Frisk_3_tom-37-118
.pdfДанные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного сопротивления RC-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц.
Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 2.
4.6 Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи
4.6.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи от частоты
Получите зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе U2 в
RC-цепи (рис. 3) от частоты
U2=MAG(V(C1)), =ph(V(C1)).
Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18).
На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 30.
Рис. 30
Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run.
Данные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного напряжения U2 RC-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц.
Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 3.
87
4.7 Сборка L-цепи
Собрать схему с источником синусоидального напряжения и катушкой (рис. 4). Из предыдущей схемы удалите резистор и конденсатор (Delete).
4.7.1 Ввод катушки
Ввести катушку L1= L=31 мГн (31m).
Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду катушка Inductor (рис. 31).
Рис. 31 Курсор примет форму катушки. Поместите его на рабочее окно и щелкните левой
кнопкой мыши. Появиться окно Inductor. Введите значение индуктивности 31m в окне Value
(рис. 32).
Рис. 32
88
Нажмите кнопку OK.
Подсоедините катушку к источнику. В окне редактора появиться следующее
изображение (рис. 33).
Рис. 33
4.8 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления L- цепи
4.8.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления катушки L-цепи от частоты
Убедитесь, что введены все элементы правильно.
Получите зависимость модуля и фазы комплексного сопротивления катушки от частоты
|ZL|=|UL/I|=MAG(V(L1)/I(L1)), arg(ZС)=arg(UС/I)=ph(V(L1)/I(L1)).
Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18) введите необходимые данные для построения двух графиков.
В результате построения получите искомые графики (рис. 34).
89
Рис. 34
Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run.
Данные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного сопротивления L-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц.
Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 4.
4.9 Сборка RL-цепи
Добавьте в предыдущую схему резистор R1=3 кОм=3k (рис. 35).
Рис. 35
4.10 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RLцепи
4.10.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи от частоты
Получите зависимость модуля и фазы комплексного сопротивления катушки от частоты
(рис. 5)
|ZRL|=|U1/I|=MAG(-1*V(V1)/I(V1)), arg(ZRL)=arg(U1/I)=ph(-1*V(V1)/I(V1)).
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 сопротивления RL-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц.
Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 5.
90
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
U |
|
|
1 |
U |
|
2 |
|
1 |
|||
|
|
j RC |
|||
|
|
|
|
Для дифференцирующей цепи
u |
|
(t) K |
|
du1 |
, |
|
2 |
2 |
dt |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
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