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 №16 по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
на тему: «Исследование на ЭВМ резонансных явлений в пассивном и активном последовательном колебательном контуре»
Выполнил |
|
|
Студент группы БИК2205 |
_______________________ |
|
Проверил |
|
|
Кандидат технических наук |
_______________________ |
Мосичёв А.В. |
Москва 2023
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
РЕФЕРАТ
Отчёт 32 страницы, 3 приложения, 19 рисунков, 2 таблицы.
MICRO-CAP, РЕЗОНАНС, ПАССИВНЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР, АКТИВНЫЙ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР, ГИРАТОР,
ДОБРОТНОСТЬ, ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ, РЕЗОНАНСНАЯ КРИВАЯ.
Цель работы – исследовать характеристики одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях с помощью программы Micro-Cap. Сравнить полученные с помощью программы Micro-Cap значения с непосредственно рассчитанными.
В процессе работы проводилось изучение пассивного и активного колебательных контуров; резонансных явлений в этих контурах.
По итогу работы: были изучены характеристики одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях на резонансной частоте; проведён сравнительный анализ непосредственно рассчитанных и программно-полученных значений характеристик одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях.
2
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx» |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
РЕФЕРАТ.............................................................................................................. |
2 |
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................... |
3 |
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... |
6 |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ................................................................................... |
7 |
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА .......................................................................... |
7 |
2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ................................................................... |
7 |
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ ............................................................ |
7 |
2.1.1 РАСЧЁТ ИНДУКТИВНОСТИ ОДИНОЧНОГО |
|
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПАССИВНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО |
|
КОНТУРА ................................................................................................... |
7 |
2.1.2 РАСЧЁТ ОСТАЛЬНЫХ НЕОБХОДИМЫХ ПАРАМЕТРОВ |
|
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО КОНТУРА ...................................................... |
8 |
2.1.3ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЗАВИСИМОСТЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ . 9
2.1.4ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЗАВИСИМОСТИ ФАЗЫ ВХОДНОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ........................................................ |
11 |
2.1.5 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА РЕЗОНАНСНОЙ КРИВОЙ ТОКА.... |
12 |
2.1.6 РАСЧЁТ ЗНАЧЕНИЯ ЁМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА В |
|
АКТИВНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ С ГИРАТОРОМ ........... |
13 |
2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ С |
|
ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MICRO-CAP ................................................... |
14 |
2.2.1 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ СПРАВКА.......................................................... |
14 |
2.2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНОГО |
|
КОЛЕБАЬНОГО КОНТУРА ....................................................................... |
17 |
|
3 |
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx» |
|
2.2.2.1 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ РАЗЛИЧНЫХ |
|
ХАРАКТЕРИСТИК ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ |
|
.................................................................................................................... |
17 |
2.2.2.2 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ФАЗЫ ВХОДНОГО |
|
СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ........................................................ |
19 |
2.2.2.3 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ |
|
ВХОДНОГО ТОКА ОТ ЧАСТОТЫ......................................................... |
20 |
2.2.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АКТИВНОГО |
|
КОЛЕБАЬНОГО КОНТУРА ....................................................................... |
23 |
2.2.3.1 ПОСТРОЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ ВХОДНОГО ТОКА |
|
ОТ ЧАСТОТЫ В СХЕМЕ С ГИРАТОРОМ ............................................ |
24 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. |
26 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................. |
27 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «А» ....................................................................................... |
27 |
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ........................................... |
27 |
Вопрос 1..................................................................................................... |
27 |
Вопрос 2..................................................................................................... |
27 |
Вопрос 3..................................................................................................... |
28 |
Вопрос 4..................................................................................................... |
28 |
Вопрос 5..................................................................................................... |
29 |
ПРИЛЛОЖЕНИЕ «Б» ..................................................................................... |
30 |
РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА .............. |
30 |
РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА С |
|
ГИРАТОРОМ ............................................................................................... |
31 |
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ЗАВИСИМОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК |
|
КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА ................................................................ |
31 |
|
4 |
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
ПРИЛОЖЕНИЕ «В» ....................................................................................... |
32 |
5
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
ВВЕДЕНИЕ
Micro-Cap – программа для цифровой эмуляции электрических схем, со встроенным графическим редактором.
Цель этой работы – исследовать характеристики одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях.
Задачи работы заключаются в следующем:
1.Произвести предварительный непосредственный расчёт характеристик одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях;
2.Построить графики зависимостей характеристик одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров от частоты;
3.На основе данных, полученных при предварительном расчёте, собрать схему пассивного последовательного колебательного контура в программе Micro-Cap;
4.Получить значения характеристик одиночного последовательного пассивного колебательного контура с помощью программы Micro-Cap;
5.На основе данных, полученных при предварительном расчёте, собрать схему активного последовательного колебательного контура в программе Micro-Cap;
6.Получить значения характеристик одиночного последовательного активного колебательного контура с помощью программы Micro-Cap;
7.Ответить на вопросы самопроверки.
6
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
В лабораторной работе №16 необходимо рассчитать характеристики одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях и построить графиков их зависимости от частоты. Произвести расчёты сначала любым удобным способом (с помощью программ, математических пакетов, калькулятора), потом с использованием программы симуляции работы электрических цепей MicroCap.
2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ
Расчёт характеристик одиночного последовательного пассивного и активного колебательных контуров при различных добротностях и построение графиков их зависимости от частоты производились с помощью программы Mathcad Prime 8 (лист с расчётами находится в приложении «Б»).
2.1.1 РАСЧЁТ ИНДУКТИВНОСТИ ОДИНОЧНОГО
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПАССИВНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО
КОНТУРА
Необходимо зафиксировать величину ёмкости (C1) на одном целом значении из промежутка С [10; 40] нФ и рассчитать величину
индуктивности (L1) в одиночном последовательном пассивном
7
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
колебательном контуре (рисунок 1). В рамках задачи величина С1 равна
15 нФ.
Рисунок 1. Схема исследуемого одиночного последовательного пассивного колебательного контура.
Расчёт производился по |
|
следующей |
формуле |
при условии, |
|||||
что 0 = 4,8 кГц: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
||
f0 |
= |
|
|
|
L = |
|
, |
(1) |
|
|
|
|
4π2f02C |
||||||
2π√LC |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||
где f0 – резонансная частота колебательного контура;
L – индуктивность катушки индуктивности;
С – ёмкость конденсатора.
Таким образом L = 73,29 мГн.
2.1.2 РАСЧЁТ ОСТАЛЬНЫХ НЕОБХОДИМЫХ ПАРАМЕТРОВ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО КОНТУРА
Необходимо рассчитать следующие параметры одиночного последовательного пассивного колебательного контура:
•ρ – характеристическое сопротивление, [Ом];
•Q – добротность;
•f1 – нижнюю граничную частоту, [Гц];
8
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
•f2 – верхнюю граничную частоту, [Гц];
•П – абсолютную полосу пропускания, [Гц];
•I0 – модуль входного тока при резонансе, [А];
при условии, что напряжение источника U1 = 1 В, для двух значений сопротивления резистора в цепи R = 160 и 640 Ом.
Расчёт производился по следующим формулам:
|
|
ρ = |
√ |
L |
, |
|
(2) |
|||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
||||
|
|
|
|
|
|
ρ |
|
|||||
|
|
Q = |
|
, |
|
(3) |
||||||
|
|
R |
||||||||||
|
f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f = |
(√1 + 4Q2 − 1), |
(4) |
||||||||||
|
||||||||||||
1 |
2Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f2 = |
(√1 + 4Q2 + 1), |
(5) |
||||||||||
2Q |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
П = f2 − f1, |
(6) |
||||||||||
|
|
I0 = |
|
U1 |
. |
(7) |
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
R |
|
|||||
Результаты расчётов представлены в таблице 1 (приложение «В»).
2.1.3 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЗАВИСИМОСТЕЙ РАЗЛИЧНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ
Необходимо рассчитать входное сопротивление и построить следующие
зависимости характеристик входного сопротивления от частоты f [2; 8] кГц
для R = 160 и 640 Ом:
•Модуля входного сопротивления |ZВХ(f)|, [Ом];
•Действительной части входного сопротивления Re (ZВХ(f)) , [Ом];
•Мнимой части входного сопротивления Im (ZВХ(f)) , [Ом].
9
04.03.2023 «Отчёт_лабораторная_5.docx»
Расчёт производился по следующей формуле:
ZВХ = R + j (2πfL − |
1 |
), |
(8) |
|
2πfC |
||||
|
|
|
где j = √−1 – мнимая единица.
Графики зависимостей различных характеристик входного сопротивления от частоты представлены ниже (рисунок 2 и рисунок 3).
Рисунок 2. График зависимостей различных характеристик входного сопротивления от частоты при R = 160 Ом.
10