7 лб фоэ. Контрольные вопросы для самопроверки. Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям 10. 03. 01

• Название: Контрольные вопросы для самопроверки. Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям 10. 03. 01
• Анкор: 7 лб фоэ
• Дата: 24.11.2021
• Размер: 1.45 Mb.
• Имя файла: 7_labpraktch2.pdf
• Тип: Контрольные вопросы; #281474
• страница: 1 из 4

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
З. В. Зайцева, Н. К. Логвинова
В. В. Сергеев, Д. В. Шушпанов
ТЕОРИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Часть 2
Лабораторный практикум
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2016

2
УДК 621.3.011.7(075.8)
ББК 32.88-01я73
З17
Рецензент доктор технических наук заведующий кафедрой Э и С СПб ГУТ
В. А. Филин
Рекомендовано к печати
редакционно-издательским советом СПбГУТ
Зайцева, З. В.
З17
Теория электрических цепей. Часть 2 : лабораторный практикум /
З. В. Зайцева, Н. К. Логвинова, В. В. Сергеев, Д. В. Шушпанов ; СПбГУТ. –
СПб., 2016. – 70 с.
Приведены задания для самостоятельной подготовки к лаборатор- ным работам, проведения экспериментального исследования электриче- ских цепей и их анализа на персональных компьютерах, порядок работы с приборами, указания по подготовке к защите и контрольные вопросы для самопроверки.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям: 10.03.01,
12.03.03, 11.03.04, 11.03.01, 11.03.02, 11.03.03, 15.03.04, 27.03.01, 09.03.01, и для подготовки специалистов по спец. 210701.
УДК 621.3.011.7(075.8)
ББК 32.88-01я73
© Зайцева З. В., Логвинова Н. К. , Сергеев В. В.,
Шушпанов Д. В., 2016
© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича», 2016

3
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ....................................................................................................... 4
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПИ
ПЕРВОГО ПОРЯДКА .............................................................................................. 5
Лабораторная работа 2
АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЦЕПЯХ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ FASTMEAN ........................................ 12
Лабораторная работа 3
АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ
КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ
FASTMEAN ............................................................................................................... 28
Лабораторная работа 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ
КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ .............................................................................. 33
Лабораторная работа 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛИНЕЙНОЙ ПАССИВНОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ НА СПЕКТР КОЛЕБАНИЙ
НЕГАРМОНИЧЕСКОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ .................... 38
Лабораторная работа 6
АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ И ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНОГО
И АКТИВНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПРОГРАММЫ FASTMEAN .................................................................................... 43
Лабораторная работа 7
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДЛИННОЙ ЛИНИИ ......................... 51
Лабораторная работа 8
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИИ НЕЛИНЕЙНОЙ РЕЗИСТИВНОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ FASTMEAN ........................................ 56
Приложение
Работа с программой FASTMEAN (краткое описание) ........................................ 62
Список литературы ................................................................................................... 69

4
ПРЕДИСЛОВИЕ
Выполнение лабораторных работ состоит из следующих этапов: само- стоятельная подготовка к работе, работа в лаборатории, оформление отче- та, анализ результатов и защита.
При подготовке к работе студент должен изучить соответствующий теоретический материал, подготовиться к ответам на основные вопросы по теме, приведенные в описании работы, выполнить расчет по заданным исходным данным, построить необходимые графики, заготовить таблицы для записи результатов измерений.
Наряду с экспериментальными проводятся лабораторные работы по моделированию процессов в электрических цепях на персональных компьютерах.
В начале занятия преподаватель проверяет подготовку студентов к ра- боте и дает разрешение на ее выполнение. Студенты, не изучившие теорию или не выполнившие предварительный расчет к лабораторной работе, к вы- полнению работы не допускаются.
По окончании измерений необходимо, не разбирая цепи, показать пре- подавателю результаты измерений. Закончив работу, студенты должны ра- зобрать электрическую цепь, выключить приборы и привести в порядок рабочее место.
По окончании работ в компьютерном классе студенты предъявляют преподавателю рассчитанные на ПК графики.
К следующему занятию студент должен оформить отчет по выполнен- ной работе, а также подготовиться к ее защите.
Отчет по лабораторной работе должен содержать: цель работы, схемы измерений с указанием используемых приборов, расчетные формулы, таб- лицы результатов расчетов и измерений, расчетные и экспериментальные кривые и выводы по работе.
При подготовке к защите студент должен уметь объяснить и оценить полученные в работе результаты, а также уметь ответить на контрольные вопросы.

5
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ЦЕПИ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
1. Цель работы
Экспериментальное исследование переходных процессов в цепи пер- вого порядка на примере последовательного RC-контура при воздействии прямоугольного импульса напряжения.
2. Задание на самостоятельную подготовку к работе
2.1. Изучите методы и результаты анализа переходных процессов в це- пи, содержащей резистивное сопротивление и емкость.
2.2. Рассчитайте и постройте кривые изменения напряжений
( )
C
u
t и
( )
R
u
t для значений R1, C1, соответствующих вашему номеру варианта
(табл. 1.1). Данные расчета занесите в табл. 1.2.
Для анализа переходного процесса при воздействии одиночного пря- моугольного импульса удобно воспользоваться методом наложения, пред- ставив импульс суммой двух смещенных во времени скачков напряжения
(рис. 1.1), и записать искомую реакцию в следующем виде:
 
и
1 0
( );
;
t
t
y t
y t
 

    

и
2
и
;
,
t
t
y t
y t
y t
t




Рис. 1.1 где
 
y t – реакция исследуемой цепи при воздействии постоянного на- пряжения:
 
 
C
y t
u
t

или
 
 
R
y t
u
t

. При включении RC-цепи на по- стоянное напряжение U
1
напряжение на емкости

6
 
1 1
t
C
u
t
U
e












,
где τ = RC – постоянная времени цепи.
Следовательно, при воздействии прямоугольного импульса
 
 


и и
1
и
1
и
1
при
;
пр и
0 1
t
C
t t
t
C
u
t
U
e
t
t
u
t
U
e
e
t
t













 
















(1.1)
Выражение для тока i(t) и напряжения на резистивном сопротивлении
 
R
u
t легко получить из (1.1) дифференцированием:
 
 
C
du
t
i t
C
dt

,
 
( )
R
u
t
i t
R


. (1.2)
Кривые
 
C
u
t и
 
R
u
t при воздействии прямоугольного импульса на- пряжения на цепь приведены на рис. 1.2.
Риc. 1.2
В интервале времени 0≤ t ≤ t
и емкость заряжается и напряжение
 
C
u
t растет. В свободном режиме t > t
и происходит разряд емкости и напряже- ние
 
C
u
t убывает. При этом ток
( )
i t
, а значит, и напряжение
 
R
u
t
име- ют скачки при
0
t

и и
t
t

. На графиках (рис. 1.2) видно, что направление тока при заряде емкости и при ее разряде – противоположны.

7
Длительность разряда (переходного процесса) зависит от постоянной времени и практически определяется интервалом времени (3–5) τ.
Постоянная времени легко определяется графически по любой реак- ции, характеризующей переходный процесс. Численно она равна длине подкасательной или определяется на уровне 0,63 U
1
по кривой и
C
(t) или на уровне 0,37 U
1
по кривой и
R
(t) (рис. 1.2).
2.3. Используя приведенные соотношения и данные табл. 1.1 для сво- его номера варианта, рассчитайте постоянную времени цепи для шести комбинаций R и С и заполните табл. 1.3. Сопротивление R3 (рис. 1.3) в расчетах не учитывать, так как R3 много меньше R.
Таблица 1.1
Значения параметров RC цепи
Номер варианта
Т сл, мкс
t
и
, мкс
R1, Ом
R2, Ом
C1, мкФ C2, мкФ C3, мкФ
1 1240 310 1500 680 0,10 0.036 0,28 2
1000 250 680 1500 0,08 0,028 0,22 3
880 220 680 470 0,12 0,04 0,36 4
800 200 1000 1500 0,057 0,019 0,17 5
720 180 1000 680 0,072 0,024 0,21 6
640 160 1500 1000 0,048 0.016 0,14 7
600 150 1000 470 0,075 0,027 0,21 8
560 140 560 1000 0,069 0,023 0,20 9
480 120 470 1000 0,058 0,02 0,16 10 400 100 1000 1500 0,03 0,01 0,09 11 360 90 470 680 0,056 0,019 0,16 12 340 85 680 1000 0,036 0,012 0,11 13 320 80 560 1500 0,034 0,013 0,18
Таблица 1.2
Результаты предварительного расчета
0 ≤ t ≤ t
и
t ≥ t
и
t

t, мкс
t
e


 
1
C
u
t ,
В
 
1
R
u
t
,
В и
(
)
t
t


t, мкс и
(
)
t t
e



 
1
C
u
t
,
В
 
1
R
u
t
,
В
0 0 и
t
0,67 0,67 1,00 1,00 1,33 1,33 2,00 2,40 2,40 3,00
t

и
t
5,00

8
Таблица 1.3
Таблица расчетных и экспериментальных данных
Задано
Получено
R1 = Ом
R2 = Ом
С1 = мкФ
С2 = мкФ
С3 = мкФ
С1 = мкФ
С2 = мкФ
С3 = мкФ
Теоретически
τ, мкс
Экспериментально
τ, мкс
Предварительный расчет к лабораторной работе может быть выпол- нен с использованием Mathcad. Ниже приведен пример расчета с использо- ванием данного пакета:

9

10
3. Задание для экспериментальной работы
3.1. Экспериментальное исследование переходного процесса в RC-цепи выполняется с помощью генератора прямоугольных импульсов Г5-60 и осциллографа С1-83.
Подготовьте к работе осциллограф и генератор. В соответствии с но- мером своего варианта и табл. 1.1 установите на генераторе T
сл и длитель- ность t
и
, амплитуду U
1
= 1 В.
3.2. Получите устойчивое изображение прямоугольного импульса на экране осциллографа размером 3 × 3 дел.
3.3. Снимите осциллограммы напряжений на элементах последова- тельной RC-цепи при воздействии прямоугольного импульса и различных значениях R и С. Для снятия осциллограмм напряжения на конденсаторе соберите схему, приведенную на рис. 1.3. Для снятия осциллограмм на- пряжения на резисторе – схему, приведенную на рис. 1.4.
Рис. 1.3
Рис. 1.4

11
4. Указания к защите
4.1. По снятым осциллограммам определите постоянные времени ис- следуемых цепей и сравните их с расчетными. Результаты запишите в табл. 1.2.
4.2. Отчет должен содержать:
– схемы измерений;
– табл. 1.2 рассчитанных значений
 
C
u
t и
 
R
u
t
;
– графики
 
C
u
t и
 
R
u
t , построенные по данным, приведенным в табл. 1.2;
– табл. 1.3 расчетных и экспериментально измеренных значений по- стоянных времени исследуемых цепей;
– осциллограммы снятых в ходе эксперимента напряжений, по кото- рым определены постоянные времени цепи.
4.3. Подготовьтесь к ответам на вопросы и решению типовых задач.
Контрольные вопросы
1. Что такое переходный процесс? В каких цепях он возникает и почему?
2. Назовите причины возникновения переходных колебаний.
3. При каком условии переходный процесс называют свободным?
4. Сформулируйте законы коммутации.
5. Что называется постоянной времени цепи?
6. Как графически найти постоянную времени цепи?
7. Как практически оценивается время переходного процесса?
8. Как влияют изменения параметров R и С на переходный процесс в последовательной цепи?

12
Лабораторная работа 2
АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ЦЕПЯХ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ FASTMEAN
1. Цель работы
Моделирование переходных процессов в цепях первого порядка с по- мощью программы FASTMEAN.
2. Задание на самостоятельную подготовку к работе
2.1. Изучите методы и результаты анализа переходных процессов в элек- трических цепях.
2.2. Рассчитайте и постройте кривые изменения напряжений
( )
C
u
t и
( )
R
u
t в RC-контуре (рис. 2.2) для значений R1, C1, соответствующих ва- шему номеру варианта (табл. 2.1). Данные расчета занесите в табл. 2.2.
Для анализа переходного процесса при воздействии одиночного пря- моугольного импульса удобно воспользоваться методом наложения, пред- ставив импульс суммой двух смещенных во времени скачков напряжения
(рис. 2.1), и записать искомую реакцию в следующем виде:
 
и
1 0
,
( )
t
t
y t
y t
 

,
    

и
2
и
,
,
t
t
y t
y t
y t
t




Рис. 2.1 где
 
y t – реакция исследуемой цепи при воздействии постоянного на- пряжения.

13
Для RC-цепи
 
 
C
y t
u
t

или
 
 
R
y t
u
t

Рис. 2.2
При включении RC-цепи на постоянное напряжение U
1
напряжение на емкости
 
1 1
t
C
u
t
U
e












,
где τ = RC – постоянная времени цепи.
Следовательно, при воздействии прямоугольного импульса
 
 


и и
1
и
1
и при
,
при
1 0
1
t
C
t t
t
C
u
t
U
e
t
t
u
t
U
e
e
t
t













 
















(2.1)
Выражение для тока
 
i t и напряжения на резистивном сопротивле- нии
 
R
u
t легко получить из (2.1) дифференцированием:
 
 
C
du
t
i t
C
dt

,
 
( )
R
u
t
i t
R


(2.2)
Предварительный расчет к лабораторной работе может быть выпол- нен с использованием Mathcad. Ниже приведен пример расчета с использо- ванием данного пакета:

14

15
Кривые u
C
(t) и u
R
(t) при воздействии прямоугольного импульса на- пряжения на цепь приведены на рис. 2.3.
Риc. 2.3
В интервале времени 0 ≤ t ≤ t
и емкость заряжается и напряжение u
C
(t) растет. В свободном режиме t > t
и происходит разряд емкости и напряжение

16
u
C
(t) убывает. При этом ток
( )
i t
, а значит, и напряжение u
R
(t) имеет скачки при t = 0 и t = t
и
. На графиках (рис. 2.3) видно, что направление тока при заряде емкости и при ее разряде – противоположны.
Длительность разряда (переходного процесса) зависит от постоянной времени и практически определяется интервалом времени (3–5) τ.
Постоянная времени легко определяется графически по любой реак- ции, характеризующей переходный процесс. Численно она равна длине подкасательной или определяется на уровне 0,63 U
1
по кривой u
C
(t) или на уровне 0,37 U
1
по кривой u
R
(t) (рис. 2.3).
2.3. Используя приведенные соотношения и данные табл. 2.1 для сво- его номера варианта, рассчитайте постоянную времени цепи для шести комбинаций R и С и заполните табл. 2.3.
2.4. Рассчитайте и постройте кривые из- менения напряжений u
R
(t) и u
L
(t) в RL-контуре
(рис. 2.4) для значений R1, L1, соответствую- щих вашему номеру варианта (табл. 2.1). Дан- ные расчета занесите в табл. 2.4.
Для RL-цепи
 
 
 
R
L
y t
u
t
R i
t

 
или
 
 
L
y t
u
t

При включении RL-цепи на постоянное напряжение U
1
ток через индуктивность равен
 
1 1
t
L
U
i
t
e
R












Тогда напряжение u
R
(t) равно
 
 
1 1
t
R
L
u
t
R i
t
U
e






 






,
где
L
R
 
– постоянная времени цепи.
Следовательно, при воздействии прямоугольного импульса
 
 


и и
1
и
1
и
1
при 0 1
,
при
t
R
t t
t
R
u
t
U
e
t
t
u
t
U
e
e
t
t













 
















(2.3)
Выражение для напряжения на индуктивности u
L
(t) можно получить дифференцированием тока i
L
(t):
 
 
L
L
di
t
u
t
L
dt

. (2.4)
Рис. 2.4