Курсовая работа ОТЦ. 5211 Михайлов ОТЦ КР. Курсовая работа по дисциплине Основы теории цепей
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» (КНИТУ-КАИ) Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций (наименование института (факультета), филиала) Кафедра радиоэлектроники и информационно-измерительной техники (наименование кафедры) 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств (шифр и наименование направления подготовки (специальности)) КУРСОВАЯ РАБОТА
Казань 2020 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» (КНИТУ-КАИ)
УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой РИИТ _______________ Д.В. Шахтурин « __ » ____________ 20 __ г. ЗАДАНИЕ на выполнение курсовой работы по дисциплине Основы теории цепей (наименование учебной дисциплины) Михайлов Ростислав Игоревич (группа 5211) (фамилия, имя, отчество) 1. Тема курсовой работы: Исследование частотных и переходных характеристик (наименование темы курсовой работы) линейных электрических цепей 2. Срок сдачи обучающимся законченной курсовой работы « 15 » декабря 20 20 г. 3. Структура пояснительной записки: Аннотация на русском и иностранном (английском) языках, содержание, введение, основная часть (выполнение задания 1 и задания 2), заключение, список использованных источников, приложения (при необходимости). 4. Перечень графического материала: Чертежей и плакатов не требуется. 5. Исходные данные к курсовой работе (вариант № 14): Задание_1_._Расчет_частотных_характеристик_электрической_цепи'>Задание 1. Расчет частотных характеристик электрической цепи  Рис. 1 – Исследуемая схема и параметры элементов 1 Для электрической цепи, приведенной на рисунке 1, рассчитать: а) комплексную функцию входного сопротивления  , его амлитудно-частотную характеристику Zвх(ω) и фазово-частотную характеристику ϕZ(ω).б) комплексную функцию коэффициента передачи напряжения   , его АЧХ KU(ω) и ФЧХ ϕK(ω).2 Построить графики Zвх(ω), ϕZ(ω), KU(ω), ϕK(ω), при заданных элементах схемы в логарифмическом масштабе по оси частот. 3 Построить годографы Zвх(jω), Ku(jω). 4 Определить характерные частоты. 5 Качественно объяснить ход построенных зависимостей. 6 Провести моделирование исследуемых схем с помощью программы NI Multisim. 7 Сравнить результаты моделирования с исходными данными и результатами расчета. Задание 2. Расчет линейной цепи при импульсном воздействии 1 Для заданной электрической цепи рассчитать классическим и операторным методом переходную характеристику  , при u1 = 1(t) B.2 Построить график переходной характеристики. 3 Определить по графикам параметры переходной характеристики: постоянные времени τ, время установления tуст (на уровне 0,9) и сравнить их с расчетными. 4 Качественно объяснить характер переходной характеристики. 5 Провести моделирование исследуемых схем с помощью программы NI Multisim. 6 Сравнить результаты моделирования с исходными данными и результатами расчета. 6. График выполнения курсовой работы:
7. Дата выдачи задания « __ » 2020 г.
АННОТАЦИЯ В курсовой работе проводится исследование частотных и переходных характеристик линейной электрической цепи. Кроме того, в соответствии с заданием определяются некоторые её электрические параметры. Для решения поставленной задачи проводится анализ цепи методом контурных токов. Применение данного метода невозможно без проведения топологического анализа цепи, элементы которого представлены в работе. Результаты анализа позволяют определить требуемую комплексную передаточную функцию по напряжению, а затем получить графики амплитудно – частотной и фазо–частотной характеристик (АЧХ и ФЧХ). Используя результаты проделанной работы и применив операторный метод анализа переходных процессов получают необходимую переходную характеристику и строят её график. На основе полученных величин и графиков, находят ряд некоторых параметров заданной схемы. ABSTRACT In the course work, a study of the frequency and transient characteristics of a linear electrical circuit is carried out. In addition, some of its electrical parameters are determined in accordance with the assignment. To solve this problem, the circuit is analyzed by the method of loop currents. The application of this method is impossible without conducting a topological analysis of the circuit, the elements of which are presented in the work. The results of the analysis make it possible to determine the required complex voltage transfer function, and then to obtain graphs of the amplitude - frequency and phase – frequency response (AFR and PFR). Using the results of the work done and applying the operator method for analyzing transient processes, they obtain the necessary transient response and build its graph. On the basis of the obtained values and graphs, a number of some parameters of the given scheme are found. Содержание Введение Основная цель курсовой работы – систематизация, закрепление и углубление теоретических знаний, а также приобретение практических навыков аналитического расчета основных характеристик электрических цепей. Работа по курсу «Основы теории цепей» посвящена определению токов и напряжений в электрической цепи, а также анализу ее частотных и переходных характеристик. Анализ частотных характеристик может проводиться различными методами, например, контурных токов или узловых напряжений. Далее по полученным операторным функциям определяется комплексная передаточная функция и строятся графики ее частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ). Большинство необходимых преобразований осуществляется с помощью математической системы MathCad, что существенно сокращает затраты времени и сил. Для анализа переходных характеристик электрических цепей существует ряд аналитических методов: классический, операторный, метод Дюамеля. В данной работе использовался операторный метод, основанный на использовании прямого и обратного преобразования Лапласа. Основная часть Задание 1. Расчет частотных характеристик электрической цепи Для электрической цепи, приведенной на Рис.2, рассчитать: а) комплексную функцию входного сопротивления , его амлитудно-частотную характеристику Zвх(ω) и фазово-частотную характеристику ϕZ(ω).б) комплексную функцию коэффициента передачи напряжения , его АЧХ KU(ω) и ФЧХ ϕK(ω).Построить графики Zвх(ω), ϕZ(ω), KU(ω), ϕK(ω), при заданных элементах схемы в логарифмическом масштабе по оси частот. Построить годографы Zвх(jω), Ku(jω). Определить характерные частоты. Качественно объяснить ход построенных зависимостей. Провести моделирование исследуемых схем с помощью программы NI Multisim. Сравнить результаты моделирования с исходными данными и результатами расчета. Рис. 2 Исследуемая схема и параметры элементов Исходные данные:  ;  ;  ;  .Решение: 1. Нахождение комплексных функций входного сопротивления и коэффициента передачи напряжения, также нахождение их АЧХ и ФЧХ а) Вычисление комплексной функции входного сопротивления. Для этого нужно перейти от исходной схемы, показанной на Рис.2 к комплексной схеме замещения, на Рис.3.  ;  ;  ;  . Рис. 3 Комплексная схема замещения цепи Рассчитаем комплексную функцию входного сопротивления  , его амплитудно-частотную  и фазо-частотную  характеристики:  Функция комплексного входного сопротивления имеет вид:  Функция комплексного входного сопротивления в алгебраической форме:  Выразим АЧХ входного сопротивления:  При  ;  .Выразим ФЧХ входного сопротивления:  При  ;  .б) Вычисление комплексной функции коэффициента передачи напряжения. По определению эта функция имеет следующий вид: Где  Чтобы найти ток  можно использовать Метод Контурных Токов (МКТ).Количество узлов  , ветвей  , независимых источников  .Количество независимых контуров  . ; ; ; ; ;Из этого следует следующее:  ;  Переходим к составлению матричного уравнения. Для нахождения неизвестного тока используем метод Крамера: Для того чтобы получить комплексную функцию передачи, нужно выразить  и подставить в выражение :   Выразим АЧХ коэффициента передачи:  При  ;  Выразим ФЧХ коэффициента передачи: =  = 0/R2- ( 2. Построим графики   Рис. 4 График АЧХ входного сопротивления в логарифмическом масштабе График ФЧХ входного сопротивления в логарифмическом масштабе  График АЧХ коэффициента передачи напряжения в логарифмическом масштабе  График ФЧХ коэффициента передачи напряжения в логарифмическом масштабе 3. Построение годографов  ,  . Годограф  Годограф Задание 2. Расчет линейной цепи при импульсном воздействии Для заданной электрической цепи рассчитать классическим и операторным методом переходную характеристику , при u1 = 1(t) B.Построить график переходной характеристики. Определить по графикам параметры переходной характеристики: постоянные времени τ, время установления tуст (на уровне 0,9) и сравнить их с расчетными. Качественно объяснить характер переходной характеристики. Провести моделирование исследуемых схем с помощью программы NI Multisim. Сравнить результаты моделирования с исходными данными и результатами расчета. Рис. 0 Исследуемая схема и параметры элементов Решение: Заключение В процессе выполнения курсовой работы, я закрепил теоретические знания, подкрепил их практическими навыками аналитического расчета и экспериментального измерения основных характеристик электрических цепей. Для экспериментальных измерений и построении сложных графиков зависимостей были использованы специализированные программы, такие как «Mathcad» и «NI Multisim». Курсовая работа полностью выполнена. Результатом проделанной работы служат приобретенные навыки, а также оформленный в виде пояснительной записки отчет, в котором изложены результаты вычислений и моделирований. Список использованных источников 1. Погодин Д.В. Методическое пособие по курсовой работе по курсу Основы теории цепей предназначено для студентов 2-го курса на правление подготовки: 11.03.01 «Радиотехника» и 11.03.03«Конструирование и технология электронных средств». / Д.В. Погодин – Казань.: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2020. – 48 с. 2. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. - М.: Солон-Р, 2000 3. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практи- кум на Electronics Workbench. В 2-х томах. Под ред. Д. И. Панфилова. - М.: Додэко, 2000. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||