнений по законам Кирхгофа

Рисунок 1 – Исходная электрическая цепь

На Рис.1 представлена заданная электрическая цепь.

Исходные данные:

R₀=1 Ом, R₄=1 Ом, C₂=23,8 мкФ, L₁=11,74мкГн, L₃=11,74мкГн

Число узлов: q=3

Число ветвей: p=5

Рисунок 2 – Граф электрической цепи

На Рис.2. представлен граф данной электрической цепи. На графе изображены 5 ветвей с 3 узлами A,B и C.

Рисунок 3 – Дерево графа электрической цепи

Также для данной электрической цепи было составлено дерево графов (Рис.3.). Условием его составления является соединение всех узлов, но отсутствие каких либо контуров.

Для того, чтобы составить уравнения по законам Киргофа, сначала необходимо посчитать их число. Число уравнений ЗТК считается по формуле: N_ЗТК=q-1, где q - число узлов. Число уравнений ЗНК можно найти из формулы: N_ЗНК=p’-(q-1), где p’-число ветвей с неизвестными токами.

N_ЗТК=2; N_ЗНК=5-2=3

ЗТК (закон токов):

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю. Токи, входящие в узел, берутся со знаком минус, а токи, вытекающие из узла – со знаком плюс.

(1): -I₁ + i₂ + i₃ = 0

(2): - I₃ + i₄ + i₅ = 0

ЗНК (закон напряжений):

Алгебраическая сумма напряжений всех ветвей (элементов) любого контура равна нулю. Если падение напряжения на элементе совпадает с выбранным направлением обхода контура, то оно берется со знаком плюс, если не совпадает, то со знаком минус. Для источников напряжения наоборот.

1. 

2. 

3.