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.
|
|
6 Вопросы для самопроверки 1. Какая частота называется граничной для RL-цепи? 2. Каково значение модуля входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте? 3. Каково значение аргумента входного сопротивления RL-цепи на граничной частоте? 4. К чему стремиться модуль тока RL-цепи при увеличении частоты? 5. Чему равен модуль входного сопротивления RL-цепи при частоте равной нулю? 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 1. Фриск В.В. Основы теории цепей. –М.: РадиоСофт, 2002. - 288 с. 2. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей. –М.: Радио и связь, 2003. - 592 с. Лабораторная работа № 32 Исследование пассивных цепей при гармоническом воздействии на постоянной частоте 1 Цель работы С помощью программы Micro-Cap исследовать электрический режим конденсатора и катушки индуктивности в цепях гармонического тока. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем. 71 2 Задание для самостоятельной подготовки Изучить основные положения ТЭЦ о частотных характеристиках электрических цепей о комплексных сопротивлениях RC- и RL-цепей стр. 72-76 [1], стр. 83-86 [2] и стр. 33-40 [3]. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [4]. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки. 3 Предварительный расчет 3.1 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление конденсатора Z C (рис. 1), определить его полное сопротивление |Z C | (модуль) и аргумент arg|Z С | (фазу) на пяти частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, если С=38,7 нФ. Рис. 1 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 1 предварительного расчёта. Таблица 1 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц С, нФ Z С , Ом |Z С |, Ом arg|Z С |, град. |Z С |, Ом arg|Z С |, град. 1 38,7 2 38,7 3 38,7 4 38,7 5 38,7 3.2 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление Z RC RC-цепи (рис. 2) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, С=38,7 нФ. Рис. 2 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 2 предварительного расчёта. Таблица 2 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц С, нФ R, кОм Z RC , Ом |Z RC |, Ом arg|Z RC |, град. |Z RC |, Ом arg|Z RC |, град. 1 38,7 3 2 38,7 3 72 3.3 Рассчитать напряжения на конденсаторе U 2 =U 2 e j , если U 1 =0,707e j0 на частотах 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рис.3). Рис. 3 Записать комплексное напряжение U 2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 3 предварительного расчёта. Таблица 3 3.4 Рассчитать в экспоненциальной форме комплексное сопротивление катушки индуктивности Z L (рис. 4) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить её полное сопротивление и аргумент, если L=31 мГн. Рис. 4 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 4 предварительного расчёта. Таблица 4 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц L, мГн Z L , Ом |Z L |, Ом arg|Z L |, град. |Z L |, Ом arg|Z L |, град. 1 31 2 31 3 31 4 31 5 31 3 38,7 3 4 38,7 3 5 38,7 3 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц С, нФ R, кОм U 1 , В U 2 , В , град. U 2 , В U 2 , В , град. 1 38,7 3 0,707 2 38,7 3 0,707 3 38,7 3 0,707 4 38,7 3 0,707 5 38,7 3 0,707 73 3.5 Рассчитать в алгебраической форме комплексное сопротивление Z RL RL-цепи (рис. 5) для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его полное сопротивление и аргумент, если R=3 кОм, L=31 мГн. Рис. 5 Построить векторную диаграмму. Полученные величины занести в таблицу 5 предварительного расчёта. Таблица 5 3.6 Рассчитать напряжения на катушке индуктивности U 2 =U 2 e j , если U 1 =0,707e j0 для пяти частот 1, 2, 3, 4 и 5 кГц, определить его модуль и фазу (рис. 6). Рис. 6 Записать комплексное напряжение U 2 в экспоненциальной форме. Полученные данные занести в таблицу 6 предварительного расчёта. Таблица 6 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц L, мГн R, кОм Z RL , Ом |Z RL |, Ом arg|Z RL |, град. |Z RL |, Ом arg|Z RL |, град. 1 31 3 2 31 3 3 31 3 4 31 3 5 31 3 По предварительному расчету Получено экспериментально f, кГц L, мГн R, кОм U 1 , В U 2 , В , град. U 2 , В U 2 , В , град. 1 31 3 0,707 2 31 3 0,707 3 31 3 0,707 4 31 3 0,707 5 31 3 0,707 74 4 Порядок выполнения работы Комплексное сопротивление двухполюсника можно рассчитывается следующим образом , ) Im( ) Re( 2 2 j j e Z e X R jX R Z j Z Z где R=Re(Z) – резистивное сопротивление двухполюсника; X=Im(Z)= – реактивное сопротивление двухполюсника, |Z|=Z – модуль комплексного сопротивления двухполюсника; =arg[Z] – аргумент (фаза) комплексного сопротивления двухполюсника; =2 f – угловая частота; f – частота; 1 j – мнимая единица. Для С-цепи I U j C C j C C C e I U I U e C C j jX Z arg 90 0 1 – комплексное сопротивление конденсатора; C X C 1 – ёмкостное сопротивление конденсатора. Для L-цепи I U j L L j L L L e I U I U e L L j jX Z arg 90 0 – комплексное сопротивление катушки; L X L – индуктивное сопротивление катушки. Закон Ома для комплексных величин Z U I – комплексный ток; I Z U – комплексное падение напряжения; 0 90 j L L e U I L j U – комплексное напряжение на катушке; 0 90 j C C e U I C j U – комплексное напряжение на конденсаторе. 75 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. 7) собрать исследуемую схему (рис. 1). Рис. 7 4.2 Сборка C-цепи Собрать схему с источником синусоидального напряжения и конденсатором (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=6 кГц (F=6k). Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sin Source (рис. 8). 76 Рис. 8 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=6k, A=1.27, RS=0.01. Остальные значения равными нулю (рис. 9). 77 Рис. 9 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 10). 78 Рис. 10 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 10). Нажмите кнопку ОК (рис. 9). 4.2.2 Ввод земли Выберите землю Ground (рис. 11) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground. Рис. 11 Установите землю, снизу от источника V1 (рис. 12). Рис. 12 79 4.2.3 Ввод конденсатора Ввести конденсатор С1=38,7 нФ (38.7n). Введите конденсатор (рис. 13) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду конденсатор Capacitor. Рис. 13 Курсор примет форму прибора (две параллельные линии с двумя выводами). Поместите его на рабочее окно, правее V1 и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Capacitor. Введите значение емкости 38.7n в окне Value (рис. 14). Рис. 14 Нажмите кнопку OK. В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 15). Рис. 15 80 4.2.4 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. 16). Рис. 16 В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) файл L32_1.CIR (File\Open…) (рис. 17). Рис. 17 4.3 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления C- цепи 4.3.1 Построение зависимости модуля сопротивления С-цепи от частоты Убедитесь, что введены все элементы правильно. Получите зависимость модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты |Z С |=|U С /I|=MAG(V(С1)/I(С1)). Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18). 81 Рис. 18 На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика, так как показано на рис. 19. Рис. 19 Frequency Range «Linear», «6k,0.5k» – линейный интервал частот (0,5 … 6 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(V(С1)/I(С1))»– формула расчета модуля комплексного сопротивления. X Range «6k,500,500» – интервал отображения аргумента по оси Х. Y Range «9k,0,1k» – интервал отображения функции по оси Y. (0…9 кОм) 82 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться график зависимости модуля комплексного сопротивления конденсатора от частоты (рис. 20). Рис. 20 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 величины модуля комплексного сопротивления конденсатора при f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Для точного определения величины модуля комплексного сопротивления конденсатора на фиксированной частоте, на клавиатуре нажмите одновременно клавиши <Shift+Ctrl+X>. В появившейся форме Go To X введите величину частоты, например, 2k (2 кГц) (рис. 21). Рис. 21 83 Нажмите клавишу Left и затем Close. На графике появиться координаты запрашиваемой величины (рис. 22). Рис. 22 Полученные данные величин модуля комплексного сопротивления конденсатора на заданных частотах занесите в таблицу 1. 4.3.2 Построение зависимости фазы сопротивления С-цепи от частоты Получите зависимость фазы комплексного сопротивления конденсатора от частоты arg(Z С )=arg(U С /I)=ph(V(С1)/I(С1)). 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. Рис. 23 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости модуля фазы входного сопротивления от частоты (рис. 24). 84 Рис. 24 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 величины фазы комплексного сопротивления конденсатора при f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Полученные данные величин фаз занесите в таблицу 1. 4.4 Сборка RC-цепи Собрать схему с источником синусоидального напряжения, резистором и конденсатором (рис. 2). Добавьте в предыдущую схему резистор. 4.4.1 Ввод резистора Ввести резистор R1=3 кОм=3k. 85 Выберите резистор Resistor (рис. 25) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. Рис. 25 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 3k в окне Value (рис. 26). Рис. 26 Нажмите кнопку OK. Поверните резистор используйте кнопку Rotate (рис. 27). Рис. 27 86 Подключите резистор к источнику и конденсатору. В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 28). Рис. 28 4.5 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RC- цепи 4.5.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RС-цепи от частоты Убедитесь, что введены все элементы правильно. Получите зависимость модуля и фазы комплексного сопротивления RC-цепи от частоты |Z RC |=|U 1 /I|=MAG(-1*V(V1)/I(V1)), arg[Z RC ]=arg[U 1 /I]=ph(-1*V(V1)/I(V1)). Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18). На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 29. Рис. 29 Замечание. Используйте кнопку Add для добавления еще одной строки. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. 87 Данные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного сопротивления RC-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 2. 4.6 Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RC-цепи 4.6.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе RС-цепи от частоты Получите зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на конденсаторе U 2 в RC-цепи (рис. 3) от частоты U 2 =MAG(V(C1)), =ph(V(C1)). Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18). На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 30. Рис. 30 Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run. Данные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного напряжения U 2 RC-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 3. |