Чтобы скачать эту работу пришлите любую свою работу. В. В. Логвинов теория электрических цепей, схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной связи, радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа лабораторный практикум
 Скачать 5.6 Mb.
|
|
4.5 Сборка схемы RL-цепи Соберем схему RL-цепи содержащую Принять E 1 =1 В, R 1 =160 Ом, L 1 =45 мГн, t [0; 3 RL ] (рис. 4). Замените в схеме (рис. 23) C1 на катушку (Inductor(L)) L1=45m (рис. 26). Рис. 26 4.5.1 Анализ переходного процесса в RL-цепи Получите зависимости мгновенного тока i(t)=I(R1), напряжения на резисторе u R (t)=V(R1), напряжения на катушке u L (t)=V(L1) и напряжения источника V(V1) от времени t [0; 3 RL ] По графику тока на катушке вычислите постоянную времени RL-цепи. Полученные данные занесите в таблицу 1. 5 Обработка результатов машинного эксперимента Сравнить кривые напряжений с аналогичными кривыми, полученными теоретически. Сделать выводы. 6 Вопросы для самопроверки 6. Что называется переходным процессом? Приведите пример. 7. Какие цепи называют цепями первого порядка? Приведите пример. 8. Какой режим называется установившемся? Приведите пример. 9. Какой физический смысл постоянной времени цепи? 10. Как по графику рассчитать постоянную времени цепи? Приведите пример. 52 7 Содержание отчета Отчет оформляется (ГОСТ 7.32-2001) в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, 1,5 интервала. Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный лист; цель работы; результаты предварительного расчета и машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и краткие ответы на них. 8 Литература 5. Фриск В. В. Основы теории цепей. – М.: РадиоСофт, 2002. – 288 с. 6. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.Е. Основ теории цепей – М.: Радио и связь, 2003. – 592 с. 7. Белецкий А. Ф. Теория линейных электрических цепей – М.: Радио и связь, 1986. –544 с. 8. Фриск В.В. ОТЦ. Расчеты и моделирование с помощью пакета компьютерной математики Mathcad. –М.: СОЛОН-Пресс, 2006. – 88 с. 9. Амелина М. А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap Версии 9, 10. – Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2012. – 617 с. 10. Соболев В.Н. Анализ переходных процессов в линейных электрических цепях. МТУСИ. –М.: 2012. – 115 с. 53 Лабораторная работа № 31 Исследование входных частотных характеристик в RL-цепи 1 Цель работы С помощью программы Micro-Cap исследовать входные амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики RL-цепи. Сравнить АЧХ и ФЧХ, полученные с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем. 2 Задание для самостоятельной подготовки Изучить основные положения ТЭЦ о частотных характеристиках электрических цепей стр. 68-76, 84-86 [1] и стр. 112-113 [2]. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки. 3 Предварительный расчет 3.1 Рассчитать граничную частоту f ГР для RL-цепи (рис. 1), если R 1 =100 Ом, а L 1 =45 мГн. Рис. 1 3.2 Рассчитать для RL-цепи (рис. 1) отношение f/f ГР , значения индуктивного сопротивления Х L , модули входного сопротивления Z ВХ , аргумента входного сопротивления φ Z , модули тока в цепи I, падения напряжения на резисторе U R и модули напряжения на катушке U L , на частотах f=2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 кГц, E=0,9 В. Результаты расчетов занести в таблицу 1. 3.3 Построить в масштабе графики Z ВХ (f), φ Z (f), Im[Z ВХ (f)], Re[Z ВХ (f)], I(f), U R (f) и U L (f) в диапазоне частот f [2…14] кГц. Полученные графики занести в соответствующий раздел отчета. 54 Таблица 1 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц f/f ГР X L , Ом Z ВХ , Ом φ Z (f), град. I, мА U R , В U L , В X L , Ом Z ВХ , Ом φ Z (f), град. I, мА U R , В U L , В 2 4 6 8 10 12 14 4 Порядок выполнения работы Комплексное входное сопротивление находиться косвенным методом, путем деления комплексного входного напряжение U ВХ на комплексный входной тока I. С помощью программы Micro-Cap рассчитывается модуль и фаза входного сопротивления ) 2 ( ) ( ) 2 ( ) ( f j j BX BX Z Z e f Z e Z I U Z , где U ВХ – комплексное входное напряжение; BX BX Z U I – комплексный входной ток; I R U R – комплексное напряжение на резисторе; 1 j – мнимая единица; =2 f – угловая частота; f – частота; I L j U L – комплексное напряжение на катушке; |Z BX |=Z(2 f) – модуль комплексного входного сопротивления (АЧХ); arg(Z BX )=φ Z (2 f) – аргумент (фаза) комплексного входного сопротивления (ФЧХ). С другой стороны, входное сопротивление это сопротивление со стороны входных зажимов 55 ГР L f f arctg j ГР R X arctg j L L BX BX BX e f f R e X R jX R Z j Z Z 2 1 2 2 1 1 1 ) Im( ) Re( 1 , Re(Z BX )=R 1 – резистивное входное сопротивление (рано сопротивлению резистора R 1 ), Im(Z BX )=X L – реактивное входное сопротивление, L X L – индуктивное сопротивление катушки L 1 1 1 2 L R f ГР – граничная частота RL-цепи. Исследуем входные частотные характеристики RL-цепи (рис. 1). 4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap C:\MC10DEMO\mc10demo.exe или ПУСК\Все программы\Micro-Cap 10 Evaluation\Micro-Cap 10 Evaluation. В появившемся окне Micro-Cap Evaluation Version (рис. 2) собрать исследуемую схему (рис. 1). Рис. 2 56 4.2 Сборка RL-цепи для измерения входного сопротивления Собрать схему с источником синусоидального напряжения, резистором и катушкой (рис. 1). 4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения Ввести источник V1 синусоидального напряжения (Sin Source) с амплитудой B E U m 27 , 1 2 9 0 2 (A=1.27V), частотой f=2 кГц (F=2k). Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sin Source (рис. 3). Рис. 3 Курсор примет форму графического изображения источника (круг со стрелкой). Поместите его на рабочее окно. Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Sin Source. Введите 1V в окне Value, F=2k, A=1.27. Остальные значения равными нулю (рис. 4). 57 Рис. 4 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 5). 58 Рис. 5 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 5). Нажмите кнопку ОК (рис. 4). 4.2.2 Ввод земли Выберите землю Ground (рис. 6) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground. Рис. 6 Установите землю, снизу от источника V1 (рис. 7). Рис. 7 59 4.2.3 Ввод резистора Ввести резистор R1=100 Ом. Выберите резистор Resistor (рис. 8) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. Рис. 8 Курсор примет форму резистора (прямоугольник с выводами). Поместите его на рабочее окно, возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Resistor. Введите значение сопротивления резистора 100 в окне Value (рис. 9). Рис. 9 Нажмите кнопку OK. Поверните резистор используйте кнопку Rotate (рис. 10). 60 Рис. 10 4.2.4 Ввод катушки Ввести конденсатор L 1 =45 мГн (45m). Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду катушка Inductor (рис. 11). Рис. 11 Курсор примет форму катушки. Поместите его на рабочее окно, правее резистора и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Inductor. Введите значение индуктивности 45m в окне Value (рис. 12). 61 Рис. 12 Нажмите кнопку OK. В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 13). Рис. 13 4.2.5 Ввод проводников Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и удерживая левую кнопку мыши «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 14). 62 Рис. 14 В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) файл L31_1.CIR (File\Open…) (рис. 15). Рис. 15 4.3 Исследование частотных характеристик RL-цепи 4.3.1 Построение зависимости модуля входного сопротивления от частоты Убедитесь, что введены все элементы правильно. 63 Получите зависимость модуля входного сопротивления |Z ВХ |=|U BX /I| (MAG(-1*V(V1)/I(V1))) от частоты. Здесь присутствует умножение на -1, так как идущий по источнику ток не совпадает с направлением напряжения на этом источнике. Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 16). Рис. 16 На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика c логарифмическим масштабом по оси Х, так как показано на рис. 17. Рис. 17 Frequency Range «Linear», «14k,0.01» – линейный интервал частот (0,01 Гц … 14 кГц). Number of Points «501» количество точек (501). P номер окна «1» в котором будет построен график. X Expression «f» – аргументы функции (частота). Y Expression «MAG(-1*V(V1)/I(V1))»– формула расчета модуля входного сопротивления. 64 X Range «14k,0.1,1k» – интервал отображения аргумента по оси Х. Y Range «4k,0,500» – интервал отображения функции по оси Y. (0…4 кОм) Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости модуля входного сопротивления от частоты (рис. 18). Рис. 18 Замечание. Если кривая не появилась, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину модуля входного сопротивления при f=f ГР Для точного определения величины модуля входного сопротивления от частоты на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты, например, 2k (2 кГц) (рис. 19). 65 Рис. 19 Нажмите клавишу Left и затем Close. На графике появиться координаты запрашиваемой токи (рис. 20). Рис. 20 Полученные данные величин модуля входного сопротивления от частоты занесите в таблицу 1. 4.3.2 Построение зависимости фазы входного сопротивления от частоты Получите зависимость фазы входного сопротивления от частоты arg(Z ВХ )=arg(U BX /I) (ph(-1*V(V1)/I(V1))). На клавиатуре нажмите клавишу F9. На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 21. Рис. 21 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости модуля фазы входного сопротивления от частоты (рис. 22). 66 Рис. 22 Замечание. Если кривая не появилась, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину фазы входного сопротивления при f=f ГР Для точного определения величины фаз входного сопротивления от частоты на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты (рис. 19). Полученные данные величин фаз занесите в таблицу 1. 4.3.3 Построение зависимости модуля тока от частоты Получите зависимость модуля тока от частоты |I|=MAG(I(R1)). На клавиатуре нажмите клавишу F9. На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика, так как показано на рис. 23. 67 Рис. 23 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости модуля тока от частоты. Замечание. Если кривая не появилась, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину тока при f=f ГР Для точного определения величины модулей тока от частоты на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты (рис. 19). Полученные данные величин тока занесите в таблицу 1. 4.3.4 Построение зависимости модуля напряжения на резисторе от частоты Получите зависимость модуля напряжения на резисторе от частоты |U R |=MAG(V(R1)). На клавиатуре нажмите клавишу F9. На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 24. Рис. 24 68 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости модуля напряжения от частоты. Замечание. Если кривая не появилась, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину тока при f=f ГР Для точного определения величины модулей напряжения от частоты на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctr+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты (рис. 19). Полученные данные величин тока занесите в таблицу 1. 4.3.5 Построение зависимости резистивного сопротивления от частоты Получите зависимость резистивного сопротивления (резистивной части входного комплексного сопротивления) от частоты R=Re(Z BX )=Re(-1*V(V1)/I(V1)). На клавиатуре нажмите клавишу F9. На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 25. Рис. 25 Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Убедитесь, что резистивное сопротивление равно R 1 4.3.6 Построение зависимости индуктивного сопротивления от частоты Получите зависимость индуктивного сопротивления катушки (реактивной части входного комплексного сопротивления) от частоты X L =Im(Z BX )=Im(-1*V(V1)/I(V1)). На клавиатуре нажмите клавишу F9. На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 26. 69 Рис. 26 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться график зависимости индуктивного сопротивления катушки от частоты. Замечание. Если кривая не появилась, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину индуктивного сопротивления при f=f ГР Для точного определения величины индуктивного сопротивления от частоты на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты (рис. 19). Полученные данные величин реактивного сопротивления катушки занесите в таблицу 1. 4.3.7 Построение зависимости модуля напряжения на катушке от частоты Получите зависимость модуля напряжения на резисторе от частоты |U L |=MAG(V(L1)). Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графике величину индуктивного сопротивления при f=f ГР Для точного определения величины напряжения на катушке от частоты на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты (рис. 19). Полученные данные величин напряжения на катушки занесите в таблицу 1. |