27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
Ом
4500,000
4000,000
Индуктивное сопротивление,
|
3500,000 |
|
(f)]) |
3000,000 |
|
2500,000 |
||
|
||
ВХ |
|
|
(Im[Z |
2000,000 |
|
|
||
|
1500,000 |
1000,000
500,000
0,000
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 4. График зависимости индуктивного сопротивления от частоты.
11
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
Резистивное сопротивление, Ом
|
160 |
|
|
140 |
|
(f)]) |
120 |
|
100 |
||
|
||
ВХ |
80 |
|
(Re[Z |
60 |
|
|
||
|
40 |
20
0
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 5. График зависимости резистивного сопротивления от частоты.
12
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
Модуль тока в цепи, мА (|I|)
2,000
1,800
1,600
1,400
1,200
1,000
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 6. График зависимости модуля тока в цепи от частоты.
13
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
0,2
0,18
Модуль падения наряжения на
резисторе, В (|UR|)
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 7. График зависимости модуля падения напряжения на резисторе от частоты.
14
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
на
1,0020
1,0000
Модуль падения наряжения
|
0,9980 |
|
|) |
0,9960 |
|
L |
|
|
|U |
0,9940 |
|
( |
||
|
||
В |
|
|
, |
0,9920 |
|
|
||
катушке |
0,9900 |
|
|
0,9880
0,9860
0,9840
0,9820
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
Частота, кГц (f)
Рисунок 8. График зависимости падения напряжения на катушке от частоты.
15
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ
MICRO-CAP
2.2.1 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Комплексное входное сопротивление находится косвенным методом,
путём деления комплексного входного напряжения UВХ на комплексный входной ток I. С помощью программы Micro-Cap рассчитывается модуль и фаза входного сопротивления.
|
UВХ |
|
jφZ(ω) |
( ) |
jφZ(2πf) |
|
|
ZВХ = |
I |
= Z(ω)e |
|
= Z 2πf e |
|
, |
(8) |
|
|
|
|
|
|
|
где ZВХ – комплексное входное сопротивление;
UВХ – комплексное входное напряжение;
I = UВХ – комплексный входной ток;
ZВХ
Z(ω) = Z(2πf) = |ZВХ| – модуль комплексного сопротивления;
ω = 2πf – угловая частота, [°/с.];
arg(ZВХ) = φZ(2πf) – аргумент (фаза) комплексного входного сопротивления,
[°];
f– частота, [Гц];
Сдругой стороны, входное сопротивление – это сопротивление со стороны входных зажимов:
16
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2√R2 |
+ X2 |
|
||
Z |
ВХ |
= Re(Z |
) + jIm(Z ) = R |
1 |
+ jX |
L |
= |
ejarctg(R1) |
= |
|||||||||
|
ВХ |
|
|
ВХ |
|
|
|
|
1 |
L |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
f |
|
2 |
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
(9) |
|
|
= R1 |
√1 + ( |
) |
|
ejarctg(fгр), |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
fгр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Re(ZВХ) = R1 – резистивное входное сопротивление,
Im(ZВХ) = XL – реактивное входное сопротивление.
2.2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК RL-ЦЕПИ
Исследуемая цепь представлена на рисунке 9. Она состоит из: источника синусоидального напряжения (V1) с амплитудой 1,27 В, частотой 2 кГц и нулёвым внутренним сопротивлением; резистора (R1) с сопротивлением 105
Ом; катушки индуктивности (L1) с индуктивностью 45 мГн, а также заземления.
Рисунок 9. Схема исследуемой цепи.
2.2.2.1 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ ВХОДНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ
Для построения графика зависимости модуля входного сопротивления
от частоты используется инструмент «AC analysis» со следующими
параметрами:
17
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
•Frequency Range «Liner», «6k, 0.01» (используется при построении всех остальных зависимостей);
•Number of Points «501» (используется при построении всех остальных зависимостей);
•P «1» (используется при построении всех остальных зависимостей);
•X Expression «f» (используется при построении всех остальных зависимостей);
•X Range «14k,0.1,1k»;
•Y Expression «MAG(-1*V(V1)/I(V1));
•Y Range «4k,0,500»;
•Логарифмический масштаб оси Х (используется при построении всех остальных зависимостей).
Сполучившегося графика (рисунок 10) необходимо снять значения модуля входного сопротивления при тех же частотах, что и при теоретическом расчёте. Данные, полученные с графика, представлены в таблице 1 (приложение «Б»).
Рисунок 10. График зависимости модуля входного сопротивления от частоты (Micro-Cap).
18
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
2.2.2.2 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗЫ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ
Для построения графика зависимости фазы входного сопротивления от частоты используется инструмент «AC analysis» со следующими параметрами:
•Параметры, общие для всех измерений;
•X Range «14k,0.01,1k» (используется для построение всех остальных зависимостей);
•Y Expression «ph(-1*V(V1)/I(V1))»;
•Y Range «90,0,5».
Сполучившегося графика (рисунок 11) необходимо снять значения фазы входного сопротивления при тех же частотах, что и при теоретическом расчёте. Данные, полученные с графика, представлены в таблице 1 (приложение «Б»).
Рисунок 11. График зависимости фазы входного сопротивления от частоты (Micro-Cap).
2.2.2.3 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ ТОКА ОТ
ЧАСТОТЫ
Для построения графика зависимости модуля тока от частоты используется инструмент «AC analysis» со следующими параметрами:
•Параметры, общие для всех измерений;
•Y Expression «MAG(I(R1))»;
19
27.02.2023 «Отчёт_лабораторная_4.docx»
•Y Range «10m,0,2m».
Сполучившегося графика (рисунок 12) необходимо снять значения модуля тока при тех же частотах, что и при теоретическом расчёте. Данные,
полученные с графика, представлены в таблице 1 (приложение «Б»).
Рисунок 12. График зависимости модуля тока от частоты (Micro-Cap).
2.2.2.4 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА
РЕЗИСТОРЕ ОТ ЧАСТОТЫ
Для построения графика зависимости модуля напряжения на резисторе
от частоты используется инструмент «AC analysis» со следующими
параметрами:
•Параметры, общие для всех измерений;
•Y Expression «MAG(V(R1))»;
•Y Range «1.25,0,0.25».
Сполучившегося графика (рисунок 13) необходимо снять значения модуля напряжения на резисторе при тех же частотах, что и при теоретическом расчёте. Данные, полученные с графика, представлены в таблице 1 (приложение «Б»).
20