Методические материалы (8) (4) (1) / Multisim Руководство пользователя и лабораторный практикум
.pdf
Таблица 2.2 – Задание для самостоятельного изучения
Вариант |
Um, В |
f, Ом |
|
φ, мГн |
R, Ом |
L, мГн |
C, мкФ |
|
1 |
120 |
10 |
|
0 |
100 |
|
10 |
10 |
2 |
120 |
15 |
|
0 |
96 |
|
12 |
9 |
3 |
120 |
20 |
|
0 |
85 |
|
25 |
8 |
4 |
120 |
25 |
|
0 |
121 |
|
8 |
5 |
5 |
120 |
35 |
|
0 |
114 |
|
33 |
35 |
6 |
120 |
14 |
|
0 |
76 |
|
5 |
50 |
7 |
120 |
18 |
|
0 |
69 |
|
14 |
45 |
8 |
120 |
26 |
|
0 |
99 |
|
18 |
2 |
9 |
120 |
44 |
|
0 |
105 |
|
27 |
1 |
10 |
120 |
58 |
|
0 |
84 |
|
39 |
4 |
11 |
120 |
60 |
|
0 |
80 |
|
45 |
1 |
12 |
120 |
43 |
|
0 |
91 |
|
38 |
3 |
13 |
120 |
33 |
|
0 |
180 |
|
30 |
24 |
14 |
120 |
74 |
|
0 |
129 |
|
20 |
22 |
15 |
120 |
10 |
|
0 |
160 |
|
11 |
32 |
16 |
120 |
64 |
|
0 |
144 |
|
29 |
51 |
17 |
120 |
53 |
|
0 |
110 |
|
31 |
36 |
18 |
120 |
41 |
|
0 |
134 |
|
4 |
24 |
2.3.2 |
Исследование |
переходных |
процессов |
в |
линейных |
|||
электрических цепях
Исследование переходного процесса в последовательной L, R цепи с источником постоянного напряжения.
Рисунок 2.9 – Последовательная L, R цепь
В схеме, представленной на рисунке 2.9, при замыкании ключа происходит переходный процесс, который в соответствии со вторым законом Кирхгофа описывается уравнением
L |
diL |
i R E |
(2.7) |
|
|||
|
dt |
|
|
Решение этого уравнения записывается в виде
71
i(t) I0 I0e |
Rt |
I0 I0e |
t |
|
L |
|
(2.8) |
где τ= RL .
График кривой UR(t)=i (t)R приведен на рисунке 2.10.
Рисунок 2.10 – График кривой UR(t)=i(t)R
Последовательность выполнения работы.
1.Собрать схему, представленную на рисунке 2.9.
2.Подключить к схеме осциллограф, который будет снимать напряжение на резисторе, пропорциональное току в цепи.
3.Включить схему (ключ предварительно разомкнут).
4.Замкнуть ключ клавишей Space.
5.С помощью осциллографа снять зависимость UR(t)=i(t)R.
Задание для самостоятельного изучения приведено в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Задание для самостоятельного изучения
Вариант |
Е, В |
R, Ом |
L, мГн |
1 |
10 |
1 |
100 |
2 |
20 |
2 |
82 |
3 |
30 |
3 |
50 |
4 |
40 |
4 |
76 |
5 |
50 |
3 |
90 |
6 |
60 |
2 |
45 |
7 |
70 |
1 |
36 |
8 |
80 |
6 |
47 |
72
Продолжение таблицы 2.3
Вариант |
Е, В |
R, Ом |
L, мГн |
9 |
90 |
4 |
11 |
10 |
100 |
5 |
65 |
11 |
110 |
3 |
33 |
12 |
120 |
4 |
25 |
13 |
130 |
3 |
34 |
14 |
140 |
2 |
87 |
15 |
150 |
1 |
64 |
16 |
160 |
5 |
14 |
17 |
170 |
3 |
23 |
18 |
180 |
1 |
5 |
19 |
190 |
2 |
7 |
20 |
200 |
6 |
6 |
21 |
210 |
2 |
9 |
22 |
220 |
4 |
10 |
23 |
230 |
1 |
1 |
24 |
240 |
3 |
8 |
25 |
250 |
5 |
5 |
2.3.3 Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях с неидеальным источником синусоидального напряжения
Исследование переходного процесса в последовательной R, C цепи с неидеальным источником синусоидального напряжения.
В схеме, представленной на рисунке 2.11, при замыкании ключа происходит переходный процесс, который в соответствии со вторым законом Кирхгофа описывается уравнением (2.9).
RC dUC UC Um sin(2 ft ) |
(2.9) |
Рисунок 2.11 – Последовательная R, C цепь
dt
Решение этого уравнения записывается в виде
73
|
|
Um |
|
|
|
|
|
Um |
|
|
|
|
|
t |
(2.10) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RC |
|
||||||
UC (t) |
|
|
|
|
sin(2 ft |
2 ) |
|
|
|
|
sin( |
2 )e |
||||
1 (2 fRC) |
2 |
|
1 (2 fRC) |
2 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где φ=arctg(-1/2πfRC).
График кривой UC(t) приведен на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 – График кривой UC(t)
Последовательность выполнения работы.
1Собрать схему, представленную на рисунке 2.11.
2Подключить к схеме осциллограф, который будет снимать напряжение на конденсаторе.
3Включить схему (ключ предварительно разомкнут).
4Замкнуть ключ клавишей Space.
5С помощью осциллографа снять зависимость UС(t).
6Используя данный график, достроить Riпр(t) и Riсв(t).
Задание для самостоятельного изучения приведено в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Задание для самостоятельного изучения
Вариант |
Um, В |
f, Ом |
φ, мГн |
R, Ом |
C, мкФ |
1 |
120 |
10 |
0 |
100 |
10 |
2 |
120 |
15 |
0 |
110 |
9 |
3 |
120 |
20 |
0 |
120 |
8 |
4 |
120 |
25 |
0 |
130 |
5 |
5 |
120 |
35 |
0 |
140 |
35 |
6 |
120 |
14 |
0 |
150 |
50 |
74
Продолжение таблицы 2.4
Вариант |
Um, В |
f, Ом |
φ, мГн |
R, Ом |
C, мкФ |
7 |
120 |
18 |
0 |
160 |
45 |
8 |
120 |
26 |
0 |
170 |
2 |
9 |
120 |
44 |
0 |
180 |
1 |
10 |
120 |
58 |
0 |
190 |
4 |
11 |
120 |
60 |
0 |
200 |
1 |
12 |
120 |
43 |
0 |
190 |
3 |
13 |
120 |
33 |
0 |
180 |
24 |
14 |
120 |
74 |
0 |
170 |
22 |
15 |
120 |
10 |
0 |
160 |
32 |
16 |
120 |
64 |
0 |
150 |
51 |
17 |
120 |
53 |
0 |
140 |
36 |
18 |
120 |
41 |
0 |
130 |
24 |
19 |
120 |
29 |
0 |
120 |
18 |
20 |
120 |
68 |
0 |
110 |
16 |
21 |
120 |
27 |
0 |
100 |
14 |
22 |
120 |
46 |
0 |
155 |
35 |
23 |
120 |
15 |
0 |
165 |
26 |
24 |
120 |
33 |
0 |
175 |
49 |
25 |
120 |
54 |
0 |
185 |
35 |
2.3.4 Исследование переходных процессов в колебательных контурах
Разряд конденсатора на катушку индуктивности при высокой добротности контура (колебательный разряд, 2R 
CL ).
Рисунок 2.13 – Колебательная R, L, C цепь
Переходный процесс при подключении заряженного конденсатора к последовательной RL-цепочке отображается уравнением
75
|
|
LC |
d2i |
RC |
di |
i 0 , |
(2.11) |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
dt2 |
|
|
dt |
|
|
|||
где i – ток в RLC контуре. |
|
||||||||||
|
Корни его характеристического уравнения: |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
j , |
(2.12) |
||
|
|
p |
j |
|
2 2 |
||||||
|
|
1,2 |
|
|
|
|
0 |
св |
|
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
– частота свободных колебаний, |
|
||
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|||||
св |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Тсв 2 – период свободных колебаний,
св
|
R |
|
, 0 |
|
|
|
1 |
|
. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
2L |
|
LC |
|
||||||||||
Решение уравнения: |
|
|||||||||||||
i(t) |
UC0 |
e t sin свt |
(2.13) |
|||||||||||
свL |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Напряжение на конденсаторе |
|
|||||||||||||
uC |
(t) |
ω0 |
|
UC0e δtsin(ωсвt ) |
(2.14) |
|||||||||
ω |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
св |
|
|
|
|
|
|||
где tg |
св |
. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
UC0 – начальное напряжение на конденсаторе. График кривой UC(t) приведен на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 – График кривой UC(t)
Последовательность выполнения работы.
1.Собрать схему, представленную на рисунке 2.13.
2.Подключить к схеме осциллограф, который будет снимать
76
3.напряжение на конденсаторе.
4.Включить схему, предварительно замкнув ключ.
5.Разомкнуть ключ клавишей Space.
6.С помощью осциллографа снять зависимость UС(t).
7.Задание для самостоятельного изучения приведено в таблице 2.5.
Таблица 2.5 – Задание для самостоятельного изучения
Вариант |
U, В |
R, Ом |
L, мГн |
C, мкФ |
1 |
10 |
1 |
1 |
10 |
2 |
20 |
2 |
20 |
5 |
3 |
30 |
3 |
50 |
6 |
4 |
40 |
4 |
70 |
3 |
5 |
50 |
3 |
90 |
2 |
6 |
60 |
2 |
15 |
4 |
7 |
70 |
1 |
36 |
8 |
8 |
80 |
6 |
47 |
9 |
9 |
90 |
4 |
11 |
1 |
10 |
100 |
5 |
5 |
1 |
11 |
110 |
3 |
3 |
1 |
12 |
120 |
4 |
25 |
3 |
13 |
130 |
3 |
34 |
2 |
14 |
140 |
2 |
87 |
2 |
15 |
150 |
1 |
64 |
2 |
16 |
160 |
5 |
14 |
1 |
17 |
170 |
3 |
23 |
3 |
18 |
180 |
1 |
5 |
2 |
19 |
190 |
2 |
7 |
1 |
20 |
200 |
6 |
6 |
6 |
21 |
210 |
2 |
9 |
4 |
22 |
220 |
4 |
10 |
3 |
23 |
230 |
1 |
1 |
2 |
24 |
240 |
3 |
8 |
9 |
25 |
250 |
5 |
5 |
5 |
2.4 Лабораторные работы по электронике
2.4.1 Исследование работы емкостного фильтра на выходе выпрямителя
Если на выход выпрямителя включить конденсатор, то переменная составляющая выходного напряжения будет ослаблена.
Среднее значение выходного напряжения Ud выпрямителя с емкостным
фильтром может приближенно оценено из соотношения |
|
Ud=(U2max+U2min)/2=U2max – U2/2 |
(2.15) |
где U2max и U2min – максимум и минимум выходного напряжения, |
|
ΔU2=U2max–U2min |
(2.16) |
77 |
|
Для оценки качества фильтра обычно используют коэффициент
пульсаций q выходного |
напряжения, который вычисляется из соотношения |
q=(ΔU2/Ud)*100% |
(2.17) |
Рисунок 2.15 – Емкостной фильтр на выходе выпрямителя
Последовательность выполнения работы
1.Собрать схему (рисунок 2.15). На вход А осциллографа подается входное напряжение, а на вход В – выходное. Начальная емкость на конденсаторе С1, начальное сопротивление – R1.
2.В окне редактирования модели трансформатора задать следующие
данные:
Рисунок 2.16 – Окно редактирования модели трансформатора
78
3.Выбрать модель диода 1N4009.
4.Включить схему.
5.Зафиксировать данные с осциллографа.
6.Записать постоянную составляющую выходного напряжения по показаниям мультиметра.
7.Вычислить коэффициент пульсаций выходного сигнала.
8.Отключить мультиметр в схеме (рисунок 2.15). Установить емкость
конденсатора равной С2. Включить схему. Измерить максимум выходного напряжения и разность между максимумом и минимумом напряжений на выходе выпрямителя по показаниям осциллографа. Записать результаты.
9.Вычислить среднее значение напряжения.
10.Вычислить коэффициент пульсаций выходного сигнала.
11.Установить емкость конденсатора в схеме (см. рисунок 2.15)
равной С1. Изменить сопротивление резистора нагрузки до R2. Включить схему. Измерить максимум выходного напряжения и разность между максимумом и минимумом напряжений на выходе выпрямителя по показаниям осциллографа. Записать результаты.
12.Вычислить среднее значение напряжения.
13.Вычислить коэффициент пульсаций выходного сигнала.
Задание для самостоятельного изучения приведено в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Задание для самостоятельного изучения
Вариант |
Um, В |
f, Ом |
φ, мГн |
R1, Ом |
R2, Ом |
C1, мкФ |
C1, мкФ |
1 |
120 |
60 |
0 |
100 |
200 |
470 |
100 |
2 |
120 |
60 |
0 |
96 |
150 |
350 |
90 |
3 |
120 |
60 |
0 |
85 |
210 |
380 |
110 |
4 |
120 |
60 |
0 |
121 |
216 |
390 |
120 |
5 |
120 |
60 |
0 |
114 |
190 |
360 |
115 |
6 |
120 |
60 |
0 |
76 |
142 |
420 |
85 |
7 |
120 |
60 |
0 |
69 |
135 |
410 |
200 |
8 |
120 |
60 |
0 |
99 |
160 |
430 |
155 |
9 |
120 |
60 |
0 |
105 |
201 |
440 |
135 |
10 |
120 |
60 |
0 |
84 |
220 |
450 |
130 |
11 |
120 |
60 |
0 |
80 |
180 |
460 |
125 |
12 |
120 |
60 |
0 |
91 |
179 |
480 |
120 |
13 |
120 |
60 |
0 |
180 |
230 |
380 |
145 |
14 |
120 |
60 |
0 |
129 |
245 |
310 |
140 |
15 |
120 |
10 |
0 |
160 |
260 |
320 |
205 |
16 |
120 |
60 |
0 |
144 |
270 |
455 |
195 |
2.4.2 Исследование биполярного транзистора
Исследуемая схема показана на рисунке 2.11. Статический коэффициент передачи тока определяется как отношение тока коллектора IK к току базы IБ:
79
βDC |
IK |
(2.18) |
|
IБ |
|||
|
|
Коэффициент передачи тока βАС определяется отношением приращения ΔIK коллекторного тока к вызывающему его приращению ΔIБ базового тока:
βАC |
ΔIK |
(2.19) |
ΔIБ |
Дифференциальное входное сопротивление rВХ транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению ΔIБ тока базы:
rВХ |
ΔUБЭ |
|
UБЭ2 UБЭ1 |
|
(2.20) |
|
IБ2 IБ1 |
||||
|
ΔIБ |
|
|||
Дифференциальное входное сопротивление rвх |
транзистора в схеме с |
||||
ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением: |
|||||
rВХ=rБ+βАС·rЭ |
(2.21) |
||||
где rБ – распределенное сопротивление базовой области полупроводника,
rЭ – дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения rЭ=25/IЭ,
IЭ – постоянный ток эмиттера в миллиамперах.
Первое слагаемое rБ в выражении много меньше второго, поэтому им
можно пренебречь: |
|
rВХ βАС·rЭ |
(2.22) |
Дифференциальное сопротивление rЭ |
перехода база-эмиттер для |
биполярного транзистора сравнимо с входным сопротивлением rВХОБ транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор. Оно может быть найдено как отношение приращения ΔUБЭ к вызванному им приращению ΔIЭ тока эмиттера:
rВХОБ |
ΔUБЭ |
|
UБЭ2 |
UБЭ1 |
(2.23) |
|
IЭ2 |
IЭ1 |
|||
|
ΔIЭ |
|
|||
Через параметры транзистора это сопротивление определяется |
|||||
выражением |
|
|
|
||
rВХОБ=rБ/βАС+rЭ |
|
(2.24) |
|||
Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно |
|||||
считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер приблизительно равно
rВХОБ rЭ |
(2.25) |
80