Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

4-pol_2007

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
247.41 Кб
Скачать

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, СОДЕРЖАШИХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ

И УПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Методические указания к курсовой работе

по теории электрических цепей

Уфа 2007

1

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра теоретических основ электротехники

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ,

СОДЕРЖАШИХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ И УПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Методические указания к курсовой работе

по теории электрических цепей

Уфа 2007

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

4

1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, СОДЕРЖАШИХ ЧЕТЫ-

РЕХПОЛЮСНИКИ И УПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

5

1.1. Цели и задачи курсовой работы.......................................................

5

1.2. Задание на курсовую работу ............................................................

5

1.3. Краткие теоретические сведения .....................................................

8

2. РАСЧЕТ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА

В ИССЛЕДУЕМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАКЕТА

ELECTRONICS WORKBENCH 5.12 (EWB)

21

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................

28

3

ВВЕДЕНИЕ

Внастоящее время при создании радиоэлектронной и вычисли- тельной техники получила широкое развитие разработка микроэлек- тронных устройств. В связи с этим представляет интерес изучение методов анализа процессов в электрических цепях, содержащих мно- гополюсные элементы типа транзисторов, операционных усилителей

ит.д. В соответствии с требованиями государственного общеобразо- вательного стандарта высшего профессионального образования ин- женер электротехнических специальностей должен уметь рассчиты-

вать установившиеся и переходные режимы сложных электрических цепей с использованием прикладных программных средств.

Предлагаемая курсовая работа содержит задания на расчет уста-

новившегося режима в цепи с гармоническим источником ЭДС при наличии двухполюсников и четырехполюсников, исследование час- тотных характеристик цепей и расчет переходного режима. Студенту

выдается индивидуальная распечатка с топологией расчетной схемы

ицифровыми данными, на основании которой определяются пара- метры пассивного и активного четырехполюсников, их каскадного соединения. Расчет проводится на заданной частоте. Далее исследу-

ется частотная характеристика коэффициента передачи напряжения для обоснования фильтрующих свойств цепи. Расчет переходного процесса позволяет анализировать прохождение сигнала по иссле- дуемой цепи при подключении ее к источнику гармонического на- пряжения.

Вотличие от предыдущих изданий настоящая работа содержит раздел исследования частотных характеристик и переходного процес-

са в исследуемой электрической цепи с применением пакета

Electronics Workbench 5.12 (EWB).

4

1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, СОДЕРЖАШИХ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ

ИУПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

1.1.Цели и задачи курсовой работы

Курсовая работа по теоретическим основам электротехники яв-

ляется завершающим этапом изучения курса и преследует следующие цели:

-приобретение практических навыков теоретического анализа электрической цепи с усилительными элементами;

-закрепление, углубление и расширение знаний по основным разделам курса;

-применение знаний алгоритмических языков и программиро- вания к расчету электрических цепей;

-применение компьютерных технологий для расчета и анализа электрических цепей.

Курсовая работа охватывает следующие разделы курса теорети- ческих основ электротехники: методы расчета сложных цепей, анализ цепей во временной и частотной областях, методы расчета переход- ных процессов.

Задание на курсовую работу студент получает индивидуально.

1.2.Задание на курсовую работу

В работе исследуется установившийся и переходный режимы в электрической цепи, изображенной на рис. 1.1.

 

I1'

 

 

 

 

I '2

I1"

 

 

 

 

I"2

 

 

 

 

 

 

 

П

 

 

А

 

 

 

 

U вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

 

'

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

 

 

U вх U

1

 

 

 

U

2

U1

 

 

 

 

U 2

Rн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.1

5

1.2.1. В соответствии с вариантом задания построить схему пас- сивного четырехполюсника (рис. 1.2), содержащего последовательное (Z) или параллельное (Y) соединение резистора Ri и емкости Ci

(i=1,2,3),

1

R0

Z 2

(

Y

2 )

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1(

Y

1)

 

 

Z 3(

Y

3 )

 

 

 

 

2′

1′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.2

и активного четырехполюсника (усилителя) А (рис. 1.3). iк

 

iб

К

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

UК

 

R

К

i

 

 

 

Б

 

b

к

 

 

 

1

Б

UК

 

 

Э

 

 

 

 

iб Э

 

 

Ra

 

 

 

1′

 

 

2′

1′

 

2′

 

 

a

 

 

b

 

 

Rd

Rc

-

1

 

2

U у"

+

1′

U у'

2′

 

c

 

Рис. 1.3

 

6

1.2.2.Записать выражения для А-параметров пассивного четы- рехполюсника в функции частоты. Рассчитать эти параметры на за- данной частоте f. Проверить принцип взаимности.

1.2.3.Рассчитать А-параметры усилителя, используя линейную схему замещения с зависимыми источниками (рис. 1.3).

Для усилителей (рис. 1.3 а, 1.3 b) транзисторы заданы h- параметрами:

h

=103 Ом ,

h =10−4,

 

11

12

 

h

= 5× (n +10),

h =10−4

См,

21

22

 

а сопротивления Ra =n, Ом, Rb =100n, кОм,

где n-номер варианта.

Усилитель с (рис. 1.3 с) содержит идеальный операционный усили- тель. Сопротивления выбрать по формулам: Rc =n, кОм,

Rd =(n+10)×102, кОм.

1.2.4.Рассчитать А-параметры каскадного соединения пассивно- го и активного четырехполюсников (рис. 1.1).

1.2.5.Определить входное сопротивление RВх.А усилителя, на-

груженного на резистор Rн . Расчет выполнить двумя способами:

а) путем вычисления отношения напряжения к току на входе усилителя по схеме замещения (рис. 1.7);

б) через A-параметры усилителя.

1.2.6. Найти коэффициент передачи напряженияK п пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление RВх.А .

1.2.7. Найти коэффициент передачи напряжения K А активного четырехполюсника (усилителя), нагруженного на сопротивление Rн .

1.2.8. Найти коэффициент передачи напряжения K каскадного соединения четырехполюсников двумя способами:

а) по А-параметрам каскадного соединения четырехполюсников с активной нагрузкой;

б) по коэффициентам передачи K п и K А четырехполюсников.

1.2.9. Рассчитать комплексную частотную характеристику (КЧХ) коэффициента передачи напряжения

K п ( jw)=Kп (w)×e jϕп (ω).

для пассивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление

RВх.А .

7

1.2.10. Рассчитать КЧХ коэффициента передачи напряжения

каскадного соединения пассивного и активного четырехполюсников

K( jw)= K п ( jw)× K А = K(w)×e jϕ(ω).

1.2.11.Построить частотные характеристики АЧХ − K(ω)и ФЧХ

ϕ(ω) в одной системе координат. Сделать вывод о фильтрующих

свойствах цепи, приняв за полосу прозрачности диапазон частот, в

котором

K > Kmax 2 ,

где Kmax − максимальное значение модуля коэффициента передачи

напряжения цепи.

1.2.12. Составить схему для расчета переходного процесса, воз-

никающего при подключении синусоидального источника ЭДС e(t) = Em sin(ωt + ΨE )

к R-С цепи (рис. 1.2.), нагруженной на сопротивление RВх.А . Пере-

ходной процесс рассчитать на частоте w = 314c−1. Найти напряжение UВых (t) на резисторе Rн в переходном режиме. Построить на одном

графике напряжение входного и выходного сигналов в зависимости от времени.

1.2.13.Провести расчет частотных характеристик и переходного процесса в исследуемой электрической цепи с применением пакета

Electronics Workbench 5.12.(EWB)

1.2.14.С помощью программы EWB проанализировать, как нужно изменить R или C для улучшения фильтрующих свойств за- данного фильтра. Этот пункт выполняется по указанию преподавате- ля.

1.3. Краткие теоретические сведения

1.3.1. Составление расчетной схемы

Топология схемы и цифровые данные выдаются каждому сту- денту в виде распечатки:

8

ZAD6-806468-12

Y1;Y2;z3;

F=50 Гц

R0=6 кОм

R1= кОм

C1=0.0 мкФ

R2=10 кОм

C2=0.8 мкФ

R3=13.50 кОм

C3=0.1 мкФ

Rн=3.20 кОм

E=350 мВ E =80 град

УСИЛИТЕЛЬ В

В первой строке задан шифр работы. Вторая строка указывает тип соединения элементов R и C пассивного двухполюсника (Z − по- следовательное, Y − параллельное). Если активное сопротивление R равно нулю, то ветвь закорачивается; при R= ветвь разрывается; для С − наоборот. Схема, соответствующая приведенной выше распе- чатке, показана на рис. 1.4.

 

C2

 

R0

R2

2

1

 

 

 

R3

C3

1′ 2′

Рис. 1.4

1.3.2.Определение параметров пассивного четырехполюсника

иусилителя

Для пассивного четырехполюсника (рис. 1.2) А-параметры пред- лагается рассчитать либо приведением уравнений, составленных по законам Кирхгофа, к виду (1.1), либо по опытам холостого хода и ко-

9

роткого замыкания, а также используя формулы А-параметров для Т-образных и П-образных четырехполюсников.

U1 = AU 2 + BI 2

I1 = CU 2 + DI 2

Например, для П-схемы:

1

Z 2

2

Y1

Y 3

1′

2′

A'=1+ Z2Y3;

B'= Z2;

C'= Y1 + Y3 + Z2Y1Y3;

D'=1+ Z2Y1.

Для Т-схемы:

(1.1)

(1.1,а)

Z1

Z 2

1

2

Y 3

1′2′

A'=1+ Z1Y3;

 

 

B'= Z1 + Z2 + Z1Z2Y3

;

(1.1,б)

C'= Y3;

 

 

 

D'=1+ Z2Y3.

10

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.