Frisk_3_tom-37-118

Лабораторная работа № 30

Моделирование на ЭВМ переходных процессов в цепях первого порядка

1 Цель работы

С помощью машинного эксперимента исследовать переходные процессы в цепях первого порядка.

2 Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения теории переходных процессов в электрических цепях стр.

109-119 [1], стр. 157-167 [2], стр. 185-198 [3] и стр. 41-44 [4] выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [5, 6].

3 Предварительный расчет

3.1 Рассчитать постоянные времени RC для неразветвленной RC-цепи, если C1=0,25

мкФ, а R1 принимает значения R1=20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5120 Ом (рис. 1).

Рис. 1

Полученные данные занести в таблицу 1.

3.2 Рассчитать постоянные времени RL для неразветвленной RL-цепи, если L1=45 мГн, а

R1 принимает значения R1=20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560 и 5120 Ом (рис. 2).

37

Рис. 2

Полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

По предварительному расчету (C1=0,25 мкФ, L1=45 мГн)

RC, мкс

RL, мкс

По экспериментальным данным

RC, мкс

RL, мкс

3.3 Рассчитать и построить временные зависимости тока i(t), напряжения на резисторе uR(t) и напряжения на конденсаторе uC(t) в неразветвленной RC-цепи, если цепь включается на постоянное напряжение. Принять E1=1 В, R1=160 Ом, C1=0,25 мкФ, t [0; 3RC] (рис. 3).

Рис. 3

Занесите полученные графики в соответствующий раздел отчета.

38

3.4 Рассчитать и построить временные зависимости тока i(t), напряжения на резисторе uR(t) и напряжения на катушке uL(t) в неразветвленной RL-цепи, если цепь включается на постоянное напряжение. Принять E1=1 В, R1=160 Ом, L1=45 мГн, t [0; 3RL] (рис. 4).

Рис. 4.

Занесите полученные графики в соответствующий раздел отчета.

4 Порядок выполнения работы

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).

39

Рис. 5

4.2 Сборка схемы RC-цепи

Соберем схему RC-цепи содержащий V1=1V, R1=160 Ом, C1=0.25u, t [0; 3RC] (рис. 2).

4.2.1 Ввод батареи

Ввести источник постоянного напряжения V1=1 В.

Выберите Battery (рис. 6) или откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources\Battery.

Рис. 6

Курсор примет форму графического изображения батареи. Поместите его на рабочее окно, так как показано на рис. 7.

40

Рис. 7

Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Battery.

Введите значение (Value) один вольт 1V (рис. 8).

Рис. 8

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

Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 9).

41

Рис. 9

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

4.2.2 Ввод земли

Выберите землю Ground (рис. 10) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground.

Рис. 10

Установите землю снизу от источника напряжения V1. Аналогичным образом установите еще две земли для ключа (рис. 11).

Рис. 11 42

4.2.3 Ввод резистора

Ввести резистор R1=160 Ом.

Выберите резистор Resistor (рис. 12) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor.

Рис. 12

Курсор примет форму резистора (прямоугольник с выводами). Поместите его на рабочее окно возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Resistor. В окне Value

введите значение сопротивления R1=160 Ом (160), нажмите кнопку OK (рис. 13).

Рис. 13

В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 14). 43

Рис. 14

4.2.4 Ввод ключа

Откройте меню Component\Analog Primitives\Special Purpose и выберите ключ Switch

(рис. 15).

Рис. 15

Введите параметры ключа, управляемого временем. При T>0 ключ должен замкнуться,

поэтому в окне Switch значение (Value), в латинском регистре, впишите T,0 (рис. 16).

44

Рис. 16

Нажмите кнопку ОК.

Установите землю у полюсов «+» и «-» ключа и возле батареи. При необходимости,

можно поворачивать элементы с помощью клавиш поворота и отражения (рис.17).

Рис. 17

45

4.2.5 Ввод конденсатора

Ввести незаряженный конденсатор C1=0.25u=0,25 мкФ.

Выберите Capacitor (рис. 18) или откройте меню Component\Analog Primitives\Passive

Components/Capacitor .

Рис. 18

Введите значение емкости 0.25u и нулевые начальные условия IC=0 (рис. 19).

Рис. 19

Нажмите кнопку ОК.

46