4-pol_2007
.pdfФедеральное 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 ;ψE =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 = A′U 2 + B′I 2
I1 = C′U 2 + D′I 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