Frisk_3

4.11 Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи

4.11.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи от частоты

Получите зависимость модуля и фазы комплексного напряжения на катушке U2 в RL-

цепи (рис. 6) от частоты

U2=MAG(V(L1)), =ph(V(L1)).

Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18) введите необходимые данные для построения двух графиков.

Полученные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного напряжения U2 в RL-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5

кГц.

Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 6.

5 Обработка результатов машинного эксперимента

Сравнить полученные графики и данные с графиками и данными, полученными в предварительном расчете. Сделать выводы по каждому пункту исследования.

6 Вопросы для самопроверки

1.Какая частота называется граничной для RL-цепи?

2.Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

3.Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте?

4.К чему стремиться модуль тока RL-цепи при увеличении частоты?

5.Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте равной нулю?

7 Содержание отчета

Отчет оформляется (ГОСТ 7.32-2001) в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, 1,5 интервала.

Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал:

титульный лист; цель работы; результаты предварительного расчета и машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены

в напечатанном виде вопросы для самопроверки и краткие ответы на них.

91

8Литература

1.Фриск В.В. Основы теории цепей. –М.: РадиоСофт, 2002. - 288 с.

2.Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей. –М.: Радио и связь,

2003. - 592 с.

3. Урядников Ю.Ф. и др. Теория электрических цепей. Часть I. - М.: МТУСИ, 1999. - 66

с.

4. Амелина М. А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования MicroCap Версии 9, 10. – Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2012. – 617 с.

92

Лабораторная работа № 33

Исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей

1 Цель работы

С помощью машинного эксперимента получить форму напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах напряжения на входе.

Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

2 Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения теории по активным интегрирующим и дифференцирующим цепям стр. 22, 50-53, 102 [1], стр. 104-106 [2], выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [3].

3 Предварительный расчет

3.1 Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи, показанной на рис. 1, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, прямоугольную и треугольную форму соответственно. Принять K1=10.

Рис. 1

3.2 Рассчитать комплексную передаточную функцию H для активной цепи (рис. 2).

Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе активной интегрирующей цепи, показанной на рис. 2, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, С=100 нФ, R=1 кОм.

93

Рис. 2

3.3 Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи,

показанной на рис. 3, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, прямоугольную и треугольную форму соответственно. Принять K2=6.

Рис. 3

3.4 Рассчитать комплексную передаточную функцию H для активной цепи (рис. 4).

Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи, показанной на рис. 4, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, С=100 нФ, R=1 кОм.

Рис. 4

94

4 Порядок выполнения работы

Входное напряжение

Для всех схем принять

u1 (t) U m sin(2 ft), - синусоидальное входное напряжение где Um=1 В – амплитуда входного напряжения;

f=2 кГц – частота входного напряжения; t[0; 1] мс – время.

u1(t) - прямоугольное входное напряжение (рис. 31)

VZERO=–1 – минимальное значение, В;

VONE=1 – максимальное значение, В;

Р1=0 – начало переднего фронта, с;

Р2=0 –начало плоской вершины импульса, с;

Р3=0.25e-3 – конец плоской вершины импульса, с;

Р4=0.25e-3 – момент достижения уровня VZERO, с;

P5=0.5e-3 – период следования импульсов, с.

u1(t) - треугольное входное напряжение (рис. 35);

VZERO=-1, VONE=1, P1=0, P2=0.25e-3, P3=0.25e-3, P4=0.5e-3, P5=0.5e-3.

Для интегрирующей цепи

t

u2 (t) K1 u1 (x)dx,

0

где

u2(t) – выходное напряжение;

K1 – коэффициент пропорциональности.

Для активной интегрирующей цепи

Для дифференцирующей цепи

95

где

u2(t) – выходное напряжение;

K2 – коэффициент пропорциональности.

Для активной дифференцирующей цепи

U 2 j RCU 1

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. 5) собрать исследуемую схему

(рис. 2).

Рис. 5

4.2 Сборка активной интегрирующей цепи

Собрать схему с источником синусоидального напряжения резистором и конденсатором (рис.

2).

4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения

Ввести источник V1 синусоидального напряжения (Sin Source) с амплитудой Um=1

В=A=1, частотой F=2 кГц (F=2k).

96

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

(рис. 6).

Рис. 6

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=2k, A=1, RS=1m. Остальные значения равными нулю (рис.

7).

97

Рис. 7

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

Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис.8).

Рис. 8 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 8). Нажмите кнопку ОК (рис. 7).

98

4.2.2 Ввод земли

Выберите землю Ground (рис. 9) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground.

Рис. 9

Установите землю, снизу от источника V1. Добавьте еще две земли (рис. 10).

Рис. 10

4.2.3 Ввод конденсатора

Ввести конденсатор С1=100 нФ=100n.

Введите конденсатор (рис. 11) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду конденсатор Capacitor.

Рис. 11 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 10n в окне Value (рис. 12).

99

Рис. 12

Нажмите кнопку OK.

В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 13).

Рис. 13

4.2.4 Ввод резистора

Ввести резистор R1=1 кОм=1k.

Выберите резистор Resistor (рис. 14) или откроите меню Component\Analog

Primitives\Passive Components\Resistor.

100