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 ЭЛКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ»
ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №30 по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
на тему: «Моделирование на ЭВМ переходных процессов в цепях первого порядка»
Выполнил |
|
|
Студент группы БИК2205 |
_______________________ |
|
Проверил |
|
|
Кандидат технических наук |
_______________________ |
Мосичёв А.В. |
Москва 2023
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
РЕФЕРАТ
Отчёт 22 страницы, 3 приложения, 10 рисунков, 1 таблица.
MICRO-CAP, ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЦЕПЬ ПЕРВОГО ПОРЯДКА, НЕРАЗВЕТВЛЁННАЯ ЦЕПЬ, RC-ЦЕПЬ, RL-ЦЕПЬ.
Цель работы – исследовать переходные процессы в цепях первого порядка с помощью программы Micro-Cap. Сравнить полученные с помощью программы Micro-Cap значения с непосредственно рассчитанными.
В процессе работы проводилось исследование цепей первого порядка;
переходных процессов в них.
По итогу работы: были изучены переходные процессы в цепях первого порядка; проведён сравнительный анализ непосредственно рассчитанных и программно-полученных значений характеристик цепей первого порядка при переходных процессах.
2
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx» |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
РЕФЕРАТ.............................................................................................................. |
2 |
СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................... |
3 |
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... |
5 |
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ................................................................................... |
6 |
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА .......................................................................... |
6 |
2 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ............................................................................. |
6 |
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ ............................................................ |
6 |
2.1.1 РАСЧЁТ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ДЛЯ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ |
|
RC-ЦЕПИ. ................................................................................................... |
7 |
2.1.2 РАСЧЁТ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ДЛЯ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ |
|
RL-ЦЕПИ..................................................................................................... |
7 |
2.1.3 ВРЕМЕННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЙ НА |
|
ЭЛЕМЕНТАХ В НЕРАЗВЕВЛЁННОЙ RC-ЦЕПИ ................................... |
8 |
2.1.4 ВРЕМЕННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЙ НА |
|
ЭЛЕМЕНТАХ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ RL-ЦЕПИ .................................. |
10 |
2.2 ПОЛУЧЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ И ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ С |
|
ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MICRO-CAP ................................................ |
13 |
2.2.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА В |
|
НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ RC-ЦЕПИ ........................................................... |
13 |
2.2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА В |
|
НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ RL-ЦЕПИ ........................................................... |
15 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. |
17 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................. |
18 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «А» ....................................................................................... |
18 |
|
3 |
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx» |
|
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ ........................................... |
18 |
Вопрос 1..................................................................................................... |
18 |
Вопрос 2..................................................................................................... |
18 |
Вопрос 3..................................................................................................... |
19 |
Вопрос 4..................................................................................................... |
19 |
Вопрос 5..................................................................................................... |
19 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»........................................................................................ |
21 |
РАСЧЁТ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ........................................................ |
21 |
РАСЧЁТ ВРЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЛИЧИН .... |
21 |
ПРИЛОЖЕНИЕ «В» ....................................................................................... |
22 |
4
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
ВВЕДЕНИЕ
Micro-Cap – программа для цифровой эмуляции электрических схем, со встроенным графическим редактором.
Цель этой работы – исследовать переходные процессы в неразветвленных RL- и RC-цепях.
Задачи работы заключаются в следующем:
1.Произвести предварительный непосредственный расчёт постоянной времени для RC- и RL-цепи при разных значениях R;
2.Рассчитать и построить временные зависимости тока, напряжения на резисторе и напряжения на конденсаторе в неразветвлённой RC-цепи;
3.Рассчитать и построить временные зависимости тока, напряжения на резисторе и напряжения на катушке в неразветвлённой RL-цепи;
4.На основе данных, полученных при предварительном расчёте, собрать неразветвленные RC- и RL-цепи в программе Micro-Cap;
5.Построить графики временных зависимостей токов и напряжений на элементах в неразветвленных RC- и RL-цепях;
6.Ответить на вопросы самопроверки.
5
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА
В лабораторной работе №30 необходимо рассчитать характеристики неразветвленных цепей первого порядка при переходных процессах; построить их зависимости от времени. Произвести расчёты сначала любым удобным способом (с помощью программ, математических пакетов, калькулятора), потом с использованием программы симуляции работы электрических цепей Micro-Cap.
2 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
2.1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЁТ
Расчёт характеристик неразветвленных RC- и RL-цепей при переходных процессах и построение их временных зависимостей производились с помощью программы Mathcad Prime 8 (расчётный лист представлен в приложении «Б»).
6
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
2.1.1 РАСЧЁТ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ДЛЯ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ
RC-ЦЕПИ.
Необходимо рассчитать постоянную времени τRC для неразветвлённой
RC-цепи (рисунок 1) при сопротивлении |
резистора R(R1) = |
20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120 Ом и |
ёмкости конденсатора |
C(C1) = 0,25 мкФ. |
|
Рисунок 1. Схема исследуемой неразветвлённой RC-цепи.
Расчёт производился по следующей формуле:
τRC = R C. |
(1) |
Результаты вычислений представлены в таблице 1 в приложении «В».
2.1.2 РАСЧЁТ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ДЛЯ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ
RL-ЦЕПИ
Необходимо рассчитать постоянную времени для неразветвлённой
RL-цепи (рисунок 2) при сопротивлении резистора |
R(R1) = |
20, 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120 Ом и индуктивности |
катушки |
индуктивности L(L1) = 45 мГн. |
|
Рисунок 2. Схема исследуемой неразветвлённой RL-цепи.
7
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
Расчёт производился по следующей формуле:
τRL = |
L |
. |
(2) |
|
|||
|
R |
|
|
Результаты вычислений представлены в таблице 1 в приложении «В».
2.1.3 ВРЕМЕННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЙ НА
ЭЛЕМЕНТАХ В НЕРАЗВЕВЛЁННОЙ RC-ЦЕПИ
Необходимо рассчитать и построить временные зависимости тока на резисторе i(t)RC, напряжения на резисторе u(t)RC, напряжения на конденсаторе u(t)C в неразветвлённой RC-цепи (рисунок 3) при сопротивлении резистора R(R1) = 160 Ом, ёмкости конденсатора
C(C1) = 0,25 мкФ и ЭДС источника E1(V1) = 1 В. Промежуток времени, для которого необходимо построить зависимости вышеуказанных величин равен: t [0, 3τRC].
Рисунок 3. Схема исследуемой неразветвлённой RC-цепи.
8
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
Расчёт вышеуказанных зависимостей производился по следующим формулам:
|
|
E1 |
|
|
|
−t |
|
||||||
i(t)RC = |
e |
τRC |
, |
|
|
|
(3) |
||||||
|
|||||||||||||
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
−t |
|
|||||
u(t) |
= E (1 − e |
τRC |
), |
|
(4) |
||||||||
C |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−t |
(5) |
|||
u(t) |
= (E |
− u |
C |
) e |
τRC |
. |
|||||||
RC |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Графики временных зависимостей тока на резисторе i(t)RC, напряжения на резисторе u(t)RC, напряжения на конденсаторе u(t)C представлены ниже
(рисунок 4, рисунок 5).
Рисунок 4. График зависимости тока на резисторе в неразветвлённой RC-цепи от времени.
9
27.03.2023 «Отчёт_лабораторная_7.docx»
Рисунок 5. График зависимостей напряжения на резисторе и на конденсаторе в неразветвлённой RC-цепи от времени.
2.1.4 ВРЕМЕННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЙ НА
ЭЛЕМЕНТАХ НЕРАЗВЕТВЛЁННОЙ RL-ЦЕПИ
Необходимо рассчитать и построить временные зависимости тока на резисторе i(t)RL, напряжения на резисторе u(t)RL, напряжения на катушке индуктивности u(t)L в неразветвлённой RL-цепи (рисунок 6) при сопротивлении резистора R(R1) = 160 Ом, индуктивности катушки индуктивности L(L1) = 45 мГн, E1(V1) = 1 В. Промежуток времени, для которого необходимо построить зависимости вышеуказанных величин равен: t [0, 3τRL].
10