МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ СВЯЗИ И МАССОВЫХ
КОММУНИКАЦИЙ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ»
ФАКУЛЬТЕТ
«РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИЕ»
КАФЕДРА
«ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ»
ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
на тему: «Исследование входных частотных характеристик в
RL-цепи»
Выполнил |
|
|
Студент группы БИК2205 |
_______________________ |
|
Проверил |
|
|
Кандидат технических наук |
_______________________ |
Мосичёв А.В. |
Москва 2023
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
РЕФЕРАТ
Отчёт 28 страниц, 2 приложения, 16 рисунков, 1 таблица.
MICRO-CAP, ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ, ВХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИЧТИКИ,
АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФАЗО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, RL-ЦЕПЬ.
Цель работы – исследовать входные амплитудно-частотные
(далее – АЧХ) и фазо-частотные характеристики (далее – ФЧХ) RL-цепи с помощью программы Micro-Cap. Сравнить полученные с помощью программы Micro-Cap значения с непосредственно рассчитанными.
В процессе работы проводилось изучение RL-цепи и её входных характеристик; зависимость входных характеристик RL-цепи от частоты.
По итогу работы: была изучена зависимость входных характеристик
RL-цепи от частоты; получены АЧХ и ФЧХ RL-цепи; проведён сравнительный анализ непосредственно рассчитанных и программно-полученных значений входных характеристик RL-цепи.
2
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx» |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
РЕФЕРАТ.............................................................................................................. |
2 |
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................... |
3 |
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... |
5 |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ................................................................................... |
6 |
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА .......................................................................... |
6 |
2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ................................................................... |
6 |
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ ............................................................ |
6 |
2.1.1 РСЧЁТ ГРАНИЧНОЙ ЧАСТОТЫ .................................................... |
6 |
2.1.2 РАСЧЁТ ВХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК RL-ЦЕПИ ..................... |
7 |
2.1.3 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ВХОДНЫХ |
|
ХАРАКТЕРИСТИК RL-ЦЕПИ ОТ ЧАСТОТЫ ........................................ |
8 |
2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ С |
|
ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MICRO-CAP ................................................... |
16 |
2.2.1 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ СПРАВКА.......................................................... |
16 |
2.2.2ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК RL-ЦЕПИ 17
2.2.2.1ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ ВХОДНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ........................................................ |
17 |
2.2.2.2 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗЫ ВХОДНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ........................................................ |
19 |
2.2.2.3 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ ТОКА ОТ |
|
ЧАСТОТЫ................................................................................................. |
19 |
2.2.2.4 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ |
|
НА РЕЗИСТОРЕ ОТ ЧАСТОТЫ.............................................................. |
20 |
2.2.2.5 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РЕЗИСТИВНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ........................................................ |
21 |
2.2.2.6 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНДУКТИВНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ........................................................ |
22 |
2.2.2.7 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ |
|
НА КАТУШКЕ ОТ ЧАСТОТЫ................................................................ |
23 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. |
25 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................. |
26 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «А» ....................................................................................... |
26 |
|
3 |
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx» |
|
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ........................................... |
26 |
Вопрос 1..................................................................................................... |
26 |
Вопрос 2..................................................................................................... |
26 |
Вопрос 3..................................................................................................... |
26 |
Вопрос 4..................................................................................................... |
27 |
Вопрос 5..................................................................................................... |
27 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»........................................................................................ |
28 |
4
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
ВВЕДЕНИЕ
Micro-Cap – программа для цифровой эмуляции электрических схем, со встроенным графическим редактором.
Цель этой работы – исследовать зависимость входных характеристик
RL-цепи от частоты.
Задачи работы заключаются в следующем:
1.С помощью программы Micro-Cap собрать схему RL-цепи;
2.Произвести предварительный непосредственный расчёт входных характеристик RL-цепи;
3.Построить графики зависимости входных характеристик RL-цепи от частоты;
4.Получить значения входных характеристик RL-цепи с помощью программы Micro-Cap;
5.Ответить на вопросы для самопроверки.
5
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
В лабораторной работе №31 необходимо рассчитать входные частотные характеристики RL-цепи и построить их зависимость от частоты. Произвести расчёты сначала любым удобным способом (с помощью программ, математических пакетов, калькулятора), потом с использованием программы симуляции работы электрических цепей Micro-Cap.
2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
2.1ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ
2.1.1РСЧЁТ ГРАНИЧНОЙ ЧАСТОТЫ
Необходимо рассчитать значение граничной частоты для RL-цепи (рисунок 1), если:
•R1 = 105 Ом;
•L1 = 45 мГн.
6
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
Рисунок 1. Исследуемая RL-цепь.
Расчёт производится по следующей формуле с помощью инженерного калькулятора:
fгр = |
R1 |
, |
(1) |
|
2π L1 |
||||
|
|
|
где fгр – граничная частота, [Гц];
R1 – сопротивление резистора, [Ом];
L1 – индуктивность катушки индуктивности, [Гн].
Таким образом, fгр = 371 Гц.
2.1.2 РАСЧЁТ ВХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК RL-ЦЕПИ
Для диапазона частоты f, f [2,4,6,8,10,12,14] кГц, и Е=0,9 В
необходимо рассчитать:
•Отношение f⁄fгр;
•Индуктивное сопротивление XL, [Ом] по формуле
XL = 2πf L1; |
(2) |
7
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
• Модуль входного сопротивления |ZВХ|, [Ом] по формуле
|
2 |
|
2 |
|
|
f |
|
|||||||
|
|
|
|ZВХ| = |R1 √1 + ( |
f |
) |
ej arctg( |
fгр |
)| , |
(3) |
|||||
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
fгр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где j = 2√−1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
Аргумент входного сопротивления φZ, [°] |
по формуле |
|
|||||||||||
|
|
|
φ = arg(Z |
ВХ |
) = arctg ( |
Im(ZВХ) |
), |
(4) |
||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
Re(ZВХ) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
где Im(ZВХ), [Ом] – мнимая часть входного сопротивления, |
|
||||||||||||
|
Re(ZВХ), [Ом] – действительная часть входного сопротивления; |
|
||||||||||||
• |
Модуль тока в цепи |I|, [А] по формуле |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|I| = |
UВХ |
, |
|
|
|
|
(5) |
|||
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ВХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
где UВХ, [В] – входное напряжение; |
|
|
|
|
|
|
|||||||
• Модуль падения напряжения на резисторе |UR|, [В] по формуле |
|
|||||||||||||
|
|
|
|UR| = R1 I; |
|
|
|
|
(6) |
||||||
•Модуль падения напряжения на катушке индуктивности |UL|, [В] по формуле
|UL| = 2πjf I. |
(7) |
Расчёты производились непосредственно, |
с помощью инженерного |
калькулятора, результаты расчётов приведены в таблице 1 (приложение «Б»).
2.1.3 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ВХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК RL-ЦЕПИ ОТ ЧАСТОТЫ
Необходимо построить зависимости модуля входного сопротивления
|ZВХ|, аргумента входного сопротивления φZ, индуктивного сопротивления XL,
резистивного сопротивления Re(ZВХ) = R1, модуля тока в цепи |I|, модуля падения напряжения на резисторе |UR|, модуля падения напряжения на
8
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
катушке индуктивности |UL| от частоты f, f [2,4,6,8,10,12,14] кГц.
Построение графиков осуществлялось с помощью программы Microsoft Excel,
сами графики представлены ниже (рисунок 2 – рисунок 8).
Модуль входного сопротивления, Ом
|
4500 |
|
4000 |
|
3500 |
|
3000 |
|) |
2500 |
|
|
ВХ |
|
(|Z |
2000 |
|
|
|
1500 |
|
1000 |
500
0
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 2. График зависимости модуля входного сопротивления от частоты.
9
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
Аргумент входного сопроивления, ° (φz(f))
89,000
88,000
87,000
86,000
85,000
84,000
83,000
82,000
81,000
80,000
79,000
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 3. График зависимости аргумента входного сопротивления от частоты.
10