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.
|
|
(Delete). 4.7.1 Ввод катушки Ввести катушку L 1 = L=31 мГн (31m). Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду катушка Inductor (рис. 31). Рис. 31 Курсор примет форму катушки. Поместите его на рабочее окно и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Inductor. Введите значение индуктивности 31m в окне Value (рис. 32). Рис. 32 89 Нажмите кнопку OK. Подсоедините катушку к источнику. В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 33). Рис. 33 4.8 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления L- цепи 4.8.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления катушки L-цепи от частоты Убедитесь, что введены все элементы правильно. Получите зависимость модуля и фазы комплексного сопротивления катушки от частоты |Z L |=|U L /I|=MAG(V(L1)/I(L1)), arg(Z С )=arg(U С /I)=ph(V(L1)/I(L1)). Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18) введите необходимые данные для построения двух графиков. В результате построения получите искомые графики (рис. 34). 90 Рис. 34 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 сопротивления L-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 4. 4.9 Сборка RL-цепи Добавьте в предыдущую схему резистор R1=3 кОм=3k (рис. 35). Рис. 35 4.10 Исследование модуля и фазы комплексного сопротивления RL- цепи 4.10.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи от частоты Получите зависимость модуля и фазы комплексного сопротивления катушки от частоты (рис. 5) |Z RL |=|U 1 /I|=MAG(-1*V(V1)/I(V1)), arg(Z RL )=arg(U 1 /I)=ph(-1*V(V1)/I(V1)). Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18) введите необходимые данные для построения двух графиков. Полученные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного сопротивления RL-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 5. 91 4.11 Исследование модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи 4.11.1 Построение зависимости модуля и фазы комплексного напряжения на катушке RL-цепи от частоты Получите зависимость модуля и фазы комплексного напряжения на катушке U 2 в RL- цепи (рис. 6) от частоты U 2 =MAG(V(L1)), =ph(V(L1)). Для этого в меню Analysis выберите команду AC… (рис. 18) введите необходимые данные для построения двух графиков. Полученные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Отметьте на графиках величины модуля и фазы комплексного напряжения U 2 в RL-цепи на частотах f=1, 2, 3, 4 и 5 кГц. Полученные данные величин модулей и фаз занесите в таблицу 6. 5 Обработка результатов машинного эксперимента Сравнить полученные графики и данные с графиками и данными, полученными в предварительном расчете. Сделать выводы по каждому пункту исследования. 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. 92 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. 3. Урядников Ю.Ф. и др. Теория электрических цепей. Часть I. - М.: МТУСИ, 1999. - 66 с. 4. Амелина М. А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro- Cap Версии 9, 10. – Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2012. – 617 с. 93 Лабораторная работа № 33 Исследование активных интегрирующих и дифференцирующих цепей 1 Цель работы С помощью машинного эксперимента получить форму напряжения на выходе активных интегрирующих и дифференцирующих цепей при различных формах напряжения на входе. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем. 2 Задание для самостоятельной подготовки Изучить основные положения теории по активным интегрирующим и дифференцирующим цепям стр. 22, 50-53, 102 [1], стр. 104-106 [2], выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования [3]. 3 Предварительный расчет 3.1 Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе интегрирующей цепи, показанной на рис. 1, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, прямоугольную и треугольную форму соответственно. Принять K 1 =10. Рис. 1 3.2 Рассчитать комплексную передаточную функцию H для активной цепи (рис. 2). Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе активной интегрирующей цепи, показанной на рис. 2, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, С=100 нФ, R=1 кОм. 94 Рис. 2 3.3 Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи, показанной на рис. 3, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, прямоугольную и треугольную форму соответственно. Принять K 2 =6. Рис. 3 3.4 Рассчитать комплексную передаточную функцию H для активной цепи (рис. 4). Нарисовать кривые напряжения на входе и выходе дифференцирующей цепи, показанной на рис. 4, если входное напряжение имеет синусоидальную форму, С=100 нФ, R=1 кОм. Рис. 4 95 4 Порядок выполнения работы Входное напряжение Для всех схем принять ), 2 sin( ) ( 1 ft U t u m - синусоидальное входное напряжение где U m =1 В – амплитуда входного напряжения; f=2 кГц – частота входного напряжения; t [0; 1] мс – время. u 1 (t) - прямоугольное входное напряжение (рис. 31) VZERO=–1 – минимальное значение, В; VONE=1 – максимальное значение, В; Р1=0 – начало переднего фронта, с; Р2=0 –начало плоской вершины импульса, с; Р3=0.25e-3 – конец плоской вершины импульса, с; Р4=0.25e-3 – момент достижения уровня VZERO, с; P5=0.5e-3 – период следования импульсов, с. u 1 (t) - треугольное входное напряжение (рис. 35); VZERO=-1, VONE=1, P1=0, P2=0.25e-3, P3=0.25e-3, P4=0.5e-3, P5=0.5e-3. Для интегрирующей цепи , ) ( ) ( 0 1 1 2 t dx x u K t u где u 2 (t) – выходное напряжение; K 1 – коэффициент пропорциональности. Для активной интегрирующей цепи 1 2 1 U RC j U Для дифференцирующей цепи , ) ( 1 2 2 dt du K t u 96 где u 2 (t) – выходное напряжение; K 2 – коэффициент пропорциональности. Для активной дифференцирующей цепи 1 2 U RC j U 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. 5) собрать исследуемую схему (рис. 2). Рис. 5 4.2 Сборка активной интегрирующей цепи Собрать схему с источником синусоидального напряжения резистором и конденсатором (рис. 2). 4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения Ввести источник V1 синусоидального напряжения (Sin Source) с амплитудой U m =1 В=A=1, частотой F=2 кГц (F=2k). 97 Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sin Source (рис. 6). Рис. 6 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, RS=1m. Остальные значения равными нулю (рис. 7). 98 Рис. 7 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис.8). Рис. 8 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 8). Нажмите кнопку ОК (рис. 7). 99 4.2.2 Ввод земли Выберите землю Ground (рис. 9) или откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors\Ground. Рис. 9 Установите землю, снизу от источника V1. Добавьте еще две земли (рис. 10). Рис. 10 4.2.3 Ввод конденсатора Ввести конденсатор С1=100 нФ=100n. Введите конденсатор (рис. 11) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду конденсатор Capacitor. Рис. 11 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 10n в окне Value (рис. 12). 100 Рис. 12 Нажмите кнопку OK. В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 13). Рис. 13 4.2.4 Ввод резистора Ввести резистор R1=1 кОм=1k. Выберите резистор Resistor (рис. 14) или откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components\Resistor. 101 Рис. 14 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 1k в окне Value (рис. 15). Рис. 15 Нажмите кнопку OK. Поверните резистор используйте кнопку Rotate (рис. 16). Рис. 16 102 4.2.5 Ввод батарей Ввести источники постоянного напряжения V2=22 В=22V и V3=22 В=22V для питания операционного усилителя. Выберите Battery (рис. 17) или откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources\Battery. Рис. 17 Курсор примет форму графического изображения батареи. Поместите его на рабочее окно, так как показано на рис. 18. Рис. 18 Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Battery. Введите значение (Value) один вольт 22V (рис. 19). 103 Рис. 19 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 20). Рис. 20 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 20). Нажмите кнопку ОК (рис. 19). Аналогичным образов установите еще одну батарею V3=22 В. 104 4.2.6 Ввод операционного усилителя Установите операционный усилитель X1 (LF155). Откройте меню Component\Analog Library\Opamp\General\L-\LF147 и выберите операционный усилитель LF155 (рис. 21). Рис. 21 Зафиксируйте его на рабочем столе, щелкнув левой клавишей мыши. В появившемся окне будет выбранная марка операционного усилителя (Value) LT155 (рис.22). 105 Рис. 22 Выберите модель операционного усилителя LEVEL 1. Нажмите кнопку ОК (рис. 22). В окне редактора появиться следующее изображение (рис. 23). 106 Рис. 23 4.2.7 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. 24). Рис. 24 Для выяснения номера полюса «Выход» нажмите на кнопку Node Numbers (рис. 24). В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) файл L33_1.CIR (File\Open…) (рис. 25). 107 Рис. 25 4.3 Анализ интегрирующей цепи при синусоидальном воздействии Убедитесь, что введены все значения элементов правильно. Получите зависимости напряжений на входе u 1 (t)=V(V1) и выходе u 2 (t)=V(4) интегрирующей цепи от времени t (рис. 2). Для этого в меню Analysis выберите команду Transient… (рис. 26). Рис. 26 На экране появиться окно Transient Analysis Limits, в котором следует задать параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 27. 108 Рис. 27 Time Range «1m» – интервал расчета переходного процесса Tmax[, Tmin]. Maximum Time Step «0.01m» максимальный шаг интегрирования. P номер окна «1», «2» в котором будет построен график. X Expression «t» – аргумент функции. Y Expression «V(V1)» и «V(4)» – имена функций. X Range «1m,0,0.1m» - интервал отображения аргумента по оси Х. Y Range «1,-1,0.2» и «0.-16,2» – интервалы отображения функции по оси Y. Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики синусоидального напряжения на входе u 1 (t)=V(V1) на на выходе интегрирующей цепи u 2 (t)=V(4) и рис.28. Рис. 28 109 Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите кнопку Run. 4.4 Работа с графиком Отредактируйте полученные графики используя кнопку Т (Text Mode). Добавьте названия, введите единицы измерения по осям и т.п. Для копирования этого изображения в отчет нажмите на клавиатуре одновременно клавиши <Alt+Print Screen>, откройте графический редактор Paint и нажмите кнопку «Вставить». Проведите необходимое редактирование. Выделите и скопируйте в буфер обмена отредактированный рисунок. Откройте отчет (Word) и нажмите кнопку «Вставить». 4.5 Анализ интегрирующей цепи при прямоугольном воздействии Удалите источник синусоидального напряжения (Delete) и замените его импульсным источником Pulse Source. Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите импульсный источник Pulse Source (рис. 29). Рис. 29 Зафиксируйте его местоположение, щелкнув левой клавишей мышкой. В появившемся окне Pulse Source введите значение (Value) равное 1 и следующие параметры импульсного напряжения (рис. 30): VZERO=–1 – минимальное значение, В; 110 VONE=1 – максимальное значение, В; Р1=0 – начало переднего фронта, с; Р2=0 –начало плоской вершины импульса, с;: Р3=0.25e-3 – конец плоской вершины импульса, с; Р4=0.25e-3 – момент достижения уровня VZERO, с; P5=0.5e-3 – период следования импульсов, с. Рис. 30 Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 31). 111 Рис. 31 Закройте это окно. Получиться схема с импульсным источником напряжения (рис. 32). Рис. 32 Замечание. Обратите внимание, на то, что нумерация узлов изменилась u 2 (t)=V(1). Получите зависимости напряжений на входе u 1 (t)=V(V1) и выходе u 2 (t)=V(1) интегрирующей цепи от времени t при воздействии прямоугольными импульсами. Для этого в меню Analysis выберите команду Transient… (рис. 26). 112 На экране появиться окно Transient Analysis Limits, в котором следует задать параметры построения требуемых графиков, так как показано на рис. 33. Рис. 33 Запустите построение, нажав кнопку Run. На экране появиться графики зависимости импульсного источника u(t)=V(V1) и выходного напряжения u 2 (t)=V(1) и (рис.34). 113 Рис. 34 Скопируйте полученные кривые в отчет. 4.6 Анализ интегрирующей цепи при треугольном воздействии Щелкните мышкой на импульсном источнике и в появившемся окне задайте следующие параметры импульсного источника с треугольный формой напряжения (рис. 35): VZERO=-1, VONE=1, P1=0, P2=0.25m, P3=0.25m, P4=0.5m, P5=0.5m. |