фааыаф. Лабораторные работы. Лабораторная работа 1 Знакомство с системой схемотехнического моделирования MicroCap 9
![]()
|
Порядок выполнения работыБудем считать, что ЭДС Е и внутренне сопротивление источника r (рис. 1а) являются постоянными величинами. В этом случае внешняя характеристика источника (рис.2) будет выражаться уравнением прямой линии. UH(I)=E-rI Режим, при котором ток равен нулю I=0, называется режимом холостого хода, в этом случае UH=UX=E. Физически это равносильно отключению нагрузки (RH = ) Режим, при котором напряжение равно нулю UH=0, называется режимом короткого замыкания (RH = 0). В этом случае ток достигает своего максимально значения I=Ik=E/r. Е UH, B сли положить внутреннее сопротивление источника равным нулю r=0, то нагрузочная характеристика не будет зависеть от тока UH=E (рис. 3). В этом случае источник называется идеальным. ![]()
Из этого можно сделать следующий вывод. В реальном источнике, для которого выполняется неравенство r<<RH, приближенно из схемы можно исключить r, тогда источник по своим свойствам будет приближаться к идеальному источнику ЭДС. Исследуя с помощью ЭВМ характеристики источника постоянного напряжения. Моделирование1. Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap.2. Соберите схему.2.1 Введите источник постоянной ЭДС (BATTERY) E=2,4 B (V=2.4). Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sourses и выберите Battery. Курсор примет форму графического изображения батареи напряжения. Поместите его в рабочую область. Зафиксируйте положение, щелкнув левой кнопкой мыши. Появится окно Battery. Введите 2.4 в окне Value, в графе Show установите флажок. Убедитесь что источник работает правильно. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появится окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени. Закройте окно Plot и щелкните OK. Введите землю (Component\Analog Primitives\Conectors\GROUND) снизу от источника V1. Введите внутреннее сопротивление источника R1=r=320 Ом Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. Расположите резистор возле источника. В появившемся окне Resistor в окне Value введите значение сопротивления 320 Ом, нажмите OK. Для поворота резистора используйте кнопку Rotate на основной панели инструментов или комбинацией клавиш Ctrl+R. Введите сопротивление нагрузки резистор R2=RH аналогично пункту 2.3, в поле Value введите переменную времени t и нажмите кнопку OK. Введите проводники для соединения элементов нажав кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов. 3. Исследование характеристик источника3 ![]() на рис. 4 Time Range – 5k – интервал (0…5 кОм); Maximum Time Step – 1 – Максимальный шаг (1 Ом); P номер окна -1- в котором будет построен график тока; X Expression – R(R2) – аргументы функции тока; Y Expression – I(R2) – имя функции тока; X Range – 5k – интервал отображения аргумента по оси X; Y Range – 8m – интервал отображения аргумента по оси X; Запустите построение графика, нажав кнопку RUN. На экране вы увидите зависимость тока от сопротивления нагрузки I(R2). Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину тока источника (J) и величину тока при сопротивлении нагрузки равным внутреннему сопротивлению источника. Для точного определения величины тока нажмите на клавиатуре комбинацию клавиш <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину сопротивления, например, 320. Нажмите клавишу Left и затем Close. На графике должны появиться координаты запрашиваемой точки. Полученные данные величин занесите в таблицу 1. 3.2 Построение зависимости напряжения от сопротивления нагрузки. Получите зависимость падения напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузки V(R2). Для этого нажмите клавишу F9. Введите в окне Y Expression – V(R2) – имя функции напряжения, в окне Y Range – Auto и запустите построение кнопкой RUN. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину, к которой асимптотически стремится напряжение, и величину напряжения при сопротивлении нагрузки равной внутреннем сопротивлению источника. Аналогично предыдущему пункту, полученные данные напряжения занесите в табл. 1 3.3 Построение зависимости мощности источника от сопротивления нагрузки. Нажмите клавишу F9 в окне Y Expression V(V1)*I(R2) – имя функции мощности источника, в окне Y Range – Auto. Запустите построение. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике точку максимальной мощности и величину мощности при сопротивлении нагрузки равной внутреннему сопротивлению источника. Полученные данные занесите в табл. 1 3.4 Построение зависимости мощности выделяемой на внутреннем сопротивлении источника от сопротивления нагрузки. Получите зависимость мощности, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника (Pr=I*I*r). Нажмите клавишу F9, в окне Y Expression введите имя функции мощности тока I(R2)*I(R2)*R(R1). Y Range – Auto. Запустите. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике точку максимальной мощности и величину мощности при сопротивлении нагрузки равной внутреннему сопротивлению источника. Полученные данные занесите в таблицу 1. 3.5 Построение зависимости мощности выделяемой на нагрузке от сопротивления нагрузки. Получите зависимость мощности, выделяемой на нагрузке (PH=I*I*RH), от сопротивления нагрузки. Откройте окно Transien Analysis Limits и в поле Y Expression введите I(R2)*I(R2)*R(R2) – функция мощности. Запустите построение. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике точку максимальной мощности. Полученные данные величин мощности занесите в табл. 1. 3.6 Построение зависимости КПД цепи от сопротивления нагрузки. Получите зависимость КПД цепи (=100*PH/Pист) от сопротивления нагрузки. По аналогии с предыдущими пунктами в поле Y Expression введите 100*I(R2)*I(R2)*R(R2)/(V(V1)*I(R2)) – функция КПД. В поле Y Range – Auto. Запустите построение. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графики величину, к которой асимптотически стремится КПД, и величину КПД при сопротивлении нагрузки равной внутреннему сопротивлению источника. Полученные данные КПД занесите в табл. 1. 4. Исследование характеристик ИНУТ4.1 Построение схемы с ИНУТ Выделите все элементы схемы и удалите (Del). Соберите новую схему с линейно зависимым источником переменного напряжения ИНУТ. 4.2 Введите ИНУТ (H1) в схему с управляющим сопротивлением =3 Ом. Для этого откройте пункт меню Component\Analog Primitives\Dependent Sourses и выберите элемент VofI. Курсор примет графическое изображение ИНУТ. Поместите его на рабочее поле. Зафиксируйте. Появится окно Linear VofI constant dependent sourse. Введите величину управляющего сопротивления 3 (=3 Ом) в окне Value. Отметим, что изображения данного источника могут отличаться, если предварительно не привести его к ГОСТу. 4.3 Ввод источника управляющего тока, сопротивления нагрузки, земли. Введите источник управляющего синусоидального тока (I1) с амплитудой Im=2 A (A=2) и частотой f=2 кГц (F=2k). Для этого откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sourses и выберите Current Sourse. Поместите источник на рабочую область. В окне характеристик Current Sourse на закладки SIN введите амплитуду и частоту управляющего тока A=2, F=2k. Остальные величины оставьте равными нулю. Щелкните на кнопке Plot появится окно с синусоидальной зависимостью управляющего тока от времени. Закройте окно. По аналогии с предыдущими пунктами введите сопротивление нагрузки Resistor величиной 100 Ом. Установите два элемента земля и соедините элементы проводниками как показано на рисунке: ![]() H1 4.4 Построение осциллограмм тока в цепи с ИНУТ. Получите зависимость напряжения на нагрузке от времени uH(t) (V(R1)) и управляющего тока i(t) (I(I1)). Для этого в меню Analisys выберите команду Transient… . Запустите построение со следующими настройками: Time Range - 1m Maximum Time Step – 1 Первая строка: P – 1 X Expression – t Y Expression – V(R1) X Range – 1m Y Range – Auto. Вторая строка: X Expression – t Y Expression – I(I1) X Range – 1m Y Range – Auto. * Далее в работах, где XRange или YRange не определено в задании, необходимо поставить значение Auto в соответствующих полях. На экране появятся два графика в одной системе координат. Занесите их в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины амплитуд напряжения ИНУТ и управляющего тока. Полученные величины занесите в табл. 2. Повторите этот эксперимент с другим сопротивлением нагрузки, например, R1=200 Ом. Полученные данные занесите в табл. 2. Сделайте вывод о влиянии сопротивления нагрузки на амплитуду тока ИНУТ. Также повторите эксперимент с другим управляющим напряжением Um=3 В (A=3). Сделайте вывод о влиянии амплитуды управляющего напряжения на амплитуду напряжения ИНУТ. |