Фриск том 3

2 Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения ТЭЦ о частотных характеристиках электрических цепей о

комплексных сопротивлениях RC- и RL-цепей стр. 72-76 [1], стр. 83-86 [2] и стр. 33-40 [3].

Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [4]. Выполнить

предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки.

3 Предварительный расчет

3.1 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора ZC (рис. 1), определить его полное сопротивление |ZC| (модуль) и аргумент arg|ZС| (фазу) на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С=38,7 нФ.

Рис. 1 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 1 предварительного расчёта.

3.2 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRC RC-цепи (рис. 2) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм,

С=38,7 нФ.

Рис. 2 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 2 предварительного расчёта.

3.3 Рассчитать напряжения на конденсаторе U2=U2ej , если U1=0,707ej0 на частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рис.3).

Рис. 3

Записать комплексное напряжение U2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 3 предварительного расчёта.

Таблица 3

3.4 Рассчитать в экспоненциальной форме комплексное сопротивление катушки индуктивности ZL (рис. 4) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить её полное сопротивление и аргумент, если L=31 мГн.

Рис. 4 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 4 предварительного расчёта.

3.5 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление ZRL RL-цепи (рис. 5) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм,

L=31 мГн.

Рис. 5

Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 5 предварительного расчёта.

3.6 Рассчитать напряжения на катушке индуктивности U2=U2ej , если U1=0,707ej0 для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рис. 6).

Рис. 6

Записать комплексное напряжение U2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 6 предварительного расчёта.

Таблица 6

73

4 Порядок выполнения работы

Комплексное сопротивление двухполюсника можно рассчитывается следующим образом

где

R=Re(Z) – резистивное сопротивление двухполюсника;

X=Im(Z)= – реактивное сопротивление двухполюсника,

|Z|=Z – модуль комплексного сопротивления двухполюсника;

=arg[Z] – аргумент (фаза) комплексного сопротивления двухполюсника; =2 f – угловая частота;

f – частота;

j 1 – мнимая единица.

Для С-цепи

X L L – индуктивное сопротивление катушки.

Закон Ома для комплексных величин

I UZ – комплексный ток;

U Z I – комплексное падение напряжения;

74

4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap

Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap

C:\MC10DEMO\mc10demo.exe или

ПУСК\Все программы\Micro-Cap 10 Evaluation\Micro-Cap 10 Evaluation.

В появившемся окне Micro-Cap Evaluation Version (рис. 7) собрать исследуемую схему

(рис. 1).

Рис. 7

4.2 Сборка C-цепи

Собрать схему с источником синусоидального напряжения и конденсатором (рис. 1).

4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения

Ввести источник V1 синусоидального напряжения (Sin Source) с амплитудой

Um E 2 0.9 2 1,27 B (A=1.27V), частотой f=6 кГц (F=6k).

Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sin Source

(рис. 8).

75

Рис. 8

Курсор примет форму графического изображения источника (круг со стрелкой).

Поместите его на рабочее окно.

Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Sin Source. Введите 1V в окне Value, F=6k, A=1.27, RS=0.01. Остальные значения равными нулю

(рис. 9).

76

Рис. 9

Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot.

Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 10).

77

Рис. 10 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 10). Нажмите кнопку ОК (рис. 9).

4.2.2 Ввод земли

Выберите землю Ground (рис. 11) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground.

Рис. 11

Установите землю, снизу от источника V1 (рис. 12).

Рис. 12

78

4.2.3 Ввод конденсатора

Ввести конденсатор С1=38,7 нФ (38.7n).

Введите конденсатор (рис. 13) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду конденсатор Capacitor.

Рис. 13 Курсор примет форму прибора (две параллельные линии с двумя выводами). Поместите

его на рабочее окно, правее V1 и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Capacitor.

Введите значение емкости 38.7n в окне Value (рис. 14).

Рис. 14

Нажмите кнопку OK.

В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 15).

Рис. 15

79

4.2.4 Ввод проводников

Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и удерживая левую кнопку мыши «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 16).

Рис. 16

В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса

(http://frisk.newmail.ru/) файл L32_1.CIR (File\Open…) (рис. 17).

Рис. 17

4.3 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления C- цепи

4.3.1Построение зависимости модуля сопротивления С-цепи от частоты

Убедитесь, что введены все элементы правильно.

Получите зависимость модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты

|ZС|=|UС/I|=MAG(V(С1)/I(С1)).

Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18).

80